鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展及技術(shù)研究

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　1、鋼結(jié)構(gòu)住宅國內(nèi)外的發(fā)展狀況

　　在許多工業(yè)發(fā)達國家如美國、日本、英國、澳大利亞,鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展和應用已有幾十年的歷史。美國鋼結(jié)構(gòu)住宅所占建筑總面積的比例從20世紀90年代的5%已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的25%以上,日本及澳大利亞鋼結(jié)構(gòu)建筑占全部建筑的50%以上。

　　長期以來,我國因缺少鋼材而對建筑鋼結(jié)構(gòu)的應用加以限制。1996年我國鋼產(chǎn)量突破1億噸,2002年達到1.9億噸,2005年達到3.7億噸,已經(jīng)超過了美國、日本、俄羅斯、韓國四個國家鋼產(chǎn)量的總和。國家用鋼政策從20世紀50～60年代的限制用鋼,到70～80年代的節(jié)約用鋼,到二十一世紀已調(diào)整為鼓勵用鋼,為我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了極好的條件。目前北京、天津、上海、山東萊蕪、安徽馬鞍山、廣州、深圳等地開展中低層和高層鋼結(jié)構(gòu)試點工程,已經(jīng)建成300～500萬平方米住宅。

　　2、鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點

　　鋼結(jié)構(gòu)住宅是目前最具有發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)保節(jié)能型住宅,突破了中國“秦磚漢瓦”式的傳統(tǒng)建造模式,替代了傳統(tǒng)的紅磚及混凝土,完全使用工業(yè)化生產(chǎn)的建筑材料,集眾多優(yōu)點于一身,是二十一世紀人類居住環(huán)境的理想建筑。

　　2.1 鋼結(jié)構(gòu)的重量輕、強度高,抗震性能好。鋼結(jié)構(gòu)材料的強度高,塑性和韌性好,結(jié)構(gòu)延性好。用鋼結(jié)構(gòu)建造的住宅重量約為鋼筋混凝土住宅的1/3～1/2。自重的減輕使得地震作用效果降低,一般自重減輕一半,相當于降低抗震設(shè)防烈度一度,地震作用可降低30%～40%。

　　2.2 工業(yè)化程度高,易于實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化。鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計借助專業(yè)設(shè)計軟件,大大縮短設(shè)計周期,并實現(xiàn)設(shè)計的標準化。所有構(gòu)件工廠化加工制造,精度高,易保證質(zhì)量。容易實現(xiàn)機械化裝配,施工速度快,施工周期短,與傳統(tǒng)住宅相比工期縮短40%以上。

　　2.3 空間利用率高,能合理布置功能區(qū)間。由于鋼材輕質(zhì)高強的特點,便于形成大柱距、大開間的開放式住宅,而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如磚混結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu))由于材料性質(zhì)限制了空間自由布置,如果跨度、開間過大,就會造成板厚、梁高、柱大,出現(xiàn)“肥梁胖柱”現(xiàn)象,不但影響美觀,而且自重增大,增加造價。在空間使用率上,鋼結(jié)構(gòu)住宅使用的鋼梁、鋼柱的截面積比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小,所占凈空面積也隨之減小,使得房間使用面積增大,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可增加有效面積10%左右。

　　2.4 綠色環(huán)保,節(jié)能省地。目前我國住宅體系多為磚混結(jié)構(gòu),大量使用硅酸鹽水泥,在建筑物解體后產(chǎn)生大量的建筑垃圾,對環(huán)境造成極大破壞;砌體結(jié)構(gòu)使用的實心粘土磚,浪費大量的土地資源。而鋼結(jié)構(gòu)住宅所用材料主要是環(huán)保型可回收材料,在建筑物拆除時,鋼材可以100%回收利用。

　　2.5 鋼結(jié)構(gòu)住宅保溫隔熱隔音效果突出,造型美觀結(jié)構(gòu)豐富。大多采用新型輕質(zhì)墻體圍護材料,不易霉變,不易蟲蛀,在保溫隔熱隔音性能方面比傳統(tǒng)住宅有明顯優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)材料輕質(zhì)高強,結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以創(chuàng)造出藝術(shù)性較強的建筑外形,以滿足住戶對不同建筑風格的要求。

　　3、鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系

　　鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要由承重結(jié)構(gòu)體系、支撐體系、圍護結(jié)構(gòu)體系和樓板結(jié)構(gòu)體系組成。

　　3.1 鋼結(jié)構(gòu)承重及支撐體系的組合型式有多種,應用于住宅的主要有鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼支撐框架體系、鋼框架-抗剪桁架結(jié)構(gòu)體系、交錯桁架結(jié)構(gòu)體系。鋼框架體系結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、平面布置靈活、結(jié)構(gòu)剛度均勻、抗震性能好,屬典型的柔性結(jié)構(gòu)體系,其側(cè)向剛度差;鋼支撐框架結(jié)構(gòu)體系通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內(nèi)布置垂直支撐體系,能夠有效抵抗水平荷載,提高側(cè)向剛度,減小層間位移。鋼結(jié)構(gòu)住宅承重體系構(gòu)件一般采用熱軋或高頻焊接H型鋼,熱軋或焊接工字鋼、方鋼管、圓鋼管或冷彎薄壁型鋼。

　　3.2 圍護結(jié)構(gòu)體系約占鋼結(jié)構(gòu)住宅總造價的30%,為減輕結(jié)構(gòu)自重,滿足建筑節(jié)能要求,圍護墻體大多采用輕質(zhì)材料。外墻可采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板材(ALC板)、SRC復合保溫墻板、鋼絲網(wǎng)復合保溫板、水泥刨花板等,內(nèi)墻可采用輕鋼龍骨石膏板,ALC輕質(zhì)板、夾層復合板、稻草板等。

　　3.3樓板結(jié)構(gòu)由鋼梁和樓面板組合而成。樓蓋體系要保證有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性,同時要盡量減輕樓板自重。樓板主要型式有壓型鋼板與現(xiàn)澆混凝土組合樓板,預制輕混凝土板。

　　4、鋼結(jié)構(gòu)住宅存在的技術(shù)問題

　　4.1 防火問題

　　鋼結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點,但也有其致命缺陷,即耐火性能很差,鋼材的承載力和平衡穩(wěn)定性會隨溫度的升高而大幅降低。當溫度達到400℃時,鋼材的屈服強度降至室溫下強度的一半,當溫度達到600℃時,鋼材基本喪失全部強度和剛度。解決該問題的方法有兩種,一是使用耐火耐候鋼,該種鋼材是采用技術(shù)在鋼材中添加合金元素(如Cu、Ni、Cr、Si、P等元素),使鋼材的金相組織發(fā)生變化,從而改善鋼材內(nèi)在的耐火性和耐候性,這種鋼材在600℃高溫下,屈服強度下降不大于1/3;二是使用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層等方法。對于外露的鋼構(gòu)件多采用10～40㎜厚的涂料,耐火極限可達1.5～3h;對于隱藏的鋼構(gòu)件,珍珠巖防火噴涂或防火板是經(jīng)濟有效的方法。

　　4.2 防腐問題

　　鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與所處環(huán)境、溫度、濕度直接有關(guān)。根據(jù)國內(nèi)外試驗資料,表面無防護的鋼材在大氣中第一年銹蝕速度約為第五年的兩倍,室外鋼材的銹蝕速度約為室內(nèi)銹蝕速度的四倍,處于干燥環(huán)境的鋼材,幾乎不會銹蝕。因此,暴露鋼構(gòu)件一般外涂耐腐蝕涂料或油漆,或采取鍍鋅處理。

　　4.3 標準規(guī)范問題

　　由于我國發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅僅僅只有十幾年的歷程,鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)體系還不夠成熟,鋼結(jié)構(gòu)住宅標準規(guī)范零散而不系統(tǒng),技術(shù)水平參差不齊,工業(yè)化程度不高,還需進一步研究創(chuàng)新并規(guī)范化。

　　5、我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的前景展望

　　目前,國內(nèi)的建筑業(yè)生產(chǎn)效率較低,尚屬勞動密集型產(chǎn)業(yè),而鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于高技術(shù)高效率的產(chǎn)業(yè),加快對鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究,將促進建筑業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化,并將帶動建材、冶金、機械尤其是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。

　　中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會編制的《2009-2012年鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)態(tài)勢運行發(fā)展趨勢預測報告》指出,“節(jié)能減排”繼續(xù)成為我國經(jīng)濟發(fā)展的一項重要工作,是可持續(xù)發(fā)展的一項基本國策,因而具有節(jié)能、環(huán)保、綠色優(yōu)勢的鋼結(jié)構(gòu)被市場看好。按照早先中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會制定的《鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃建議書》顯示,2010年鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量將達到2600萬噸。而根據(jù)目前掌握的資料計算,2010年我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)擬達3000萬-4000萬噸制造能力,說明我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)存在著較大的發(fā)展空間。

　　6、結(jié)語

　　現(xiàn)在我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展已進入加速階段,有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策、標準和規(guī)范相繼出臺,國內(nèi)鋼產(chǎn)量充足,為鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展提供了較好的開發(fā)環(huán)境、物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)條件。我們應不斷提高研究開發(fā)能力,掌握國外先進技術(shù),促進鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化,相信我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展前景是廣闊的。