钢结构别墅

2010-05-22

      住宅钢结构体系是指纯钢结构(钢框架或框架-支撑)体系,介于高层钢结构(钢框架或钢框架-混凝土剪力墙)体系与冷弯薄壁型钢钢结构(ZC等轻型钢结构)体系之间的多层钢结构住宅体系。

由于采用了轻型屋面及墙体结构,而且其支撑钢结构的材料强度高,用料省,体形小,所以自重轻。故以钢结构做支撑体系时,可建造开间,进深较大(大柱网钢结构避免设置转换层利于各种建筑功能要求),户型户内不设柱的灵活分隔的住宅来满足建筑平面功能的要求;同时可提高住宅的空间利用率,适于住宅竖向的夹层、局部错层的改造。而且,所需构件的截面小,在相同建筑面积下的建筑空间利用率增加5~8%,这一点对以建筑面积销售而言,开发商相对要吃砖混或钢筋混凝土结构的亏,但作为销售宣传上,是极为有利的。

钢结构住宅体系直接造价略高于混凝土结构大约5%左右。但其经济效益、社会效益高,在房地产企业激烈竞争的今天,它是房地产企业综合实力的集中体现,对于提高企业产品品牌,提高企业的社会知名度都有较大的影响。

在建筑结构领域建筑钢结构是科技含量高,工程进步的标志,从发达国家地区来讲,钢结构由于提供了结构安全性,稳定性,在设计上灵活、先进,因此钢结构已成为许多建筑的主要结构形式。建筑、土木工程在日本建筑钢结构用钢量占13%,而建筑钢结构用钢中,钢结构构件住宅用钢占了相当大的比例,而我国目前建筑钢结构用钢占钢产量的比例仅有1.5%

而今我国持续三年年钢产量超过1亿吨,成为世界上钢产量最多的国家,为此国家十五规划中,确立了2010年全国钢结构用钢达到钢材总量的5%左右,因此,国家鼓励在住宅领域采用钢结构。而且随着我国钢铁工业的不断发展,钢材产量和质量陆续提高,尤其是受规格单一的影响造成扎制型型钢的积压,钢材市场出现供过于求的局面,钢材及型钢价格将逐步下降,据调查显示,钢结构的材料、制作和安装费用以由1995年的每吨9000~10000元下降到现在的5000~6000元(2000年底价格),几乎下降了50%,因此钢结构住宅的建筑成本也将随之下降并能与钢筋混凝土结构持平,甚至要比钢筋混凝土结构还要低。所有这些都将为钢结构住宅建设提供了发展平台。

1、 工程基础形式:一般采用钢筋混凝土独立柱基础或筏板基础。当有地下室时,钢柱可直接延伸至地下室,结构传力途径简捷;结构施工周期短,综合造价降低。

2、 钢框架或框架-支撑结构体系

1) 钢框架或框架-支撑:在钢结构住宅的钢结构体系主要采用钢管混凝土柱、轻型H型梁框架体系和H型钢T形连接钢柱、轻型H型梁预制钢框架片通过钢梁现场组装的组合框架体系两种钢结构构成的纵横两个方向的多层框架体系类型。

钢管混凝土框架柱钢框架,即是在空钢管内灌注高强度素混凝土而形成的复合受压构件,它利用钢管约束混凝土,使钢管内的混凝土三向受压,从而提高了混凝土的抗压强度和延性,同时,管内的混凝土保证了钢管的局部稳定性,因此钢管混凝土柱结合了钢柱与混凝土柱的优点,单柱的轴向承载力大幅提高,框架柱截面大幅减少,与H型钢柱相比,可节约用钢量约50%,降低造价约45%,钢管直径不变,壁厚逐渐减薄;另外,钢管混凝土柱中之混凝土可以吸收热量,减慢钢柱的升温速度,并且一旦钢柱屈服,混凝土可以承受大部分的轴向荷载,防止结构倒塌。

H型钢T形连接钢柱的组合框架,即是钢结构采用工厂预制钢框架片(钢柱、钢梁及支撑组合),现场组合的框架体系,技术上较为先进,拐角处将两个三相垂直的H字型柱合并的处理方法,双向都有较强的刚度,无弱轴;增加了侧向刚度(加一定支撑),整体结构受力效果好。每个单片框架可以将墙体龙骨、门窗框同时组装在内,现场通过高强螺栓及连接板连接各框架片,这样,现场即可直接将结构框架与墙体材料和门窗一起就位,加快建造速度。

钢结构框架梁一般均采用高频焊接H型钢,它的优点是,翼缘板的宽度和厚度可以根据设计的要求任意改变,腹板的厚度可以满足局部稳定的条件下比扎制H型钢(所说的工字钢)薄,构件截面惯性距比扎制H型钢增加20~30%,对于以承受弯距为主的框架梁等于节约了20~30%的用钢量,因此,在与扎制H型钢的比较中因重量轻、强度高、外观美、加工方便、根据设计要求随意定尺、生产能力强等优点使其更具有经济合理、截面尺寸选择灵活的特性。

钢柱与钢梁之间的连接有刚性连接和铰接两种形式,刚性连接指腹板处采用高强螺栓连接,上下翼缘焊接的连接形式;铰接连接指腹板处采用高强螺栓连接,上下翼缘无须焊接的连接形式。前者需要现场施焊,而后者无须现场施焊,安装可不受天气和季节限制,因此,大为简化了安装程序,现场作业量大为减少,钢结构安装速度可成倍的提高。同时可利用此铰接节点,在钢梁设计计算时,全部采用钢-混凝土组合梁截面进行计算,钢梁受拉,现浇混凝土受压,充分发挥钢材和混凝土两种材料的受力特点,可节约钢梁用钢量,同时也降低了钢梁的高度,增加了使用空间。

2)钢结构的水平受力构件-楼板和屋面板形式分为预制楼板和现浇楼板两种类型。由于,抗震、易开裂、隔音效果等因素,采用的很少。现阶段均采用现浇混凝土楼板,它分为压型钢板上现浇混凝土(复合板)和普通模板现浇混凝土两种形式,后者从经济角度考虑比较多,前者则更适合于钢结构的特性:压型钢板即作为模板又代替楼板下部受力钢筋;满足防火要求;无须支模;提供工程作业面,以利土建、设备交叉作业;不影响工期;天棚规整,无须找平砂浆(落物伤人),利于二次装修效果(涂料、壁纸或其它)的体现。

3、围护结构体系

与钢结构体系相适应的围护墙体材料的选择是制约钢结构住宅发展的一个非常重要的因素。它要求:工厂化程度高,与钢结构易于连接,材料轻且强度高,防水、抗渗、抗冻性能强,保温、隔热、节能,外饰面,耐火,耐久性,经济指标易于接受,等等。

我国的墙体改革已经多年,但由于住宅墙体受各种综合因素的影响较大,尤其是北方地区,对于保温防水性能、安全性能、经济指标等要求很高,虽然各种材料(复合墙体)很多,但真正能够被人接受的很少。因此,许多开发商不得不采用最传统的空心砖砌块的形式,利用当地生产的轻质加气混凝土砌块(容重700kg/m3),但总是有别于钢结构住宅的特性;对于复合墙体有多种形式,如:ALC、伊通轻质墙板;混凝土板材加苯板;砌块加苯板;DP膜网等,这些墙板配以砂浆也可以保证墙体的功能。随着我国建材业的不断发展、完善,适宜于本地区的,适宜于钢结构住宅生产的墙体材料必将大量涌现。

4、 钢结构的防火

在满足我国现行的防火规范要求下,钢结构防火一般采用厚涂型和薄涂型(膨胀型)两种,事实上,钢结构防火材料的选择占整个钢结构成本的比重很大,这无形中也阻碍了钢结构住宅的顺利进行。

在钢结构防火设计中我们仍可采用阻燃墙板、砌块(包覆)进行钢结构防火的方法。

例如:防火板内设耐热岩棉板通过紧固件固定在钢构件上。这种方法干施工、不受气候条件的限制、融防火保护与装修为一体。

5、 钢结构的锈蚀

钢结构的锈蚀与空气的相对湿度及大气中的侵蚀性物质含量有密切的关系。通常相对湿度在60%~70%以下,钢材的大气腐蚀是轻微的,而一旦超过钢材腐蚀的临界湿度(60%~70%)钢材的腐蚀速度将加快。因此,必须在钢结构表面进行刷涂或喷涂防腐涂料。

防火涂料(分底漆和面漆)中底漆应与钢材表面附着力好,面漆与底漆的粘结力强,漆层间作用、性能和硬度配套。现大多采用溶剂基无机富锌底漆。因为这种底漆的防锈寿命长,而且本身也可耐5000C高温。

在钢结构的钢材选择和防火、防腐材料选择中,宝钢已开发出耐候耐火钢,并陆续通过防火试验,若能在钢结构住宅中应用耐候耐火钢,将会明显降低钢结构防腐防火措施费用。

6、 钢结构施工

    由于钢结构设计中的框架节点、构件的标准化,即每柱设三层梁、节点牛腿H型钢梁设计成若干个标准构件,作到了制作工厂化,这样就为钢结构现场施工的装配化打下了基础。因此,钢结构安装可以单柱安装,一吊三梁就位连接;同时,也可工厂安制框架网片,现场整体吊装的施工方法。对于钢管混凝土柱,混凝土可按三到四层为一段分次集中浇注。