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推进轻型钢结构在多层、中高层住宅的应用
新疆城乡规划设计院 万世臻

摘要: 多层、中高层轻钢结构住宅建筑体系符合国家相关技术发展,归纳了轻钢结构住宅应用的特点和问题,并对体系设计作了讨论。
关键词:轻钢结构 住宅应用 体系设计

前 言

    住宅建设作为传统产业,正面临着由"量"到"质"的深刻转变时期,积极开发和引进先进的住宅建筑体系和成套的工程技术,对提高住宅质量,拉动相关行业发展,使我国住宅建设和人居环境质量整体水平有一个大的飞跃尤为重要。轻钢结构作为新型的住宅建筑结构形式,越来越受行业界关注。
    1 推进轻型钢结构住宅建设的开展
    1.1替代砖混结构体系
    依据国家有关四部委(局)联合发文(建筑房[1999]295号)的规定,自2000年6月1日起,将会有160个大中城市逐步限时禁止使用实心粘土砖(限时截止期限为2003年6月30日)。因此,积极开发和推广新型的建筑结构体系及采用与之相配套的新型墙体材料,替代既有的砖混结构体系已迫在眉睫。
    1.2 轻钢市场发育兴旺
    随着国民经济的发展和钢产量连年突破亿吨大关,国产钢材在数量品种、 质级、材性方面基本上都能满足国内建筑钢结构用钢的要求。尤其是轻钢结构市场发育兴旺,压型钢板、H型钢及高频焊接 轻型H型钢等经济截面型材;与之配套的用于维护结构的轻质高强节能板材,都很充分地为发展适用的多层、中高轻钢结构住宅建筑创造了条件。
    1.3住宅产业化的适用体系
    国务院办公厅以国办发[1999]72号文转发的国家八部委(局)共同拟定《关于推进住宅产业现代化,提高住宅质量的若干意见》中,在技术框架体系中明确提出了"积极开发和推广使用轻钢框架结构及其配套的装配式板材"。表明了在住宅建设中逐步开展应用轻钢结构体系的关键技术研究已经成熟可行。
    1.4建筑钢结构的新领域
    新近拟订的《建筑钢结构工程技术政策》也明确提出了十五期间"重点研究开发新的建筑钢结构体系,推广应用轻型钢结构住宅建筑通用体系和公寓形式的钢结构体?quot;。以此推动建筑钢结构更广泛的应用。"力争全国建筑钢结构用钢量达到占全国钢材总产量的3%"。这时推进住宅建筑钢结构的应用和发展;给住宅建设行业各界整体水平的提高和发展带来新机遇。
    2 轻型钢结构住宅的特点
    轻型钢结构为主体结构的体系适用于多层和中高层(7-9层)住宅。高层住宅为十层及以上,但GB50045规定十一层以下可像中高层住宅一样设一部普通电梯;因此,体系的适用层数可由多层延伸到十一层,成为两大面广的工程类型。由于钢结构的环保型,符合可持续发展概念,体系的配套开发能充分发挥轻钢结构住宅工业化生产水平高的优势,近年来,轻钢结构住宅建筑的应用受到前所未有的关注和重视。上海、北京、天津等地都在以多层、中高层住宅为重点探索发展途径,积极开展试点工程。已建工程的实践表明,轻型钢结构住宅与钢筋砼和砌体结构住宅相比,具有较明显的特点。
    .结构占用面积小,约可增加使用面积5%
    .构件截面小,可减轻自重30%,增加净空高度;基础工程费用省。
    .工业化程度高,施工速度快,工期缩短50%,投资见效快。
    .现场湿作业少,避免粉尘污染,减少施工噪音属环保型绿色建筑。
    .结构延性好,变形能力强,抗震性能高。
    .加工性能优异,质量稳定,易于产业化。
    .结构体系的灵活性、可改性、适合用户现代居住生活的需求,综合经济效益好。
    .可再次利用符合可持续发展的概念。
    3 推进轻型钢结构住宅应用中的问题
    当前轻型钢结构住宅的开发应用与迅速发展的轻钢结构市场相比,还处于起动阶段,应用技术与水平几乎处于半停滞状态,这种已成僵局而令人堪忧的局面若延续下去,无疑会导致弱化国家对住宅建设从粗放型向集约型转变的工作思路,延迟住宅产业现代化主要目标实现的进程,造成这种状况的原因是多方面的,这其中也有一个逐步被人们认知的问题。
    住宅建设各界对推进住宅建筑体系化认识模糊、反应迟钝、观望等待,做为制导决策的主管部门措施不力,未能积极支持和组织本地区开展示范、试点工程。
    轻钢结构住宅由于防火处理、制作安装费用占有较大比例使其价位偏高(工程造价约为1200元/M2),业主多与砖混砌体结构相对比,没有对价格进行合理的定位。
    轻钢结构住宅可采用多种结构体系,涉及多种建筑材料,设计制作安装技术要求高。
.两板(外墙板与楼板)的应用技术开发相对是难点,尤其是具有防撞、隔热保温、防火防水性能好,价格低的高效节能轻质外墙板。
    .钢产品生产不稳定,规格品种不完全,价格偏高,特别是小批量需求得不到有效的保证。
    .钢结构设计、施工、监理、管理长期缺乏专业人才和在职培训;技术不过关,管理不到位。
    .轻钢结构的规范标准尚不完善(《轻型房屋钢结构技术规程》、《矩形钢管砼结构技术规程》正在编制),设计手册、相关图集编制滞后,缺乏经权威机构鉴定的多、中高层轻钢结构专用CAD软件。
    4 轻型钢结构住宅体系设计的讨论
    4.1 结构体系:通常采用框架体系和双重抗侧力体系。钢框架结构适用于按6度设防和非抗震设防且仅进行静力计算的多、中高层住宅,钢框架-支撑结构--、钢框架-砼剪力墙结构-这两种双重抗侧力体系在多、中高层中应用最多。另外,借鉴国外工程应用实践的交错眼架体系,通过高度、跨度同房屋层高和宽度的眼架,在上下层交错布置在外围柱上;建筑可获得两倍柱距的大开间,结构却为小柱距和短跨板,是值得注视的一种实用高效的新型钢。
    4.2 结构分析:在多、中高层钢结构分析中,即便是对平面布置规则的体系也很少采用简化的手算、协同工作的分析方法,普遍应用三维空间模型分析程序。最常用的有TBSA、TAT(薄壁杆系模型)、SAP84、SATWE(壳元墙元模型),还有MTS、STS等钢结构CAD软件可供选择。多、中高层钢结构抗震设计在第一阶段,钢、砼构件均被视为理想的弹性材料,进行多遇地震下的弹性分析,第二阶段需确定层间恢复力模型,进行罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析难度较大,国外应用较多的静力弹塑性分析在国内还很少采用。现行《抗震规范》(GBJ11-89)仅"对不超过12层且钢度无实度的(钢筋砼)框架结构"提出采用简化计算方法,《高层钢规》(JGJ99-98)也没有类似的规定,有幸的是正在修订的GB5011对"不超过20层的钢框架和支撑钢框架结构"做了可同样采用简化计算的补充。
    4.3钢框架:钢框架柱多采用热轧H型钢(HW、HM型)、轻型焊接H型钢、钢管砼(圆形、方矩形),近年出现的大型冷轧高频焊管材(280X280方管、200X360矩管),其高度可达12.7MM已超出薄壁的概念十分有利于应用。钢管砼由于两种材料间的相互作用,不仅强度得到提高,也增强了塑性和延性;抗震和耐火性能好、施工进度加快的优点使其成为中高层住宅框架柱的首选,框架梁大多采用热轧H型钢(HN型)、焊接轻型H型钢、矩形钢管砼、梁柱节点多用2-3层柱量通型、栓焊混合连接的刚性做法,已建试点工程中也有为简化节点现场制作安装,减少施焊作业、用剖分T形钢以高强螺栓T形连接的节点。
    4.4楼板结构:采用无压痕及波槽的压型钢板现浇钢筋砼非组合楼板,可节省防火涂料的费用,燕尾压型钢板可不做吊顶处理应用较佳,但采用压型钢板将增加材料费用。应用较多的是一般现浇钢筋砼楼板和予应力薄板加砼现浇层的叠合板,要求楼板与钢梁有可靠的连接。予制钢筋砼铺板式楼盖由于整体刚度较差不宜采用,应该指出,进一步开展对不同类型的组合楼板、装配整体式砼楼板等经济实用技术的研究开发是十分必要和迫切的。
    4.5围护结构:轻型钢结构住宅适合选用不同类型的高效节能轻质墙板和自承重的各类砌块及与之相配套的保温隔热材料作围护结构,大部分处理轻质板材是在施工现场安装成复合墙体或是在工厂予制成复合墙板,通用的有压型彩钢夹芯板、砼岩棉复合墙板、GRC复合墙板、泰柏板等。相对轻质板材价位较低的单一处墙材料,蒸压加气砼砌块、粉煤灰陶粒砼空心砌块、装饰小型砼空心砌块及各类空心砖在多层轻钢住宅中应用较多。外墙不仅要高强轻质,节能防火等性能好,还应有易切割、钻钉施工操作简便的特点,进一步研制开发适用对路、价格又不太高的新型高效节能外墙材料已相对成为推行轻钢结构住宅体系的一大难点。
    5 结语
    多层、中高层轻型钢结构住宅是量大面广的工程类型,作为新型的住宅建筑体系,建筑设计是主导,不仅应重视灵活大开间的套型平面设计,还要考虑建筑设计部件设计转换的趋向,注重新型的水、暖、空调和电等各类设备配套灵活设计的适应性和多种管线的隐蔽布置。结构必须经济合理,不能简单地认为是用钢构件置换钢筋砼构件。要将传统的住宅设计方法与现代技术有机的结合,体现产业化轻钢结构住宅的风格和应用的质量水准,给人们以全新的认识和感受。推进轻型钢结构在多层、中高层住宅的应用,政府是主导,企业是主体,要使轻钢结构住宅在质量和价格上具有竞争力,造价是重要因素,不仅是钢结构本身的造价,与其配套材料的价格也要合理控制,若通过努力,全国能有10%的住宅建设采用轻钢结构体系,建筑面积可达1亿平方米,它的启动将为建筑结构开辟新的应用领域,市场前景非常广阔。

 
 

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