钢结构住宅发展及技术

钢结构住宅的发展及技术研究
摘要:本文首先研究国内外钢结构住宅的发展现状,介绍了钢结构住宅的特点及其结构形式,对钢结构住宅存在的技术问题进行了分析,并展望我国钢结构住宅产业化的发展前景。

关键词:钢结构住宅;优点;结构体系;应用前景改革开放以来,我国经济持续快速发展,建筑业也得到空前发展,逐步成为国民经济的支柱产业。

钢结构住宅作为绿色环保的新型建筑体系,随着钢产量的大幅度提高,
以及新材料、新技术的不断推出,钢结构住宅产业正健康快速发展。

1、钢结构住宅国内外的发展状况在许多工业发达国家如美国、日本、英国、澳大利亚,钢结构建筑的发展和应用已有几十年的历史。

美国钢结构住宅所占建筑总面积的比例从20世纪90年代的5%已经发展到现在的25%以上,日本及澳大利亚钢结构建筑占全部建筑的50%以上。

长期以来,我国因缺少钢材而对建筑钢结构的应用加以限制。

1996年我国钢产量突破1亿吨,2002年达到1.9亿吨,2005年达到3.7亿吨,已经超过了美国、日本、俄罗斯、韩国四个国家钢产量的总和。

国家用钢政策从20世纪50～60年代的限制用钢,到70～80年代的节约用钢,到二十一世纪已调整为鼓励用钢,为我国建筑钢结构的发展提供了极好的条件。

目前北京、天津、上海、山东莱芜、安徽马鞍山、广州、深圳等地开展中低层和高层钢结构试点工程,已经建成300～500万平方米住宅。

2、钢结构住宅的优点钢结构住宅是目前最具有发展潜力的环保节能型住宅,突破了
中国“秦砖汉瓦”式的传统建造模式,替代了传统的红砖及混凝土,
完全使用工业化生产的建筑材料,集众多优点于一身,是二十一世纪人类居住环境的理想建筑。

2.1 钢结构的重量轻、强度高,抗震性能好。

钢结构材料的强度高,塑性和韧性好,结构延性好。

用钢结构建造的住宅重量约为钢筋混凝土住宅的1/3～1/2。

自重的减轻使得地震作用效果降低,一般自重减轻一半,相当于降低抗震设防烈度一度,地震作用可降低30%～40%。

2.2 工业化程度高,易于实现住宅产业化。

钢结构住宅的设计借助专业设计软件,大大缩短设计周期,并实现设计的标准化。

所有构件工厂化加工制造,精度高,易保证质量。

容易实现机械化装配,施工速度快,施工周期短,与传统住宅相比工期缩短40%以上。

2.3 空间利用率高,能合理布置功能区间。

由于钢材轻质高强的特点,便于形成大柱距、大开间的开放式住宅,而传统结构(如砖混结构、砼结构)由于材料性质限制了空间自由布置,如果跨度、开间过大,就会造成板厚、梁高、柱大,出现“肥梁胖柱”现象,不但影响美观,而且自重增大,增加造价。

在空间使用率上,钢结构住宅使用的钢梁、钢柱的截面积比传统结构减小,所占净空面积也随之减小,使得房间使用面积增大,与传统结构相比可增加有效面积10%左右。

2.4 绿色环保,节能省地。

目前我国住宅体系多为砖混结构,大量使用硅酸盐水泥,在建筑物解体后产生大量的建筑垃圾,对环境造成极大破坏;砌体结构使用的实心粘土砖,浪费大量的土地资源。

而钢结构住宅所用材料主要是环保型可回收材料,在建筑物拆除时,钢材可以100%回收利用。

2.5 钢结构住宅保温隔热隔音效果突出,造型美观结构丰富。

大多采用
新型轻质墙体围护材料,不易霉变,不易虫蛀,在保温隔热隔音性能方面比传统住宅有明显优势。

钢结构材料轻质高强,结构设计时可以创造出艺术性较强的建筑外形,以满足住户对不同建筑风格的要求。

3、钢结构住宅的结构体系
钢结构住宅结构体系主要由承重结构体系、支撑体系、围护结构体系和楼板结构体系组成。

3.1 钢结构承重及支撑体系的组合型式有多种,应用于住宅的主要有钢框架结构体系、钢支撑框架体系、钢框架-抗剪桁架结构体系、交错桁架结构体系。

钢框架体系结构简单、受力明确、平面布置灵活、结构刚度均匀、抗震性能好,属典型的柔性结构体系,其侧向刚度差;钢支撑框架结构体系通常用槽钢或角钢在墙体平面内布置垂直支撑体系,能够有效抵抗水平荷载,提高侧向刚度,减小层间位移。

钢结构住宅承重体系构件一般采用热轧或高频焊接h型钢,热轧或焊接工字钢、方钢管、圆钢管或冷弯薄壁型钢。

3.2 围护结构体系约占钢结构住宅总造价的30%,为减轻结构自重,满足建筑节能要求,围护墙体大多采用轻质材料。

外墙可采用蒸压轻质加气混凝土板材(alc板)、src复合保温墙板、钢丝网复合保温板、水泥刨花板等,内墙可采用轻钢龙骨石膏板,alc轻质板、夹层复合板、稻草板等。

3.3楼板结构由钢梁和楼面板组合而成。

楼盖体系要保证有足够的强度、刚度和稳定性,同时要尽量减轻楼板自重。

楼板主要型式有压型钢板与现浇混凝土组合楼板,预制轻混凝土板。

4、钢结构住宅存在的技术问题
4.1 防火问题
钢结构有很多优点,但也有其致命缺陷,即耐火性能很差,钢材
的承载力和平衡稳定性会随温度的升高而大幅降低。

当温度达到400℃时,钢材的屈服强度降至室温下强度的一半,当温度达到600℃时,钢材基本丧失全部强度和刚度。

解决该问题的方法有两种,一是使用耐火耐候钢,该种钢材是采用技术在钢材中添加合金元素(如cu、ni、cr、si、p等元素),使钢材的金相组织发生变化,从而改善钢材内在的耐火性和耐候性,这种钢材在600℃高温下,屈服强度下降不大于1/3;二是使用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层等方法。

对于外露的钢构件多采用10～40㎜厚的涂料,耐火极限可达1.5～3h;对于隐藏的钢构件,珍珠岩防火喷涂或防火板是经济有效的方法。

4.2 防腐问题
钢结构的腐蚀与所处环境、温度、湿度直接有关。

根据国内外试验资料,表面无防护的钢材在大气中第一年锈蚀速度约为第五年的两倍,室外钢材的锈蚀速度约为室内锈蚀速度的四倍,处于干燥
环境的钢材,几乎不会锈蚀。

因此,暴露钢构件一般外涂耐腐蚀涂料或油漆,或采取镀锌处理。

4.3 标准规范问题
由于我国发展钢结构住宅仅仅只有十几年的历程,钢结构住宅
技术体系还不够成熟,钢结构住宅标准规范零散而不系统,技术水
平参差不齐,工业化程度不高,还需进一步研究创新并规范化。

5、我国钢结构住宅的前景展望
目前,国内的建筑业生产效率较低,尚属劳动密集型产业,而钢结构住宅属于高技术高效率的产业,加快对钢结构住宅的研究,将促进建筑业向技术密集型产业转化,并将带动建材、冶金、机械尤其是钢铁企业的发展。

中国钢结构协会编制的《2009-2012年钢结构行业态势运行发展趋势预测报告》指出,“节能减排”继续成为我国经济发展的一项重要工作,是可持续发展的一项基本国策,因而具有节能、环保、绿色优势的钢结构被市场看好。

按照早先中国钢结构协会制定的《钢结构行业“十一五”发展规划建议书》显示,2010年钢结构产量将达到2600万吨。

而根据目前掌握的资料计算,2010年我国钢结构行业拟达3000万-4000万吨制造能力,说明我国钢结构行业存在着较大的发展空间。

6、结语
现在我国钢结构住宅的发展已进入加速阶段,有关产业政策、标准和规范相继出台,国内钢产量充足,为钢结构住宅的发展提供了较好的开发环境、物质基础和技术条件。

我们应不断提高研究开发能力,掌握国外先进技术,促进钢结构住宅产业化,相信我国钢结构住宅的发展前景是广阔的。

参考文献: [1] 李悦,吴玉生等,轻钢住宅体系的国内外发展与应用现状[j],建筑技术,2009(3) [2]徐伟良,何余良,多高层钢结构
住宅的建筑技术与工程应用[j],建筑技术,2009(7)
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