钢结构住宅发展迅速,是常见的建筑结构之一,其优越的性能得到普遍认可,本文主要探讨钢结构住宅的应用现状。
《建筑工程技术与设计》将采用图文声像多种形式,介绍建筑工程领域新技术、新工艺,反映建筑工程领域新成果、新进展、介绍城镇规划、建筑设计、建筑施工、建筑材料等方面的基础知识及新经验、交流建筑科技方面的新成果。促进建筑工程行业交流,为推动我国建筑科学技术发展服务。他们遍及全国的各个设计院、建筑师、工程师、材料商、房地产开发公司、装饰公司、大专院校的学生和各大企业的基建部门。
简述了我国住宅产业化的发展现状,以及钢结构在住宅中在我国应用中存在的差距和需要解决的问题,讨论了当前常用的住宅钢结构体系。
钢结构住宅在发达国家己经有数十年的历史了,因为其拥有优秀的抗震性、可变性强的空间划分和节能环保等优点,发展十分迅速。钢结构住宅有在施工中工厂化加工比重大、工地作业比例较少、废旧钢材可以收利用等优势:还有施工速度快、噪声和粉尘等污染较少,顺应当今我国的可持续发展战略,以上特点都是其他建筑结构的住宅不能比拟的。新世纪钢结构住宅已经被我国国家建设部列为重点建设推广项目,各地的钢结构住宅社区试点工程大量涌现。但是从很多方面上来看,目前中国的钢结构住宅设计、生产与安装过程、还有后期保养维护方面都与发达国家有一定的差距。负责设计工作的设计院、高等院校,还有负责下游生产的钢结构安装施工企业,都没达到国际通用标准的要求。作为一个国内崭新的产业,需要从技术标准等进行全面的规范与发展。
1钢结构发展现状
目前我国社会主义市场经济发展迅速,建筑行业增长值占GDP的比重2006年达到5%,建筑行业以及成为我国经济体系的支柱产业。预计市年之内新建住宅面积将达到56亿平方米,每年新建住宅面积都在6以平方米以上。我国城市化进程不断加速,乡镇发展与害后重建都有大量住宅需求。如果每年预计竣工面积5. 6亿平方米住宅建筑中1%~5%建造钢结构住宅,每年钢结构住宅的建筑面积将达到560~2 900万平方米,钢材的年需求量在29万~50万吨。
钢材供应方面,2007年粗钢产量41875万吨,总体上我国钢材消耗是日本,美国与俄罗斯的总和。2007年中国钢材市场供销活跃,建筑类钢材数量,品种和品质基本可以达到钢结构住宅建筑的需求。我国加入WTO只有,建筑用钢材品种更加丰富,价格趋于合理。品种结构多样化,厂家加大了新产品研发的力度。同时大批生产建筑类钢材的钢铁工业项目正在加速建设,为钢结构住宅提供了大批量多规格的钢材。
政策方面我国加强了对钢结构住宅的支持,给出了相关优惠政策,同时有关部门组织制定了建筑钢结构的钢材,设计。施工等方面的国家行业标准60余本,有关学会也编写了很多技术规程作为补充,这些文件从标准上促进和规范了钢结构住宅的发展,在保证工程的施工安全与成本削减上起到了重要作用[1]。
2 钢结构住宅的优势
2.1性价比方面
一些以为钢结构建筑的造价会大大高于传统砖混结构和钢混结构,但是事实上钢结构建筑与砖混结构相比,造价上差异并不大。由于选用了轻型顶和墙壁结构,使得支撑钢结构的材料强度较高,从而相比之下用料较省同时体型较小,自重较较轻。结构重量较小就减少了运输与装卸的费用,同时基础负载降低,总体上使基础造价下降。时间方面,钢结构施工周期相对传统建筑减小了将近一半,甚至有些标准化住宅体系,能实现订货后很短时间开始制造,从而很大程度上缩短了施工周期和资金周转周期。从而变相就降了施工花费。体积方面,由于钢结构墙体的厚度相对小,管线得以埋设在墙体和楼板之中而不显露,建筑内部可利用面积大大增加,平均增加10%以上。以上可见,对于相同建筑面积的砖混结构和钢结构住宅造价进行对比造价差异并不很大。
2.2施工周期与安全方面
钢结构除了基础结构之外,其他构件全部可以实现工厂标准化生产,建筑质量相对有保证,专业化程度较高,施工速度很快,施工周期是传统建筑的一半;由于各部件是运抵现场后组装,施工现场以干作业为主要方式,湿作业较少,噪声与粉尘还有建筑垃圾想多较少,施工作业受天气及季节影响较少,同时可以实现工厂制作与工地安装同时进行。
2.3清洁环保与可持续发展性
钢结构过程施工现场作业文明程度较高,对周围环境造成的建筑污染较小,同时可以防止发生的建筑冬季施工中水泥加入防冻剂形成的污染,而且建筑钢结构部分可以实现全部的回收利用,其余配套原材料也可以大部分回收,适合当今建筑理论中环保与可持续发展的价值趋向。因为钢结构施工工艺简单,住宅构建完成后的修缮维护比较砖木结构要简单得多。另外一个近期重点讨论的问题是钢结构的隔热能力,甚至有人以为钢结构房屋是不适合居住的。事实上钢结构房屋采取的结构体系和周边围护材料,让轻钢住宅在隔音、隔热等方面的性能都比传统结构住宅优秀很多。居住安全性方面,钢结构住宅的抗震能力是常见房屋结构中名列前茅,这个特点使得其适合在沿海地区和地震多发地区推广。钢结构建筑建成后的装修过程也是业主关心的问题,手工专修使得钢结构住宅的优势难以得到发挥,工业化生产的建筑主体与不规范的手工装修匹配度很低,例如钢结构住宅的隔墙通常选用轻质工业化生产的整体构件,使得手工装修难以实现。工厂化专业化装修为钢结构住宅的推广提供良好的配套技术支持,工厂化生产的装修构件淘汰了从多数手工装修的过程,各类轻型墙体都得以直接与装饰部件结合紧密,使用寿命得以延长,这样就较好地解决了钢结构住宅的室内精细装修的工艺可行性矛盾。工厂化的装修和钢结构住宅的设计生产趋于一体化是发展的必然。
中国住宅钢结构市场前景十分广阔。预计到2013年全国范围内每年竣工的城乡住宅建筑面积会达到5亿多平方米,其中的20%是钢结构住宅,建筑面积可以达到1亿平方米,住宅钢结构的发展的同时,有效的推动了钢铁冶炼业、装配行业等相关行业的规模,这对我国建筑行业的可持续发展意义重大[2] 。
但目前我国住宅钢结构发展比较国际水平仍然差距明显,需要建设主管部门宏观导向的支持,同时参与钢结构制造的设计、施工等工程师与技术人员的业务能力也有待提高。在重视住宅钢结构推广的基础上、还要大力宣传,积极提高各钢结构制造施工单位、设计院所的总体业务水平,使钢结构的安全性与有效性得到保证。
3 目前国内钢结构住宅常采用的结构设计
3.1别墅与低层住宅
低层住宅和别墅常用的结构形式种类较少,主要是薄壁型钢类构件,作为承重构件材料多为密排的C型轻钢龙骨。有明确的梁柱体系(系统框架)。比较而言,薄壁型钢龙骨体系结构的特点是:高度的工厂化制造,工地装配快捷,施工过程也比较简单,此外龙骨外可以包裹板材,可以产生蒙皮效应,从而削减钢材用量,更适用于低层住宅的建设。
3.2 多层和高层钢结构住宅
当前国内建造中和已经竣工的住宅选择的结构体系,通常有以下4种类型: 全钢框架结构,钢框架-支撑结构,钢框架-混凝土耐剪墙结构,错列桁架结构体系。4种体系里钢框架-混凝土简体的混合结构体系的有明显的缺陷。由于核心混凝土,重量减少效果不明显,施工现场浇筑混凝土的工作量很大。混凝土与钢框架两种材料结合比较困难,很难实现高精度。混凝土比重较大,吊装上有一定困难,一般需要大型起重设备,分块拼装过程也比较复杂。而且在混凝土中,预埋件的准确定位也比较困难导致安装复杂。混凝土在施工中与钢结构配合性不佳,误差较大。错列桁架结构体系的优势较大。因为该结构水平力通常是通过楼板传递到相邻桁架的斜腹杆,所以水平面负荷通过落地桁架斜腹杆与底层支撑板传到地基,楼层间的柱体承受的主要是轴力,整体上承受的剪力和弯矩较小,桁架高度与楼层高度接近,错列桁架结构体系的刚度大,通常没有必要为了控制位移增加柱体刚度。由于错列桁架结构体系中的柱主要承受的是轴力,从而柱截面强轴可以安装在纵向,导致纵向侧移刚度也很大,其用钢量可以比框架结构削减35%~45% ,同时可获得更大的空间,综上所述,错列桁架结构体系是一种性价比高、安全高效率的结构体系[3]。
巨型钢结构是一种建造高层和超高层建筑的新型体系,拥有优良的建筑适应性,结构性能也很高,目前国内尚没有将巨型钢结构用于住宅建筑先例,但作者认为在未来的中心商业区或高档住宅区建设中该体系拥有较高的潜在应用价值。
3 结语
综上所述,钢结构住宅建筑拥有结构稳固,施工周期短、吊装容易等特点。我国经济建设步伐加快同时又注重社会和环境协调发展的今天,钢结构住宅建会获得更大发展空间。
参考文献
[1]滕绍华.城镇住宅的发展趋势及钢结构住宅的应用[J].天津建设科技,2001,(1).
[2]刘学利,李宏.钢结构住宅体系现状及对若干技术问题[J].天津建设科技,2000.(3):3.
[3]轻钢结构住宅在我国的发展前景798-长江建筑[J],2004,04