淺析多層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工

1、    淺析多層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工    張君 劉廣清 牛學(xué)霞摘要：鋼結(jié)構(gòu)住宅體系區(qū)別于傳統(tǒng)體系住宅的內(nèi)容主要是指主體鋼結(jié)構(gòu)體系、外圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻體體系以及樓板體系。多層鋼結(jié)構(gòu)住宅一般采用裝配式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)是施工速度快，建筑布局限制小。其結(jié)構(gòu)都是由多層水平的樓蓋和豎向的柱、墻等組成。開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)新型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系替代現(xiàn)有磚混結(jié)構(gòu)的新型建筑結(jié)構(gòu)體系有著重要意義。本文針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行了論述，以供參考。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)多層建筑設(shè)計(jì)施工鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合造價(jià)方面具有大跨、輕型、重載、高聳、結(jié)構(gòu)性能好、整體性強(qiáng)、抗震性

2、佳、造價(jià)低、施工速度快，環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)的鋼結(jié)構(gòu)工程，逐漸取代了傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)及混凝土框架結(jié)構(gòu)，已被廣泛運(yùn)用于橋梁、民用建筑，高層建筑，工業(yè)廠房等。1鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)1.1 強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好。鋼材的強(qiáng)度比混凝土、砌體和木材要高出很多倍，荷載相同時(shí)，所需構(gòu)件截面小。鋼結(jié)構(gòu)住宅以工廠生產(chǎn)的鋼梁、鋼柱為骨架并采用輕質(zhì)墻板所以自重較輕，一般是普通鋼筋混凝土住宅的70左右。鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延展性，抗震性能好且震后受損輕，而且由于鋼材便于加工，災(zāi)后容易修復(fù)。我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，在地震區(qū)建筑中應(yīng)推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)住宅 ，可以大大減少地震災(zāi)害和人員傷亡。1.2工業(yè)化程度高、施工周期短。鋼結(jié)構(gòu)除基礎(chǔ)以外

3、，所有構(gòu)件及其配套部件均由專(zhuān)業(yè)工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，然后運(yùn)至工地安裝。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，施工機(jī)械化，施工速度快，因此施工周期比傳統(tǒng)建筑可縮短一半。施工作業(yè)受天氣及季節(jié)影響較少，并且可以工廠制作與現(xiàn)場(chǎng)安裝平行進(jìn)行，大大縮短建造周期。1.3布局靈活、凈使用面積大。鋼材強(qiáng)度高，可以采用大開(kāi)間柱網(wǎng)布置。利用非承重墻體靈活分隔室內(nèi)空間，形成豐富多樣的戶型，能更好地滿足不同用戶的需求。由于鋼材強(qiáng)度高，梁、柱等構(gòu)件截面小，結(jié)構(gòu)在建筑面積中所占的部分少，使用面積較鋼筋混凝土住宅提高48。而且，鋼結(jié)構(gòu)住宅空間中有許多孔洞和空腔，方便管線布置、更換，也可增加建筑的凈高。2.鋼結(jié)構(gòu)建筑用鋼類(lèi)型普通型鋼結(jié)構(gòu)住宅鋼結(jié)構(gòu)通常采

4、用冶煉容易、成本低廉的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼梁柱構(gòu)件截面有很多種類(lèi)，包括箱型、工字型、h型、l型及各種設(shè)計(jì)要求的異型截面。焊接型鋼是選用不同厚度的鋼板，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在工廠焊接加工成型鋼，這種成型方式可以根據(jù)工程項(xiàng)目不同結(jié)構(gòu)部位的受力計(jì)算，在不同部位采取不同厚度的鋼板，比熱軋一次成型產(chǎn)品受力更加合理，可以節(jié)約鋼材。輕型鋼結(jié)構(gòu)主要是指圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)。薄壁型鋼是輕型鋼結(jié)構(gòu)，適宜于鋼結(jié)構(gòu)住宅的建造。薄壁型鋼的支撐構(gòu)件，一般采用壁厚1.5-5mm的薄鋼板，經(jīng)冷彎或冷軋后制成各種不同截面形式及尺寸的薄壁型鋼及制品。與熱軋型鋼相比，在相同截面面積的情況下，薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑可增50%-60，

5、截面暾性矩和抵抗矩可增大0.53倍，因而能較合理的利用材料的強(qiáng)度。薄壁型鋼用作支撐構(gòu)件時(shí)，能充分利用鋼材的強(qiáng)度，用作受彎和受壓構(gòu)件時(shí)，可提高構(gòu)件的承載力和剛度。薄壁型鋼制品還包括厚度在1.2rnm以下的各種截面形式的壓型鋼板。3.鋼結(jié)構(gòu)多層建筑體系3.1主體結(jié)構(gòu)形式3.1.1冷彎薄壁型鋼格構(gòu)式結(jié)構(gòu)體系。冷彎薄壁型鋼格構(gòu)式結(jié)構(gòu)體系住宅是一種工廠化制造、能快速組裝、完全作業(yè)的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，具有用鋼量少、抗震、節(jié)能和建造省時(shí)、省工等特點(diǎn)。冷彎薄壁型鋼格構(gòu)式結(jié)構(gòu)體系住宅主承重結(jié)構(gòu)是將工廠預(yù)制的冷彎薄壁型鋼在施工現(xiàn)場(chǎng)用螺栓連接形成結(jié)構(gòu)骨架，再封上墻體、樓板、屋面板形成整體住宅。3.1.2工廠預(yù)

6、制板式結(jié)構(gòu)體系。工廠預(yù)制帶鋼骨架的承重墻板、樓板、屋面板，甚至整間的房屋可在工廠預(yù)制好，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需將承重板現(xiàn)場(chǎng)拼裝即形成整體住宅，施工速度快，適用于低層或多層住宅。3.1.3梁柱框架式結(jié)構(gòu)體系。多層住宅適宜采用梁柱框架式結(jié)構(gòu)體系?？蚣荏w系的鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕，自震周期長(zhǎng)，對(duì)地震作用不敏感。由于其側(cè)向剛度小，當(dāng)結(jié)構(gòu)高度或?qū)痈咻^大時(shí)，需設(shè)置側(cè)向支撐以形成支撐框架結(jié)構(gòu)。高層住宅設(shè)計(jì)上，常用鋼結(jié)構(gòu)與鋼管混凝土及混凝土現(xiàn)澆剪力筒組成混合結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力，減低用鋼量而減低總造價(jià)。3.2內(nèi)外墻形式3.2.1輕型砌筑類(lèi)墻體種類(lèi)。砌筑墻體是由多種材料的塊體砌筑而成的墻體結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)體系的框架承

7、重特性，這里所指的砌體為不承重的新型輕質(zhì)砌塊墻體，通常包括蒸壓加氣混凝土砌塊墻體、混凝土小型空心砌塊墻體。這幾類(lèi)輕質(zhì)砌體均具有較好的保溫、防火、抗震性能，原材料資源豐富，不破壞環(huán)境，生產(chǎn)加工工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉的特點(diǎn)，并在住宅建筑中廣泛應(yīng)用。3.2.2輕質(zhì)墻體類(lèi)。板材型墻體可以定型化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)，適合于裝配式配工建造，更加符合工業(yè)化住宅發(fā)展的要求。根據(jù)材料的組成類(lèi)型可分為單一材質(zhì)墻板和復(fù)合材質(zhì)墻板，根據(jù)生產(chǎn)加工及施工建造工藝不同可分為工廠預(yù)制墻板和現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合拼裝墻板。3.2.3樓板形式。常用混凝土預(yù)制薄板代替模板作用，后澆混凝土上層樓板成為一整體性較好的混凝土樓板，這使得造價(jià)低廉，施工整體性較

8、好。4. 鋼結(jié)構(gòu)多層建筑的構(gòu)件連接4.1柱子與基礎(chǔ)連接。多層輕鋼住宅自重較輕，一般以柱下獨(dú)立基礎(chǔ)為主，必要時(shí)加鋼筋混凝土連系梁。對(duì)于地質(zhì)條件較差的地方，可采用條形基礎(chǔ)或十字交叉基礎(chǔ)，盡量不采用筏板基礎(chǔ)和樁基。所有的柱腳采用剛接形式，也可采用插入式柱腳，鋼柱地下部分外包防水混凝土，這種柱腳形式簡(jiǎn)單，施工方便，剛接性能好，亦可采用整體式的剛接柱腳。鋼柱基礎(chǔ)之間通常要添加墊板，以保證荷載的均勻分布，防止基礎(chǔ)損壞。4.2梁柱連接。梁柱節(jié)點(diǎn)連接有三種形式：剛接、鉸接和半剛接。鉸接構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造安裝方便，但需要設(shè)置支撐或剪力墻承受水平荷載和提供側(cè)剛度。不設(shè)置支撐時(shí)梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)都做成剛接。半剛性連接比剛

9、連接施工簡(jiǎn)單，比鉸接性能好，因其受力難以控制，需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)才能實(shí)際采用，目前多層輕型鋼結(jié)構(gòu)多采用剮接的鉸接形式，梁、柱的連接一般為鋼接，鋼梁與混凝土筒體的連接一般鉸接。常用剛接節(jié)點(diǎn)是梁翼緣與柱翼緣采用對(duì)接焊縫連接，梁腹板與柱翼緣通過(guò)連接角鋼用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接。為簡(jiǎn)化安裝，梁柱構(gòu)件應(yīng)盡量大，單根長(zhǎng)度控制在12-15m。梁柱連接處，垂直荷載由梁傳給柱，這種連接必須是：安裝時(shí)連接要確實(shí)可靠，可以調(diào)整，能以簡(jiǎn)便的方式來(lái)完成。通常梁翼緣采用焊接，腹板與柱之間加節(jié)點(diǎn)板栓接。5鋼結(jié)構(gòu)建筑存在的問(wèn)題5.1管線問(wèn)題。住宅的水、電、煤氣等配套管線較多，大多需要在墻內(nèi)暗敷，這些在施工中可結(jié)合墻體的安裝同步進(jìn)行。

10、但是，人們習(xí)慣于按照自己的意愿重新進(jìn)行房間的布置，管線的排放、地板和墻面的裝修等。由于使用的一些輕質(zhì)墻體材料需要專(zhuān)門(mén)的切割工具進(jìn)行開(kāi)槽等操作，如果操作不當(dāng)，將損壞墻體并影響使用，因而，選擇使用的墻體材料，應(yīng)方便居民的裝修，并保證結(jié)構(gòu)在遭受破壞后便于修復(fù)。5.2隔熱、隔聲、防滲水問(wèn)題。目前，在住宅質(zhì)量中居民投訴較多的是門(mén)窗的滲水、漏水問(wèn)題。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中，一般墻體和門(mén)窗形成整體后同時(shí)安裝，如何在前期制作時(shí)采取構(gòu)造措施，保證墻體與門(mén)窗間不滲水是應(yīng)引起關(guān)注的課題。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中，將大量采用輕質(zhì)隔離材料，在隔熱、隔聲、墻體防滲漏等方式與傳統(tǒng)的建筑材料不同，在選擇材料和構(gòu)造處理上應(yīng)解決上述問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)新型輕質(zhì)圍護(hù)隔離體系。5.3防火、防銹蝕問(wèn)題。鋼結(jié)構(gòu)的防火防銹鏈?zhǔn)潜容^薄弱的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在比較成熟的防銹方法：是燕浸鋅和熱噴鋁等復(fù)合噴涂技術(shù)，防銹期限一