城市规划专业高层建筑结构选型.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除高层建筑结构选型高层建筑中钢结构的建筑结构选型姓 名：田 晓 亮学 号：200704506指导老师：卢 玫 珺摘要：钢结构住宅是近年来的研究热点，理论研究和工程实践也在逐年的增加。建造中高层钢结构住宅不但可以缓解城市发展中的用地紧张问题，还可以通过建筑的工业化生产降低住宅的价格。钢结构住宅对于实现可持续发展的理念，满足大空间住宅的愿望都是很好的解决方式。钢结构住宅重量轻，强度高，抗震性能好， 现场施工少，工期短，精度高，安装方便，环境污染小的特点已经得到广泛的认识。各种相关的建筑产品也比较全面，但是钢结构住宅在我国的建造速度和规模却一直没有得到很大的提高，我们不得不对其进行思考。钢结构住宅的建筑设计是一个庞大的体系，建筑构造设计只是它的一个组成部分，进行构造设计研究，有利于把各种建筑材料之间的特点摸清，并理论化其间的连接方式，有助于把钢结构住宅的设计和施工落到实处，使钢结构设计与施工在某些方面更为规范化，避免了盲目的设计与施工，有着一定的理论和现实意义。关键词：高层建筑，钢结构，构造，结构选型，住宅一、钢结构住宅建筑构造在历史的长河中，人类社会经历了一个从简单到复杂、低级到高级的过程。尤其是工业革命，它给人类生活的各个方面都带来了长足的进步。住宅一一做为人类“衣、食、住、行”中不可缺的一个部分也正在进行着一场场的变革和运动。时至今日，住宅早已抛弃了贵族们用已炫耀地位与财富的华丽外衣，从而以平易的姿态走向千家万户。人们对生活的需求和生活方式的变化在推进着住宅的各个方面的改革，户型、环境、结构体系等词汇在普通人们心里也都不再陌生。随着“可持续性发展”的共同理念的普及，钢结构作为轻质高强、环保的一种新型构体系得到了业界共同的认可，但目前钢结构体系在工业建筑中推广程度比较快，而在住宅这种建设面积最大的建筑类型中，钢结构住宅的发展脚步极为缓慢。住宅的设计长期以来是建筑设计方面改革的重点，它所涵盖的范围非常广泛。有建筑学、城市规划，人际关系学、历史、宗教、地方文化与全球文化、人体工程学、环境心理学、环境生态学、社会经济学等相关学科。它也是个不断发展和更新的学科。只要人类社会还在发展，住宅设计发展的脚步就不会停歇。住宅建筑必须给住户提供合适的居住空间，空间的概念在住宅功能设计上非常重要，关于空间的概念，引用一句老子的话： “埏植以为器，当其无，有器之用，凿户牖以为室，当其无，有室之用，故有之以为利，无之以为用”。这表明：建筑，人们要使用的不是别的，而是它的空间。必须给予充分肯定的一点是，建筑空间必须适合于功能的要求，这一点在住宅建筑中当然也不例外。住宅建筑中，户型是根据住户家庭人口构成的不同而划分的住户类型， 套型是指为满足不同户型住户的生活居住的需求来设计的各种类型的成套的居住功能空间(即每套住宅应该有明确的分户界限，必须独门独户)。住宅套型的设计往往取决于住户家庭人口的构成和家庭的模式，也取决于住户的生理及心理需求，同时也同空间组合关系、建筑技术经济条件和社会意识形态有着紧密的关系。新的结构形式给建筑设计带来的往往是新的设计方法。“中国建筑学会”宋春华先生指出，住宅的发展，“在建筑的结构体系方面要有所突破， 重点是突破工业化集成住宅结构体系，集中力量研究开发和优化预应力混凝土大开间结构体系、钢与钢筋混凝土混合结构体系、轻钢结构体系、多层钢结构体系、替代实心粘土砖的新型砌体结构等。”从以上的话可以看出，钢结构在住宅中的推广和使用十分必然，对于钢结构体系能够带来的设计理念的变化也将会是建筑设计领域变化的必然。二、钢结构住宅的构造组成分析1、钢结构住宅的六大构造组成同其它的建筑物一样，钢结构住宅主要的构造组成分为六大部分，它们分别是： (1) 基础：它是地下的承重构件，承受钢结构住宅的全部荷载，并下传给地基。对于7-9层的钢结构住宅来说，它的基础形式基本上同其它建筑物一样可以选用条形基础、筏板基础或独立基础即可，由于钢结构住宅的自重较小， 对基础的承载力要求会适当的降低。(2) 墙和柱：柱是钢结构住宅的承重构件。它承受屋顶和楼层传来的荷载， 并将这些荷载传给基础。墙是钢结构住宅的围护构件，它可以抵御各种自然因素的影响与破坏，同时分割室内空间，方便住户的使用。从别墅和低层钢结构住宅来看，外墙主要有以下几种：(1)压型钢板复合板； (2)双面的纸面石膏板，再外加外饰面及中间保温材料。(3) 砌块及木制板。(4)组合板一一用于龙骨加湿作业的钢丝水泥抹面等。从目前试点工程来看，多层钢结构住宅的外墙分为两大类：(1)用砌块作为基体，外面加上界面剂，再作外饰面等。有的工程用加气混凝土砌块，如伊通砌块，也有的工程用当地产的粉煤灰砌块等。(2)用板材作为外围护墙体。其中有整块板，它的大小是一个开间的整个尺寸一个层高或二个层高的高度，也可以将门窗做好。主要有：金属保温复合板， (金属三明治板)：预制轻质混凝土板；另外种是条扳，可以横放或竖放。那么对于中高层钢结构住宅来看，多层的墙体材料可以得到合理的使用. 其中，方钢管混凝土柱具有材料和几何双重优越性。首先，它结合了钢材和混凝土两方面的优点，有良好的受力性能、抗震性能和耐火性能。这种组合截面，一方面可以利用钢材高强轻质、受拉性能好的优点，另一方面可以利用混凝土受压性能好的优点，同时，钢管内的混凝土能有效提高钢管的局部稳定，外部的钢管对管内的混凝土起到紧箍的作用，提高了混凝土的承载能力。由于方钢管混凝土柱具有这些优良的受力性能，也由于采用的结构体系中柱仅承担竖向力，二者都有助于最大限度地减小柱截面，增加建筑使用面积，同时，又可节约柱的支模量，为施工创造有利条件。其次，方形的柱截面一方面符合住宅结构的建筑审美习惯，可增大室内使用面积，受到建筑师的欢迎：另一个突出优点是能够简化梁柱节点的连接形式，减少节点板的用钢量，受到结构师、施工单位和开发商的青睐。(3) 楼板层：它是楼房建筑中的水平承重构件，它承受着家具、设备和人的重量，并将这些荷载传给柱。它的主要形式有：现浇混凝土楼板、预制混凝土楼板和组合楼板等。其中，组合楼板又分为：压型钢板组合楼板、预制混凝土板加后浇层叠合楼板、钢板加混凝土后浇层叠合楼板、钢骨轻质混凝土楼板、钢丝网架水泥夹芯楼板、烟囱等。钢结构住宅的基本组成简单的说可以分为两大类，即承重结构和围护结构。本论文的研究重点主要侧重于围护结构即建筑构配件的构造方法， 同时有部分内容涉及承重结构。从施工和经济的角度考虑，现浇混凝土楼板需支模，施工速度慢：压型钢板组合楼板需做室内吊顶，工程造价高，降低了室内净空：预制混凝土板加后浇层组合楼板和钢板加混凝土后浇层组合楼板承载力高、刚度大、整体性能好、结构厚度小、抗震性能好、造价低、无需支模和吊顶、施工速度快，能适应大开问住宅的发展需求。(4) 楼梯：它是楼房建筑的垂直交通设施。供人们平时上下和紧急疏散时使用。楼梯同样采用钢筋混凝土楼梯。(5) 屋顶：它是建筑物顶部的围护和承重构件，由屋面和屋面板两部分组成。屋面抵御自然界雨、雪的侵袭，屋顶板承受着房屋顶部的荷载。采用轻钢屋架，可做成造型美观的坡屋顶，满足各种建筑要求。屋面板采用彩色金属压型钢板(暗扣连接)十保温棉，可以保证20年的不漏水，对于顶层的用户，可以设老虎窗等顶部采光，形成别样的空间形态.(6) 门窗：门主要用做内外交通联系及分隔房间；窗的作用是采光和通风。门窗属于非承重构件。目前常用的各种门窗都可以使用。除上述六大组成部分以外，还有一些附属部分，如阳台、雨罩、台阶、钢结构住宅的建筑构造研究涉及到建筑物的每个部分，而当前最需要解决的是钢构件和其它构件的连接问题，本文将从这个方面来重点研究， 以期有针对性的得到研究成果。三、要研究钢结构住宅的建筑构造，首先要研究钢结构住宅的类型。目前有以下三种分类办法。第一种选型方法： 现阶段我国钢结构住宅的基本结构类型有以下几种：第一类是轻钢结构承重墙体系的低层住宅(4层以下)；第二类是型钢框架结构的多层住宅，适用于多层及小高层居住建筑(7层以下)：第三类是钢管混凝土框架结构的中高层住宅(7-9层)。这三类结构形式中第二类可以用于中高层的钢结构住宅。第三类钢管混凝土体系，是在钢管中现浇混凝土的一种结构，此种结构形式由于钢和混凝土的相互约束，使其承载力大大提高，但综合造价也较高，用于高层住宅更能体现经济合理性。第二类型钢框架结构体系，从结构稳定性能、抗震性能及综合造价来讲，均较适合于7-9层左右的中高层住宅。钢框架型钢从截面形式上分有H形截面和箱形截面，从成型方式上分有热轧一次成型和钢板焊接成型。焊接成型方式较热轧一次成型方式在用料上更省，并可根据结构计算确定不同部位钢板的厚度。各层框架局部对称地加斜向支撑，以增加其整体稳定性。第二种选型办法： 13层及以下的低层住宅(轻型钢结构体系)1)轻型钢框架体系：2)冷弯薄壁型钢密排柱(龙骨)结构体系。246层多层住宅1)钢框架体系：2)钢框架一混凝土剪力墙体系：3) 钢框架一支撑体系：4)板柱一混凝土剪力墙体系：5)板柱一支撑体系。379层中高层住宅1)钢框架一混凝土核心筒(剪力墙)体系：2)钢框架一支撑体系。410层及以上高层住宅建筑1)钢框架一钢骨混凝土核心简体系：2)钢框架一支撑体系(宜采用偏心耗能支撑)：3)钢框架一钢板剪力墙体系：4)钢框架一内藏钢板支撑混凝土剪力墙体系：5)钢框架一带竖缝预制混凝土剪力墙体系(含其他各种延性剪力墙板)。第三种选型办法：按造价分类，主要是以主体结构框架的造价对比来确定那一种结构形式更适合钢结构住宅。如表32： 由以上三种选型的办法，我们可以总结出，从经济型、结构稳定性和建筑布置的合理性来看，适合中。高层钢结构住宅的结构类型有：钢框架一支撑体体系、钢管混凝土框架一支撑体体系、钢框架一混凝土剪力墙体系三种。小结：高层建筑现已成为开发商提高土地利