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摘要:随着科技的发展、社会的进步、人民生活水平的提高、生活观念和生活方式的改变、要求建造住房的快速性、住房的个性以及住房绿色环保性都被提到了议事日程。堪称“绿色结构”的钢结构住宅就是其主流产品。钢结构住宅的建造如同装配一台机床、组装一辆汽车,这样的速度确实令人难以想象。但从目前形势来看,这种从工厂流水线上走下来的钢结构住宅将是中国住宅发展的方向。本文简要论述了钢结构住宅在国内外的发展概况及其优越性,并就我国今后发展钢结构住宅所面临的问题和发展前景提出了一些看法。
关键词:高层建筑;钢结构;施工技术;
一、钢结构的优势
钢结构的优势有:自重轻,便于运输和安装,可跨越度大,用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅重量的1/2;抗震性好;钢材的塑性和韧性好,即钢结构不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏,且对动力荷载的适应性较强;设计风格灵活、丰富,在梁高相同的情况下,钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50%;钢结构多采用螺栓连接,结构轻,施工简便,施工安装周期短;可以有效保护环境,即钢结构产生的噪音小、粉尘少,对土地资源破坏小,产生的固体垃圾量小,废钢资源回收价值高;综合造价低;钢结构工业化制作程度高,便于机械制造,集约化生产,精度高,安装方便,质量易于保证。
二、钢结构住宅的应用
轻型钢结构组合房屋引入中国的时间很短,最初仅用于临时性建筑,直到目前,这种结构形式仍然广泛应用于各种临时性建筑。钢结构组合房屋在使用性质上发生了改变,是一种永久性的、适合人居的、高品质的钢结构组合房屋。
我国的轻型钢结构住宅钢结构组合房屋尚处于起步阶段,主要服务人群是新农村改造项目和城市中多、高层建筑以及别墅区。最初许多用户对轻钢结构组合房屋是否抗震、节能、环保持怀疑态度,这对市场推广也产生了一定阻力。经过汶川大地震和玉树地震,老百姓对轻钢结构建筑的抗震性有了一定的认识。随着我国节能产业政策的不断推进,轻型钢结构组合房屋以其独特的优势正在逐步被人们所接受,节能、绿色、富有个性化的建筑正在改变着人们的居住观念。那么,钢结构住宅有什么样的优点呢?
2.1 钢结构住宅的优点
2.1.1钢结构住宅施工快,工期短
现在,业主一般买的都是期房,如果说砖混结构工期是两年,那么钢结构只需要一半的时间。这样就提前了开发商的交房时间,也能让期盼已久的业主早日住上自己心仪的房。
2.1.2钢结构住宅造型活跃,格局个性化
钢结构住宅除了厨房、卫生间固定,室内格局可以随意改变,不受原有传统结构的限制。
2.1.3房子面积利用率高因为没有室内格局的限制,所以业主可以充分利用室内的空间,提高利用率。
2.1.4从抗震的角度考虑,也是一般住宅结构不能相比的,在国外,比如日本一些处于地震带地区的住宅都采用钢结构建筑,抗震能力比较强。不仅于此,钢结构住宅具有以下技术优势:
1)比起传统的结构,可以更好的满足建筑上大开间、灵活分隔的要求,并可以提高使用面积率5%~8%;
2)与钢结构配套技术的轻质墙板、复合楼板等采用新型材料,符合节能建筑的要求;
3)钢结构构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制做、产品化;
4)钢结构住宅体系可以实现住宅建筑技术集成化的产业化新思路;
5)钢结构体系自重轻(约为混凝土结构的一半),可以大大减少基础的造价;
三、钢结构住宅的结构体系和主要构件
3.1结构体系
应用于多层钢结构住宅的体系可分为,冷弯薄壁型钢体系、纯钢框架体系、框架—支撑体系、钢框架—混凝土剪力墙体系、周围抗侧力体系等。
3.1.1 冷弯薄壁型钢体系
构件采用薄钢板冷弯成C形、Z形构件,可单独使用,也可组合使用。杆件间连接采用自攻螺丝。这种体系节点刚性不易保证,抗侧能力较差,一般只用于1~2层住宅或别墅。
3.1.2纯钢框架体系
目前,这种体系在多层钢结构住宅中应用最广,纯框架体系常用于4~8层住宅。纵横向都设成钢框架,门窗设置灵活,可提供较大的开间,便于用户二次设汁,以满足不同住户的各种生活需求。
3.1.3框架—支撐体系
该体系主要由焊接工字型梁柱组成,多数情况下,这种体系为横向承重,梁柱节点在横向上为刚性连接,纵向为铰接。因此,结构在纵向相当于排架,抗侧移刚度较低,需设置侧向支撑抵抗水平荷载,限制结构的水平变形。
3.1.4框架—混凝土剪力墙体系
用钢筋混凝土剪力墙部分或全部代替钢支撑。就形成了框架—钢筋混凝土剪力墙(简)体系。它适用于小高层住宅,一般将楼梯或电梯间设计成钢筋混凝土墙(筒),这样既有效地加强了建筑物的侧向刚度,又解决了楼梯间的防火问题。
四、钢结构住宅面临的问题及发展前景
4.1钢结构住宅面临的问题
钢结构住宅具有以上的综合优势,因而受到各方的重视。但目前,中国的钢结构住宅还只是处于起步阶段,研究力度还不够,实际设计和施工还存在不少争议和问题需要解决。
4.1.1 钢结构住宅技术问题
首先,全国已兴建了部分钢结构住宅,基本上是等效采用外国标准,缺乏有针对性的适合中国国情的钢结构住宅规范,所以应该有计划地建造一批试验工程,逐步使该技术在国内成熟起来,同时中国已加人WI0,编制规范考虑与国际接轨问题也是必不可少的。第二,钢结构住宅建筑要以建筑设计为主导,其他专业紧密配合。不但要遵循住宅建筑设计一般原则,还要特别注重如何发挥钢结构的优势。一方面考虑钢梁跨度可增大、结构开间更灵活、尽量为住户创造更大的空间;另一方面,还要考虑如何避免钢结构带来的平、立面单调呆板的问题。这两方面都要处理好。第三,为了更好地推广钢结构住宅,设计和制定规范时,要保证构件制造实现工厂化生产,便于运输,还要保证现场安装连接方便,施工迅速。第四,关于施工资质问题,上级主管部门要加大审核力度,实现资质审核规范化、程序化。
4.1.2 设备配套、原材料供应问题
建筑设备应与钢结构住宅配套,是住户首先关心的问题。要选用和开发适合钢结构住宅的各项配套设备,如:室内装修、高档厨卫设备、室内生活配套设备以及室外管线、绿化环境等。目前,大部分钢结构住宅需用原材料都可以在国内配套,但仍有一些高档材料需要进口。因此尚需加大材料研发力度。
4.1.3 降低成本问题
从原材料角度看,现阶段黏土砖的价格肯定比钢材和其它新型墙体材料便宜,造成钢结构住宅的主体结构造价和内墙造价略高于砖混结构或其他结构,即使这样,如前所述,考虑到多方面因素,钢结构住宅的综合造价仍然是有优势的。另外,使用黏土砖,意味着要丧失大面积优质的田地。因此,国家已明确限制使用实心黏土砖。所以关于钢结构住宅的造价问题,应结合中国国情,从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手,加强管理和协调,以降低成本,提高其综合经济效益。
4.1.4 钢结构防火、防腐蚀、抗冲击问题
建筑用钢是否耐腐蚀、耐火,直接决定了钢结构住宅的质量。有资料显示,无任何防护措施的普通钢材一旦遭遇腐蚀或火烧,15~20分钟便会软化,丧失其承载能力。因此,研究新型的防火、防腐蚀材料是当务之急。除此之外,虽然钢结构具有较好的延性,但 “9·11”事件使人们更加关注高层钢结构住宅的抗冲击性能。
4.1.5 实用性人才缺乏问题
目前,具有钢结构住宅设计经验的技术人员和施工技术工人较缺乏,致使一些开发商不敢轻易采用钢结构形式。这不能不说是一种缺憾。
4.1.6 钢结构住宅的宣传和国际交流问题
钢结构住宅在我国属于一支新生力量,大部分用户对其缺乏了解。因此要广泛宣传开发钢结构住宅的益处,完善不同类型结构设计规范和施工技术标准,建立一个能与传统建材相竞争的钢材供应网,研制新型的轻质保温墙体材料以及与之配套的辅助材料,做好示范工程,加强信息交流,发布行业动态,寻求国际间的广泛合作。另外,中国的钢结构住宅产业不能完全局限于“自力更生,自主开发”一条路,应该打开大门,面向世界,吸收和借鉴国外成熟的先进经验。只有这样才能加快其产业化进程。
五、结语
综上,随着高科技的发展,人们的观念与生活的方式也将不断更新与变化,对住宅总体质量的要求也将不断提高。钢结构住宅具有环保、易于产业化、可持续发展的特点,发展钢结构住宅不仅可加快国家和城市的发展速度,还可提高住宅质量和人们的居住水准,钢结构住宅必将成为我国建筑业的发展方向和趋势。
关键词:高层建筑;钢结构;施工技术;
一、钢结构的优势
钢结构的优势有:自重轻,便于运输和安装,可跨越度大,用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅重量的1/2;抗震性好;钢材的塑性和韧性好,即钢结构不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏,且对动力荷载的适应性较强;设计风格灵活、丰富,在梁高相同的情况下,钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50%;钢结构多采用螺栓连接,结构轻,施工简便,施工安装周期短;可以有效保护环境,即钢结构产生的噪音小、粉尘少,对土地资源破坏小,产生的固体垃圾量小,废钢资源回收价值高;综合造价低;钢结构工业化制作程度高,便于机械制造,集约化生产,精度高,安装方便,质量易于保证。
二、钢结构住宅的应用
轻型钢结构组合房屋引入中国的时间很短,最初仅用于临时性建筑,直到目前,这种结构形式仍然广泛应用于各种临时性建筑。钢结构组合房屋在使用性质上发生了改变,是一种永久性的、适合人居的、高品质的钢结构组合房屋。
我国的轻型钢结构住宅钢结构组合房屋尚处于起步阶段,主要服务人群是新农村改造项目和城市中多、高层建筑以及别墅区。最初许多用户对轻钢结构组合房屋是否抗震、节能、环保持怀疑态度,这对市场推广也产生了一定阻力。经过汶川大地震和玉树地震,老百姓对轻钢结构建筑的抗震性有了一定的认识。随着我国节能产业政策的不断推进,轻型钢结构组合房屋以其独特的优势正在逐步被人们所接受,节能、绿色、富有个性化的建筑正在改变着人们的居住观念。那么,钢结构住宅有什么样的优点呢?
2.1 钢结构住宅的优点
2.1.1钢结构住宅施工快,工期短
现在,业主一般买的都是期房,如果说砖混结构工期是两年,那么钢结构只需要一半的时间。这样就提前了开发商的交房时间,也能让期盼已久的业主早日住上自己心仪的房。
2.1.2钢结构住宅造型活跃,格局个性化
钢结构住宅除了厨房、卫生间固定,室内格局可以随意改变,不受原有传统结构的限制。
2.1.3房子面积利用率高因为没有室内格局的限制,所以业主可以充分利用室内的空间,提高利用率。
2.1.4从抗震的角度考虑,也是一般住宅结构不能相比的,在国外,比如日本一些处于地震带地区的住宅都采用钢结构建筑,抗震能力比较强。不仅于此,钢结构住宅具有以下技术优势:
1)比起传统的结构,可以更好的满足建筑上大开间、灵活分隔的要求,并可以提高使用面积率5%~8%;
2)与钢结构配套技术的轻质墙板、复合楼板等采用新型材料,符合节能建筑的要求;
3)钢结构构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制做、产品化;
4)钢结构住宅体系可以实现住宅建筑技术集成化的产业化新思路;
5)钢结构体系自重轻(约为混凝土结构的一半),可以大大减少基础的造价;
三、钢结构住宅的结构体系和主要构件
3.1结构体系
应用于多层钢结构住宅的体系可分为,冷弯薄壁型钢体系、纯钢框架体系、框架—支撑体系、钢框架—混凝土剪力墙体系、周围抗侧力体系等。
3.1.1 冷弯薄壁型钢体系
构件采用薄钢板冷弯成C形、Z形构件,可单独使用,也可组合使用。杆件间连接采用自攻螺丝。这种体系节点刚性不易保证,抗侧能力较差,一般只用于1~2层住宅或别墅。
3.1.2纯钢框架体系
目前,这种体系在多层钢结构住宅中应用最广,纯框架体系常用于4~8层住宅。纵横向都设成钢框架,门窗设置灵活,可提供较大的开间,便于用户二次设汁,以满足不同住户的各种生活需求。
3.1.3框架—支撐体系
该体系主要由焊接工字型梁柱组成,多数情况下,这种体系为横向承重,梁柱节点在横向上为刚性连接,纵向为铰接。因此,结构在纵向相当于排架,抗侧移刚度较低,需设置侧向支撑抵抗水平荷载,限制结构的水平变形。
3.1.4框架—混凝土剪力墙体系
用钢筋混凝土剪力墙部分或全部代替钢支撑。就形成了框架—钢筋混凝土剪力墙(简)体系。它适用于小高层住宅,一般将楼梯或电梯间设计成钢筋混凝土墙(筒),这样既有效地加强了建筑物的侧向刚度,又解决了楼梯间的防火问题。
四、钢结构住宅面临的问题及发展前景
4.1钢结构住宅面临的问题
钢结构住宅具有以上的综合优势,因而受到各方的重视。但目前,中国的钢结构住宅还只是处于起步阶段,研究力度还不够,实际设计和施工还存在不少争议和问题需要解决。
4.1.1 钢结构住宅技术问题
首先,全国已兴建了部分钢结构住宅,基本上是等效采用外国标准,缺乏有针对性的适合中国国情的钢结构住宅规范,所以应该有计划地建造一批试验工程,逐步使该技术在国内成熟起来,同时中国已加人WI0,编制规范考虑与国际接轨问题也是必不可少的。第二,钢结构住宅建筑要以建筑设计为主导,其他专业紧密配合。不但要遵循住宅建筑设计一般原则,还要特别注重如何发挥钢结构的优势。一方面考虑钢梁跨度可增大、结构开间更灵活、尽量为住户创造更大的空间;另一方面,还要考虑如何避免钢结构带来的平、立面单调呆板的问题。这两方面都要处理好。第三,为了更好地推广钢结构住宅,设计和制定规范时,要保证构件制造实现工厂化生产,便于运输,还要保证现场安装连接方便,施工迅速。第四,关于施工资质问题,上级主管部门要加大审核力度,实现资质审核规范化、程序化。
4.1.2 设备配套、原材料供应问题
建筑设备应与钢结构住宅配套,是住户首先关心的问题。要选用和开发适合钢结构住宅的各项配套设备,如:室内装修、高档厨卫设备、室内生活配套设备以及室外管线、绿化环境等。目前,大部分钢结构住宅需用原材料都可以在国内配套,但仍有一些高档材料需要进口。因此尚需加大材料研发力度。
4.1.3 降低成本问题
从原材料角度看,现阶段黏土砖的价格肯定比钢材和其它新型墙体材料便宜,造成钢结构住宅的主体结构造价和内墙造价略高于砖混结构或其他结构,即使这样,如前所述,考虑到多方面因素,钢结构住宅的综合造价仍然是有优势的。另外,使用黏土砖,意味着要丧失大面积优质的田地。因此,国家已明确限制使用实心黏土砖。所以关于钢结构住宅的造价问题,应结合中国国情,从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手,加强管理和协调,以降低成本,提高其综合经济效益。
4.1.4 钢结构防火、防腐蚀、抗冲击问题
建筑用钢是否耐腐蚀、耐火,直接决定了钢结构住宅的质量。有资料显示,无任何防护措施的普通钢材一旦遭遇腐蚀或火烧,15~20分钟便会软化,丧失其承载能力。因此,研究新型的防火、防腐蚀材料是当务之急。除此之外,虽然钢结构具有较好的延性,但 “9·11”事件使人们更加关注高层钢结构住宅的抗冲击性能。
4.1.5 实用性人才缺乏问题
目前,具有钢结构住宅设计经验的技术人员和施工技术工人较缺乏,致使一些开发商不敢轻易采用钢结构形式。这不能不说是一种缺憾。
4.1.6 钢结构住宅的宣传和国际交流问题
钢结构住宅在我国属于一支新生力量,大部分用户对其缺乏了解。因此要广泛宣传开发钢结构住宅的益处,完善不同类型结构设计规范和施工技术标准,建立一个能与传统建材相竞争的钢材供应网,研制新型的轻质保温墙体材料以及与之配套的辅助材料,做好示范工程,加强信息交流,发布行业动态,寻求国际间的广泛合作。另外,中国的钢结构住宅产业不能完全局限于“自力更生,自主开发”一条路,应该打开大门,面向世界,吸收和借鉴国外成熟的先进经验。只有这样才能加快其产业化进程。
五、结语
综上,随着高科技的发展,人们的观念与生活的方式也将不断更新与变化,对住宅总体质量的要求也将不断提高。钢结构住宅具有环保、易于产业化、可持续发展的特点,发展钢结构住宅不仅可加快国家和城市的发展速度,还可提高住宅质量和人们的居住水准,钢结构住宅必将成为我国建筑业的发展方向和趋势。