鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的難點(diǎn)探討

1、鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的難點(diǎn)探討張述誠(chéng)1 , 朱龍濱1 , 黃茵2(11 上海冶金設(shè)計(jì)研究院 建筑分院 , 上海 200070 ; 21 上海寶山鋼鐵 (集團(tuán))公司 設(shè)計(jì)研究院 , 上海 201900)摘 要 : 對(duì)幾個(gè)鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工中遇到的實(shí)際性問(wèn)題進(jìn)行了分析 ,并就其處理 方法進(jìn)行探討 。關(guān)鍵詞 : 鋼結(jié)構(gòu) ; 住宅 ; 建筑防火 ; 防腐 ; 設(shè)計(jì)中圖分類號(hào) : tu 391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : adiscussion on diff icult points f or design of steel structure housingzha ng shu2cheng , zhu long2b

2、in , hua ng yinabstract : the p ractical p ro blems enco untered in t he design and co nst ructio nof several steel st ruct ure ho using p roject s were analyzed , and t he t reat ment met h2o ds were also discussed1key words : steel st ruct ure ; ho using ; building fire p rotectio n ; co rro sio n

3、 p re2ventio n ; design隨著我國(guó)改革開(kāi)放和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展 ,我國(guó) 的 鋼 產(chǎn) 量 已 經(jīng) 躍 居 世 界 鋼 產(chǎn) 量 第 一 位 。1996 年以來(lái) , 我國(guó)的鋼產(chǎn)量已連續(xù) 7 a 突破了1 億 t , 2002 年我國(guó)的鋼產(chǎn)量達(dá) 116 億 t 。大量 的鋼產(chǎn)量帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展 , 而我國(guó) 的房地產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展卻沒(méi)有能夠非常好的促 進(jìn)建筑用鋼的發(fā)展 。怎樣發(fā)展建筑用鋼是擺在 我們面前的一個(gè)重要課題 。為此 , 建設(shè)部 、國(guó) 家冶金工業(yè)局成立了建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)小組 , 制定了建筑用鋼發(fā)展計(jì)劃 : 爭(zhēng)取到 2010 年我 國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達(dá)到鋼材總產(chǎn)量的 5 %左

4、右 (我國(guó) 1999 年建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼占鋼產(chǎn)量的比例 僅有 115 % , 發(fā)達(dá)國(guó)家建筑用鋼占鋼材產(chǎn)量的 比例都在 10 %以上) 。國(guó)家建設(shè)部已決定在全國(guó)住宅建筑中推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu) , 上海市已制定了在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中鼓勵(lì)采用鋼結(jié)構(gòu)的政策 。 我們先后設(shè)計(jì)了中?；ㄔ芬黄?、中福城二期和中福城三期三個(gè)項(xiàng)目 , 總建筑面積分別為11 萬(wàn) m2 , 6 萬(wàn) m2 和 5 萬(wàn) m2 。此三個(gè)項(xiàng)目均為 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅 , 在設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中遇到一 些有關(guān) 鋼 結(jié) 構(gòu) 的 技 術(shù) 問(wèn) 題 , 有 的 已 經(jīng) 得 以 解 決 , 有的仍在尋求更好得方法 。在此將這些問(wèn) 題列舉出來(lái) , 以便在其它的工程中加以注意

5、 , 使這些問(wèn)題能夠得以更好的解決 。1建筑防火建筑防火問(wèn)題一直是建筑設(shè)計(jì)中所需認(rèn)真解決的重要課題 。特別是 “9111”事件發(fā)生以后 , 人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防火問(wèn)題產(chǎn)生了一定的懷 疑 。然而 , 世貿(mào)中心畢竟是一個(gè)特例 , 筆者認(rèn) 為 , 即使防火性能較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) , 在 幾萬(wàn)升的航空汽油的燃燒下 , 同樣的悲劇也是收稿日期 : 2004 - 06 - 06作者簡(jiǎn)介 : 張述誠(chéng) (1971 - ) ,男 ,山東煙臺(tái)人 ,上海冶金 設(shè)計(jì)研究院工程師 ,學(xué)士 ,主要從事建筑設(shè)建筑專家所潛心研究的課題 。這一領(lǐng)域中防火涂料的使用最為廣泛 。111 防火涂料為了滿足建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 ( gbj

6、16- 87) 規(guī)定 , 柱梁外的防火涂料只需根據(jù)各種 防火涂料的耐火性能及耐火極限要求 , 滿足厚 度相應(yīng)的厚度 。特別是在鋼結(jié)構(gòu)辦公 、商業(yè)建 筑方面 , 此類防火處理方法尤為突出 。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中 , 此種處理方法卻有一定 的難度 。鋼結(jié)構(gòu)梁現(xiàn)在均為 “工”字型梁 , 經(jīng)防 火涂料處理后 , 為了對(duì)防火涂料進(jìn)行保護(hù) , 外側(cè) 需要加保護(hù)層 , 通常采用石膏板 , 以保證防火涂 料在裝筑室內(nèi)裝潢時(shí)的完整性和美觀性 。然而 , 防火涂料存在著一定缺陷 , 即其耐 久性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建筑物本身 , 所以防火涂料的后期維護(hù)是非常重要的 , 然而在住宅中防火涂料 的維護(hù)是非常困難的 。112 防火板在西

7、方發(fā)達(dá)國(guó)家 , 防火板的應(yīng)用已較為普 遍 。防火板可以根據(jù)梁柱的不同形狀 , 對(duì)鋼梁 進(jìn)行包裹 , 使其達(dá)到所需的耐火極限 。防火板 的耐久性比防火涂料更長(zhǎng) , 其今后維護(hù)都比防 火涂料更為方便 , 然而防火板的初期造價(jià)比防火涂料要高 , 對(duì)于房產(chǎn)公司來(lái)說(shuō) , 房屋的投資成本不能不說(shuō)是一個(gè)制約發(fā)展的障礙 。降低防 火板的造價(jià) , 將大大促進(jìn)防火板的應(yīng)用 。113 外包砼在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中 , 外包混凝土是解決 鋼梁及鋼柱防火 、防腐的最好措施 , 這種方法利于防火層的耐久性及今后的維護(hù) 。然而鋼結(jié) 構(gòu)的特點(diǎn)應(yīng)該是自重輕 、施工快 , 鋼柱 、鋼梁 外包砼后 , 增加鋼結(jié)構(gòu)的安裝時(shí)間 , 模板澆

8、搗 混凝土 的 時(shí) 間 比 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 的 時(shí) 間 一 點(diǎn) 沒(méi) 減 少 , 鋼結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)勢(shì)便失去了 。此種方法在 鋼結(jié)構(gòu)住宅中不宜推廣 。114 耐火耐侯鋼時(shí)間內(nèi)也無(wú)法生產(chǎn)出無(wú)需保護(hù)就滿足防火規(guī)范的鋼材 , 但這畢竟是一種新的防火思路 , 怎樣 充分利用這一特點(diǎn)還需做大量的研究 。對(duì)于此 種鋼材與以上三種防火材料的共同作用下的防 火規(guī)定尚未出臺(tái) 。不管采用以上四種哪種方法 , 有一個(gè)共同 點(diǎn)就是鋼結(jié)構(gòu)在進(jìn)行防火處理時(shí) , 其截面積都 人為加大了 , 這需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火處理進(jìn)一步 加強(qiáng)研究 。鋼結(jié)構(gòu)的防腐相對(duì)于防火問(wèn)題 , 防腐 處 理 要 簡(jiǎn) 單 的 多 。 然而防 腐 處 理 相

9、對(duì) 于 防 火 處 理 更 應(yīng) 該 加 以 重 視 。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)溫度的不斷變化及水汽 、 電解質(zhì)的影響 , 生銹老化的可能性在任何部位 都再發(fā)生 , 而且這種情況隨時(shí)都在進(jìn)行 。怎樣 保證 50 a 中一幢建筑滿足其應(yīng)有的強(qiáng)度 , 首先 應(yīng)該是使鋼結(jié)構(gòu)老化不能過(guò)重 。而且鋼結(jié)構(gòu)之 間的互相關(guān)聯(lián)性 , 使每一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件都需滿 足其足夠的強(qiáng)度 。寶鋼的耐火耐侯鋼從材料的 材質(zhì)本身著手 , 不失為一種好的做法 。再配合 傳統(tǒng)的利用防腐涂層的處理方法 , 鋼結(jié)構(gòu)的防 腐應(yīng)該是能夠很好解決 。23鋼結(jié)構(gòu)的配套墻體材料鋼結(jié)構(gòu)有自重輕的特性要求 。因此 , 與其相配套的墻體材料亦需要具有此特性 。在中

10、福地產(chǎn)置業(yè)公司的三個(gè)項(xiàng)目中 , 均采用了蒸汽砂 加氣混凝土砌塊或墻板 。此種材料在日本和歐 洲的用量很大 , 具有以下特點(diǎn) : 自重輕 , 容重 為 400850 kg/ m3 , 僅為磚墻的 1/ 3 , 隔熱性 能好 , 熱傳導(dǎo)率平均值為 01131 cal/ mh , 僅為 混凝土的 1/ 10 , 在當(dāng)前所提倡的節(jié)能住宅中是 一種較為理想的材料 。耐火防火性能好 , 150 mm 厚該砌塊墻的耐火極限已經(jīng)達(dá)到 4 h 。此種 材料本身為無(wú)機(jī)物 , 不燃燒 , 不會(huì)產(chǎn)生有毒氣 體 。隔聲性能好 , 200 mm 厚表面未粉刷墻體 , 計(jì)權(quán)隔聲量為 44 db , 如雙面粉刷 20 mm

11、水泥 砂漿 , 計(jì)權(quán)隔聲可達(dá) 49 db 。同時(shí)此種材料由 于塊材本身在加工過(guò)程中尺寸誤差小 , 所以具在鋼材中加入多種合金材料 ,使鋼材本身達(dá)到一定的耐火性能 , 這種鋼材已經(jīng)在寶鋼加以生產(chǎn) 。此種鋼材的耐火性能雖然有所提高 ,但與消防規(guī)范所規(guī)定的耐火極限相去甚遠(yuǎn) , 短有較高的精確性 , 并可切鋸 、鏤線槽 , 易于加工 。在實(shí)際的設(shè)計(jì)及實(shí)踐過(guò)程中 , 此類材料是 相配套的較好的建筑材料 , 作為內(nèi)墻配套材料 具有更明顯的優(yōu)勢(shì) 。而作為外墻材料時(shí) , 由于 鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)與砌塊間的巨大差異 , 使這兩種材 料的接縫處的防水是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié) 。與其相配 套的 p e 棒可以處理這一難題 , 此種材

12、料彈性 好 , 是一種良好的接縫材料 , 但仍受到施工技 術(shù)所留縫寬及價(jià)格的影響 , 較難推廣 , 且需要 經(jīng)過(guò)時(shí)間的考驗(yàn) 。外墻鋼梁的防護(hù)與處理是另一大難題 。由 于鋼梁的特殊性 , 在中福城二期項(xiàng)目中 , 我們 嘗試使用了南京旭建建筑材料公司生產(chǎn)的 al c 板 (輕 質(zhì) 加 氣 混 凝 土 板 ) , 此 種 板 為 外 掛 板 , 利用鉤頭螺栓將此種板掛在鋼梁的外部 , 較好 的解決了室外鋼梁的外包問(wèn)題 ( 見(jiàn)圖 1) 。但此 種板在較高的建筑上的應(yīng)用實(shí)例還較少 , 特別 在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有 。各種管線與鋼梁的關(guān)系(1) 由于第一個(gè)項(xiàng)目中經(jīng)驗(yàn)不足 , 在中福 城二期項(xiàng)目中存在著電線電纜管線難

13、以穿過(guò)鋼 梁的問(wèn)題 。為了解決這個(gè)問(wèn)題 , 中福城三期項(xiàng) 目設(shè)計(jì)時(shí) , 在鋼梁的翼緣板上每 1 000 mm 開(kāi) 一個(gè) 25 mm 的圓孔 , 使電線管可以通過(guò)此孔 順利地穿過(guò)并且不外露 (見(jiàn)圖 3) 。4a1 翼緣無(wú)穿孔b1 翼緣無(wú)穿孔圖 3 鋼梁翼緣大樣(2) 空調(diào)和消防噴淋管線的穿梁?jiǎn)栴} 。在 鋼筋混凝土建筑或磚墻中 , 可以利用墻面穿孔 設(shè)備很方便地開(kāi)鑿出所需要的孔洞而對(duì)原有結(jié) 構(gòu)基本不造成破壞 , 而鋼梁上開(kāi)洞卻對(duì)原有結(jié) 構(gòu)造成很大影響 。為了解決此問(wèn)題 , 我們?cè)O(shè)計(jì) 時(shí)在鋼梁的腹板上每根梁預(yù)留多個(gè) 110 mm 的 圓孔 , 這有利于空調(diào)管線順利穿過(guò)鋼梁 , 避免 了各種管線從梁下

14、穿過(guò)的尷尬 。二次裝潢的配合對(duì)于不同的消費(fèi)者有其不同的裝潢需 求 , 使得對(duì)建筑的技術(shù)要求應(yīng)該是利于建筑室內(nèi)裝 潢 , 特別是在各種裝潢構(gòu)件的固定方面應(yīng)該是 方便快捷的 , 磚混結(jié)構(gòu)及砼結(jié)構(gòu)均具備了此種 特點(diǎn) , 可以利用膨脹螺栓簡(jiǎn)單的做到這一點(diǎn) 。 由于鋼結(jié)構(gòu)的特性 , 使鋼結(jié)構(gòu)無(wú)法解決這一問(wèn) 題 。在 設(shè) 計(jì) 中 , 首 先 要 從 住 戶 的 角 度 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) , 在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中就考慮到裝潢設(shè)計(jì) , 考 慮到不同業(yè)主的各種裝潢可能性 , 對(duì)鋼柱鋼梁 進(jìn)行合 理 布 置 。然 而 此 種 做 法 必 然 有 其 局 限 性 。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)住宅 , 最好的建筑裝潢應(yīng)該是 菜單式的 ,

15、由開(kāi)發(fā)商進(jìn)行建筑裝潢 , 這樣可以 充分考慮到原有建筑的結(jié)構(gòu)合理性 , 并配合土 建施工預(yù)留各種固定件和預(yù)留開(kāi)孔 , 有利于建(下轉(zhuǎn)第 17 頁(yè))5圖 1 室外鋼梁外包大樣鋁板 幕 墻 由 于 其 重 量 輕 、保 溫 隔 熱 性 好 , 立面美觀等特性 , 在近幾十年已經(jīng)發(fā)展成為一種 成熟的建筑體系 。中福城三期項(xiàng)目中 , 我們將幕 墻引入了鋼結(jié)構(gòu)住宅 , 利用幕墻與鋼結(jié)構(gòu)的可靠 連接 , 對(duì)住宅本身的防水和建筑的立面效果都起 到了很好的作用 (見(jiàn)圖 2) 。然而幕墻較高的價(jià) 格也是制約其推向住宅的一個(gè)不利因素 。圖 2 幕墻與鋼結(jié)構(gòu)連接大樣邊坡工程部位嚴(yán)禁采用大爆破施工 。方法提出嚴(yán)格要求

16、 , 包括雨季施工的要求 ;(3) 對(duì)重點(diǎn)邊坡 , 應(yīng)設(shè)計(jì)并實(shí)施監(jiān)測(cè)方案 ,監(jiān)測(cè)成果指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工 ;(4) 貫徹 “動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 、信息化施工”的原 則 , 加強(qiáng)對(duì)高邊坡設(shè)計(jì)施工的管理 。 4 體會(huì)(1) 高邊坡設(shè)計(jì)前需要收集詳細(xì)的地質(zhì)資料 , 包括穩(wěn)定性計(jì)算的地質(zhì)資料和工程地質(zhì)類 比所需相關(guān)資料 , 充分可靠的基礎(chǔ)資料是高邊 坡設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵 ;(2) 考慮 高 邊 坡 工 程 的 特 殊 性 和 風(fēng) 險(xiǎn) 性 ,除防治工程設(shè)計(jì)外 , 還應(yīng)對(duì)高邊坡施工程序和參考文獻(xiàn) :12gb 50330 - 2002 ,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范s 1cecs 22 :90 , 土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范s 1(上接

17、第 13 頁(yè))筑本身的合理性 , 并且避免了二次裝修造成的 浪費(fèi) 。隨著人們意識(shí)的提高及房產(chǎn)事業(yè)的規(guī)范 發(fā)展 ,裝修房的上市必然會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā) 展提供一個(gè)良好的舞臺(tái) 。以上是筆者近幾年在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一點(diǎn)體會(huì) ,希望鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的同行們能在此得到一點(diǎn)啟發(fā) , 共同為我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展 做出貢獻(xiàn) 。 參考文獻(xiàn) :gbj 16 - 87 ,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范s 1gb 50045 - 95 ,高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范s 112大型建筑要執(zhí)行超限高層抗震設(shè)防規(guī)定建設(shè)部近日下發(fā)有關(guān)通知 ,要求大型公共建筑要嚴(yán)格執(zhí)行超限高層建筑抗震設(shè)防有關(guān)規(guī)定 。通知指出 ,凡在抗震設(shè)防區(qū)進(jìn)行的 ,超出國(guó)家現(xiàn)行

18、規(guī)范 、規(guī)程規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型的高層建筑工程 ,體 型特別不規(guī)則的高層建筑工程 ,以及有關(guān)規(guī)范 、規(guī)程規(guī)定應(yīng)當(dāng)進(jìn)行抗震專項(xiàng)審查的高層建筑工程 ,建設(shè)單位應(yīng)向工程所 在地的省 、自治區(qū) 、直轄市建設(shè)行政主管部門(mén)專項(xiàng)報(bào)審 ,由省級(jí)建設(shè)行政主管部門(mén)組織專家委員會(huì) ,開(kāi)展抗震設(shè)防專項(xiàng) 審查 ,并將審查意見(jiàn)作為施工圖審查的依據(jù) 。要高度重視設(shè)計(jì)方案的評(píng)審 ,確保結(jié)構(gòu)體系合理 。對(duì)設(shè)計(jì)方案要進(jìn)行科學(xué)評(píng)審和優(yōu)化 ,在考慮建筑造型要求時(shí) ,要 把技術(shù)可靠性放在首位 。建筑方案評(píng)審應(yīng)吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面專家 。對(duì)于異型結(jié)構(gòu) 、大跨度結(jié)構(gòu) ,建設(shè)單位應(yīng)組織專家 對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案仔細(xì)論證 ,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行模型試驗(yàn) 。建設(shè)單位應(yīng)在合同中約定 ,工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng) 檢查工程重要結(jié)構(gòu)部位的質(zhì)量狀況 。要嚴(yán)格執(zhí)行施工圖審查制度 。施工圖設(shè)計(jì)文件完成后 ,須進(jìn)行審查 ,審查的重點(diǎn)是地基基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)體系的安 全性 ,以及施工圖設(shè)計(jì)文件是否符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文 。必要時(shí) ,應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行校核分析 。