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H型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系研究的可行性報(bào)告

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    一、 課題的提出：

    1、H型鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于綠色生態(tài)環(huán)保建筑

    H型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑以采用H型鋼做梁柱、板材做圍護(hù)結(jié)構(gòu)為主要建筑特征，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)形式的住宅具有重量輕、抗震性能好，施工周期短，濕法作業(yè)少，宜于工廠化生產(chǎn)，適宜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等突出優(yōu)點(diǎn)，屬于綠色生態(tài)環(huán)保建筑，有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

    2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

    長(zhǎng)期以來，我國(guó)一直處在鋼材短缺的經(jīng)濟(jì)條件下，從產(chǎn)業(yè)政策和規(guī)范要求上都追求建筑選材中少用鋼。所以，雖然近幾年鋼材產(chǎn)量出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性過剩，但是建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量占全國(guó)鋼材總產(chǎn)量的比重很小，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大，尤其鋼結(jié)構(gòu)住宅在建筑市場(chǎng)中所占份額接近于零。

    目前我國(guó)的綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力已具備研究開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系的條件，特別是建筑用鋼材的主要材料H型鋼在馬鋼、萊鋼等廠家的相繼投產(chǎn)和多家墻板生產(chǎn)線的建成，及有關(guān)住宅體系開發(fā)的其它研究成果，更使研究開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系成為發(fā)展住宅產(chǎn)業(yè)化的迫切需要。

    在發(fā)達(dá)國(guó)家，鋼結(jié)構(gòu)住宅特別是小高層、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅較為普遍。柱采用H型鋼，H型鋼鋼骨砼柱，方管鋼柱，圓管鋼柱和鋼管砼柱；梁一般采用H型鋼，梁柱的接點(diǎn)連接采用高強(qiáng)螺栓或兩者并用。樓板一般為鋼承板現(xiàn)澆砼組合樓板，維護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制墻板。防火主要采用防火涂料或防火板包裹，他們寧愿以較貴的材料去換取較少的人工，以達(dá)到綜合造價(jià)低的目的。

    而在我國(guó)勞動(dòng)力資源豐富，人工費(fèi)用低廉，因此簡(jiǎn)單套用國(guó)外的建筑用材其綜合造價(jià)偏高，市場(chǎng)無法接受，所以我們有必要根據(jù)自己的國(guó)情開發(fā)自己的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，重點(diǎn)是對(duì)圍護(hù)材料與技術(shù)、樓板形式及相關(guān)配套產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅的高性能價(jià)格比，解決鋼結(jié)構(gòu)住宅啟動(dòng)階段的合理定位，只有這樣，住宅發(fā)展的新階段才會(huì)順利啟動(dòng)。

    二、課題的研究

    二十一世紀(jì)的主題是節(jié)能，環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，我們?nèi)R蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司研究開發(fā)的H型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系廣泛采用目前已經(jīng)開發(fā)成熟的新材料、新技術(shù)，使其性能在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中得到更好的體現(xiàn)。并重視研究開發(fā)新的材料、新的技術(shù)使鋼結(jié)構(gòu)住宅體系具有更強(qiáng)的生命力。

    1、本體系的主要構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)

    （1）外墻：

    方案一：采用輕質(zhì)復(fù)合墻板，可為蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板、鋼絲網(wǎng)水泥夾心板，GRC夾心復(fù)合板、鋼筋混凝土夾心復(fù)合板等。

    方案二：砌塊填充，采用加氣混凝土砌塊，輕骨料混凝土小型空心砌 塊，或混凝土小型空心砌塊等。

    （2）內(nèi)墻：

    方案一：采用輕質(zhì)板材，如紙面石膏板，纖維石膏板，加氣混凝土板，玻璃纖維增強(qiáng)水泥板等。

    方案二：復(fù)合板材，如鋼絲網(wǎng)架水泥夾心板，發(fā)泡夾心聚苯乙烯復(fù)合墻板。

    方案三：砌塊填充。

    （3）防火處理：

    鋼柱：采用防火板包裹，或厚涂型防火涂料，可以根據(jù)實(shí)際情況及價(jià)格比較進(jìn)行選擇，以達(dá)到不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火極限的要求。

    鋼梁：H型鋼梁翼緣內(nèi)填充加氣混凝土砌塊，再用金屬網(wǎng)抹25厚蛭石砼包覆，或防火涂料或防火板。

    （4）結(jié)構(gòu)形式：可比較采用H型鋼框架結(jié)構(gòu)、H型鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，鋼框架砼剪力墻結(jié)構(gòu)等多種形式。

    梁采用H型鋼，柱可采用H型鋼、鋼管砼，方管及鋼骨砼柱等。

    鋼材可采用Q235、Q345材質(zhì)。
    （5）、構(gòu)件連接可采用高強(qiáng)螺栓連接、焊接連接或栓焊混合的連接形式。

    （6）、樓板?？刹捎闷胀ìF(xiàn)澆砼樓板，預(yù)制鋼筋砼迭合樓板，壓型鋼板現(xiàn)澆砼組合樓板。

    （7）、采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的分戶計(jì)量方式，可比常規(guī)供暖方式節(jié)能10%，結(jié)合H型鋼構(gòu)件的截面特點(diǎn)進(jìn)行管線的隱蔽設(shè)計(jì)，將管線設(shè)計(jì)在H型鋼的凹面內(nèi)，避免由于采用分量計(jì)量帶來的戶內(nèi)管線多，既不美觀又占用正常使用空間的矛盾。

    （8）、給排水設(shè)計(jì)考慮，生活污水的無公害凈化處理，減少對(duì)環(huán)境的污染，設(shè)計(jì)采用節(jié)水設(shè)備，可考慮中水的處理利用，節(jié)省使用水資源。

    （9）、采用智能化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)考慮綜合布線系統(tǒng)。樓宇智能化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電話、傳真、有線電視和微機(jī)上網(wǎng)等家庭辦公的自動(dòng)化。

    2、試點(diǎn)工程：

    試點(diǎn)工程包括一座小高層住宅，兩座多層住宅。

    （1）、高層住宅（1#樓）建筑面積12000平方米，共12層，地下一層，層高3.9米，地上12層住宅，層高均為2.9米。建筑總高度34.8米，采用鋼框架??現(xiàn)澆砼剪力墻結(jié)構(gòu)。柱采用直徑300鋼管內(nèi)灌C50砼，梁采用H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    一幢多層住宅（4#樓）六層，一層商店，層高3.9米.二至六層為住宅，層高2.8米，建筑面積1200平方米，采用鋼框架支撐結(jié)構(gòu)。梁柱均采用和H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    另一幢多層住宅（南區(qū)4#樓）為七層住宅，一層為藏間，層高2.2米，二至七層為住宅，層高均為2.8米，總建筑面積約4720平方米，采用鋼框架--預(yù)制砼剪力墻結(jié)構(gòu)。梁柱均采用H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    （2）、1#樓外墻采用鋼絲網(wǎng)水泥夾芯板，板芯為EPS苯乙烯發(fā)泡板，外面抹35厚1：3水泥砂漿，具有結(jié)構(gòu)性能好、質(zhì)輕、保溫、隔熱、防火性能好、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。分戶墻、廚房、衛(wèi)生間采用玻璃纖維增強(qiáng)水泥板、內(nèi)隔墻采用改性石膏砌塊，隔音效果好。

    4#樓外墻采用200厚蒸壓輕質(zhì)加氣砼板，這種板材容量小、導(dǎo)熱系數(shù)低，耐火性好，施工簡(jiǎn)便易于操作。內(nèi)墻采用蒸壓加氣輕質(zhì)制砼內(nèi)墻板。

    南區(qū)4#樓采用蒸壓加氣砼砌塊為外墻，內(nèi)分戶墻體材料，戶內(nèi)分隔墻體采用厚度75MM的輕砼墻板。

    （3）、1#樓采用普通現(xiàn)澆砼樓板；4#樓采用預(yù)制鋼筋砼迭合樓板；南區(qū)4#樓采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼空心板加砼現(xiàn)澆層。

    （4）、保溫：為達(dá)到建筑物節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn)，采用了如下措施：

    屋面:屋面保溫采用現(xiàn)噴硬質(zhì)聚氨脂發(fā)泡保溫技術(shù)

    周邊地面：采用聚苯保溫。

    外墻： 采用保溫復(fù)合外墻板或?qū)嵯禂?shù)低的外墻材料。

    外墻：采用單框雙玻窗保溫窗。
    （5）防火：

    鋼柱：采用防火板包覆，已達(dá)到耐火極限2.5小時(shí)；鋼梁：H型鋼鋼梁翼緣內(nèi)填充加氣混凝土砌塊，再用金屬網(wǎng)抹25厚蛭石包覆，達(dá)到耐火極限1.5小時(shí)。

    （6）試點(diǎn)工程在采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)采用了分戶計(jì)量方式。

    （7）經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

    H型鋼住宅建筑試點(diǎn)工程主體鋼結(jié)構(gòu)小高層約為33.2Kg/m2：多層約為35KG/m2。

    按山東省定額計(jì)算，工程預(yù)算造價(jià)多層760元/m2，鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)多層住宅約為650元/m2,節(jié)能建筑造價(jià)增加8%,約為52元/m2,扣除節(jié)能建筑增加的部分,鋼結(jié)構(gòu)多層住宅造價(jià)為708元/M2,比鋼筋混凝土多層住宅增加約為9%;小高層為1100元/M2,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)小高層住宅,約為1000元/M2,節(jié)能建筑造價(jià)增加8%,約為80元/M2,扣除節(jié)能建筑增加部分,鋼結(jié)構(gòu)小高層住宅招架為1020元/M2,與鋼筋混凝土小高層住宅基本持平.

    3.正在研究的相關(guān)技術(shù):

    在試點(diǎn)工程的基礎(chǔ)上,我們繼續(xù)開展了幾個(gè)方面的研究,并有2項(xiàng)技術(shù)已申報(bào)專利.

    (1) 整體外墻板

    研究開發(fā)輕質(zhì)保溫整體外墻板,可采用一個(gè)房間的外墻作為一塊墻板,這樣可以減少小塊墻板拼裝產(chǎn)生的接縫所帶來的裂縫、滲漏等問題。

    （2）小波紋壓型鋼板組合樓板

    　　我們研究開發(fā)了一種新型的、與鋼結(jié)構(gòu)建筑相適應(yīng)、能夠采用工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)又能適應(yīng)住宅建筑使用要求的組合樓板形式??小波紋壓型鋼板組合樓板。具體采用0.4－0.6mm厚的鍍鋅鋼板壓成型，波紋肋高一般在10－15mm之間，這種壓型鋼板造價(jià)低，可作為施工模板使用，不考慮結(jié)構(gòu)受力，但與主體鋼結(jié)構(gòu)連接的整體性好?，F(xiàn)澆板鋼筋，根據(jù)使用階段的強(qiáng)度要求，計(jì)算出配筋量，采用工廠化生產(chǎn)方式，將鋼筋與壓型鋼板焊接成型，工地安裝后，連續(xù)板支座處現(xiàn)場(chǎng)綁扎支座負(fù)筋，這樣一是減少了現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋的工作量，提高了工廠化制作程度，滿足了鋼結(jié)構(gòu)建筑施工速度快，樓板多層同時(shí)澆注的要求，同時(shí)又降低結(jié)構(gòu)高度，增加建筑的可利用空間，鋼筋與壓型鋼板的工廠化成型又能滿足了小波紋壓型鋼板在施工階段的強(qiáng)度要求。

    （3）、萬能托架

    普通現(xiàn)澆砼樓板常規(guī)施工方法與鋼結(jié)構(gòu)建筑的快速施工，多層同時(shí)澆注不相適應(yīng)，為解決這一矛盾，我們實(shí)驗(yàn)開發(fā)了一種支撐模板采用的萬能托架。這種托架長(zhǎng)度可調(diào)整，兩端與H型鋼梁緊固連接，拆裝方便。（此項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利）

    （4）、模塊化的設(shè)計(jì)、施工

    鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的最大優(yōu)勢(shì)在于可以工廠化生產(chǎn)，形成產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展模式,因此設(shè)計(jì)上的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化更能促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的產(chǎn)業(yè)化。結(jié)構(gòu)構(gòu)件，連接節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)有利于工廠化和機(jī)械化生產(chǎn)，模塊化的設(shè)計(jì)又能加快安裝速度的提高。構(gòu)件不再是單柱單梁工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，而是按模塊化的設(shè)計(jì)形式，把住宅中一戶或一個(gè)單元作為一個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，部件可以采用工廠化生產(chǎn)，（也可以采用零件工廠化生產(chǎn)、部件現(xiàn)場(chǎng)拼裝，再進(jìn)行吊裝）這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于提高了工廠化生產(chǎn)的程度，減少人工操作，尤其降低高空作業(yè)量，模塊化設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮整體空間剛度，合理選擇吊點(diǎn)，并驗(yàn)算模塊強(qiáng)度避免吊裝過程中產(chǎn)生變形。

    部件的構(gòu)件連接可全部采用焊接，由于全是工廠化操作，焊接質(zhì)量容易保證，現(xiàn)場(chǎng)拼裝全部采用高強(qiáng)螺栓連接，避免高空焊接造成的質(zhì)量隱患。

    (5)、繼續(xù)研究開發(fā)高強(qiáng)度、焊接性能好的H型鋼及輕型H型鋼、并研究開發(fā)耐火鋼和耐候鋼。

    三、課題開發(fā)的預(yù)期目的

    對(duì)H型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系的研究開發(fā)，目的是能夠完成一套H型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系具有代表性的設(shè)計(jì)；摸索出一套與該體系相適宜的施工方法；研發(fā)和配制一套能使該體系適應(yīng)市場(chǎng)的建筑材料；總結(jié)一套該體系高性能價(jià)格比的特征參數(shù)。
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