装配式钢结构体系住宅形式工艺与特点介绍

2013我国现有的装配式钢结构住宅形式、工艺与特点介绍住宅产业化综合效益：钢结构体系我国现有的装配式钢结构体系住宅形式、工艺与特点介绍钢结构住宅体系系概念及特点点1.1钢结构构住宅体系概概述各国对住宅体系系的理解和做做法不尽相同同，但一般是是指住宅的主主体工程，由由于选用不同同的结构材料料、结构类型型和施工方法法而形成的不不同住宅产品品，并构成相相应的若干从从设计到建造造的成套技术术。钢结构住住宅建筑体系系以其采用的的钢结构形式式作为建筑体体系分类的依依据，成为建建筑体系中的的一个分支。通通常所说的钢钢结构住宅是是指以工厂生生产的经济钢钢型材构件作作为承重骨架架，以新型轻轻质、保温、隔隔热、高强的的墙体材料作作为围护结构构而构成的居居住类建筑。钢钢结构住宅产产业化即是以以钢结构住宅宅为最终产品品，通过社会会化大生产，将将钢结构住宅宅的投资、开开发、设计、施施工、售后服服务等过程集集中统一成为为一个整体的的组织形式。钢钢结构住宅产产业化是钢结结构住宅发展展的趋势。1.2钢结构构住宅体系的的特点钢结构住宅与传传统的建筑形形式相比，具具有以下的一一些特点：（1）重量轻、强强度高。由于于应用钢材作作承重结构，用用新型建筑材材料作围护结结构，一般用用钢结构建造造的住宅重量量是钢筋混凝凝土住宅的二二分之一左右右，减小了房房屋自重，从从而降低了基基础工程造价价。由于竖向向受力构件所所占的建筑面面积相对较小小，因而可以以增加住宅的的使用面积。同同时由于钢结结构住宅采用用了大开间、大大进深的柱网网，为住户提提供了可以灵灵活分隔的大大空间，能满满足用户的不不同需求。（2）工业化程程度高，符合合产业化要求求。钢结构住住宅的结构构构件大多在工工厂制作，安安装方便，适适宜大批量生生产，这改变变了传统的住住宅建造方式式，实现了从从“建造房屋”到“制造房屋”的转变。促促进了住宅产产业从粗放型型到集约型的的转变，同时时促进了生产产力的发展。（3）施工周期期短。一般三三、四天就可可以建一层，快快的只需一两两天。钢结构构住宅体系大大多在工厂制制作，在现场场安装，现场场作业量大为为减少，因此此施工周期可可以大大缩短短，施工中产产生的噪音和和扬尘、以及及现场资源消消耗和各项现现场费用都相相应减少。与与钢筋混凝土土结构相比，一一般可缩短工工期二分之一一，提前发挥挥投资效益，加加快了资金周周转，降低建建设成本3%-5%。（4）抗震性能能好。由于钢钢材是弹性变变形材料，因因此能大大提提高住宅的安安全可靠性。钢钢结构强度高高、延性好、自自重轻，可以以大大改善结结构的受力性性能，尤其是是抗震性能。从从国内外震后后情况来看，钢钢结构住宅建建筑倒塌数量量很少。（5）符合建筑筑节能发展方方向。用钢材材作框架，保保温墙板作围围护结构，可可替代粘土砖砖，减少了水水泥、砂、石石、石灰的用用量，减轻了了对不可再生生资源的破坏坏。现场湿法法施工减少，施施工环境较好好。同时，钢钢材可以回收收再利用，建建造和拆除时时对环境污染染小，其节能能指标可达50%以上，属于于绿色环保建建筑体系。（6）钢结构在在住宅中的应应用，为我国国钢铁工业打打开了新的应应用市场。还还可以带动相相关新型建筑筑材料的研究究和应用。二、国内外钢结结构住宅发展展历史2.1装配式钢钢结构体系住住宅在国外的的发展历史与与现状20世纪初，随随着工业革命命的开始，一一些发达国家家的钢铁工业业规模迅速扩扩大，钢结构构住宅得到初初步发展。时时至今日，钢钢结构住宅技技术在世界发发达国家的发发展历史己达达百余年。在在欧美和日本本等地，建筑筑用钢量已达达钢产量的三三成以上，钢钢结构建筑面面积占总建筑筑面积约四成成以上，形成成了各自的钢钢结构住宅体体系。法国是推广住宅宅工业化的最最早几个国家家之一。经历历了30年发展法国国钢结构住宅宅体系，目前前已经成功过过渡至用体系系，主要应用用于多层集合合式住宅。英国的钢结构住住宅体系，根根据预制单元元的工厂化程程度不同分为为三个等级：：1)“Stick”结构，杆件件在工厂加工工制作，全部部运输至现场场后，用螺栓栓或自攻螺栓栓连接；（2)“Panel”结构，钢构构件以及墙板板和屋面板等等围护结构用用专用的模具具进行工厂化化预制，现场场拼接；（3)"MModulaar"结构，将整整个房间作为为一个单元全全部在工厂预预制，此种结结构发展较快快。曰本是世界上率率先兴起住宅宅产业化的国国家。目前日日本的工业化化住宅有木结结构、钢结构构和混凝土结结构三种形式式，日本每年年新建20万栋左右的的低层住宅中中，钢结构住住宅约占七成成以上的市场场份额。现在在日本正在推推广的钢结构构住宅体系主主要有以下几几个特点:柱间距14.44m，可实现200m2的大空间内内无柱，且可可自由分割成成1-3户；框架釆釆用钢管混凝凝土柱和FR耐火钢（FireResisstantSteell)梁；地面为PC板+现绕钢筋混混凝土结构，管管道置于地板板下部的中空空空间；外墙墙板采用ALC板、PC板，内隔墙墙采用隔音性性能高的强化化石膏板，均均为干式施工工，施工速度度快；设备与与结构构架相相独立，便于于管道维修。美国钢结构住宅宅的建造技术术由传统的木木结构住宅衍衍变而来。美美国是采用钢钢结构住宅形形式的最早的的国家之一，1965年轻钢结构构在美国仅占占建筑市场的的15%，1990年上升到53%，2000年达到75%，目前美国国的钢框架小小型住宅巳达达20万幢，别墅墅和多层住宅宅都采用轻钢钢结构。80年代至今，美美国逐渐实现现了主体构件件通用化和住住宅部品化，构构配件达到模模数化、标准准化和系列化化，生产效率率显著提高，住住宅达到节能能环保要求。进进入六十年代代，美国开始始发展轻钢龙龙骨结构建筑筑，该体系以以2英寸*4英寸为基本本模数，适于于低层集合住住宅和联排住住宅的建造。1997年美国发布布《住宅冷成成型钢骨架设设计指导性方方法》，全方方面地指导轻轻钢龙骨体系系住宅的设计计、施工。总体说来，国外外的钢结构住住宅体系在模模数化设计、标标准化生产、装装配化施工，节节能、防火和和抗震等方面面已非常成熟熟，尤其是相相配套的墙体体、楼板等围围护部件的应应用也非常完完善，施工周周期特别短，这这值得我们借借鉴和学习。2.2装配式钢钢结构体系住住宅在国内的的发展历史20世纪80年年代我国的钢钢结构住宅开开始发展。90年代以来，建建设部积极倡倡导钢结构住住宅的开发和和应用，组织织编制《钢结结构住宅建筑筑产业化技术术导则》，并并于2001年通过钢结结构住宅建筑筑体系及其关关键试点工程程的立项。我我国最早的钢钢结构住宅是是一幢8层住宅，建建于1994年，目前在在北京、山东东、上海、天天津、湖南、安安徽等地，均均有建成的钢钢结构住宅工工程试点项目目。2005年初，建建设部在北京京组织了无比比钢轻钢龙骨骨体系评估会会，一致同意意可在国内将将无比钢轻钢钢龙骨体系应应用于低多层层建筑，并决决定参考国外外同类资料在在《轻钢房屋屋钢结构技术术规范》和《低低层轻型钢结结构装配式住住宅行业标准准》中补充相相关内容。我国钢结构试点点的工程建设设情况为：天天津太平洋村村别墅，采用用轻钢龙骨体体系，楼板为为大跨度预应应力空心板，平平均用钢量50-555kg/m22，工厂加工工约30天，现场安安装时间40天左右。济济南市埃菲尔尔花园，六层层纯钢框架结结构体系，H型钢梁柱，现现饶混凝土楼楼板，LCC外墙板，综综合造价约1550元/m2。另外在建建的钢结构高高层住宅最高高为34层，包括上上海中福城和和陆海城等6处。由上述可以看出出，钢结构住住宅在我国的的发展势头良良好，虽然钢钢结构住宅的的综合造价比比混凝土结构构稍高，但发发展前景广阔阔。在我国大大中城市中，由由于人口密度度较大，土地地资源稀少，考考虑出房率、土土地使用效率率等因素，各各大房地产商商开始重视推推广新型钢结结构住宅建筑筑体系。三、国内主要钢钢结构住宅结结构、围护体体系的形式、工工艺与特点3.1钢结构住住宅结构体系系目前应用较多的的钢结构住宅宅结构体系有有：钢框架结结构体系、钢钢框架-剪力墙结构构体系、钢框框架-支撑结构体体系、钢框架架-核心筒结构构体系、轻钢钢龙骨住宅体体系。3.11钢框架架结构体系形形式、工艺与与特点框架体系的主要要受力构件是是框架梁和框框架柱，它们们共同作用抵抵抗竖向和水水平荷载；框框架梁有I型、H型和箱型梁梁等种类，框框架柱有H型、空心圆圆钢管或方钢钢管柱、方钢钢管混凝土柱柱等种类。该该体系在建筑筑体系中技术术最成熟，使使用最多，一一般应用于6层及以下的的低层、多层层建筑和抗震震设防烈度相相对较低的地地区，国外1-3层住宅也多多采用此形式式。1994年，上海北北蔡防水材料料厂建成一栋栋8层钢结构住住宅（图1）。无电梯，钢钢框架结构，采采用冷弯薄壁壁矩形钢管内内浇混凝土柱柱，U型冷弯薄壁壁组合梁。外外墙和内墙板板均采用压制制成型稻草板板。单位面积积用钢量为34千克/平米。图1：上海北蔡蔡防水材料厂厂钢结构住宅宅图2:梁柱框架式式结构体系钢结构框架体系系的优点包括括：1)梁柱截面小小而跨度大，平平面布置灵活活，可组成较较大开间；2)自重轻，延延性好，刚度度均匀，抗震震性能良好；；3)设计简单，受受力和传力体体系明确；4)杆件形状规规则，制造和和安装都很简简单，施工速速度快。（图2）钢结构框架架体系的缺点点包括：1)纯框架结构构缺少侧向支支撑，结构的的侧向刚度较较小，侧向力力作用下的水水平位移较大大；2)节点采用刚刚接或半刚接接，震时会产产生较大应力力集中而导致致结构破坏。3.12钢框框架-剪力墙结构构体系形式、工工艺与特点钢框架-剪力墙墙结构体系是是以框架为基基础，为增强强建筑的侧向向刚度，防止止侧向位移过过大，沿其柱柱网的两个方方向布置一定定数量的剪力力墙的结构体体系。由于剪剪力墙体抗震震性能较好，钢钢框架-剪力墙结构构体系多适用用于7-18层的小高层层及高层住宅宅和地震区多多高层钢结构构住宅。在钢框架-剪力力墙结构中，钢钢框架承担全全部的竖向荷荷载，而钢框框架和剪力墙墙协同承担由由水平荷载引引起的水平剪剪力，由于剪剪力墙的抗侧侧刚度较强，因因而采用此种种结构体系在在多高层建筑筑中具有很大大优势。常见见的剪力墙体体系有现绕钢钢筋混凝土剪剪力墙、钢板板剪力墙、预预制剪力墙和和内藏钢板支支撑剪力墙等等。中福城位于上海海福州路，由由六个高层住住宅单元通过过三层裙房连连成一体，工工程地下一层层、地上17层，采用钢钢框架-混凝土剪力力墙体系，大大柱网结构，从从地下室开始始，全部采用用钢结构。（图3，图4）图3：中福城施施工现场图4：中福城施施工外观钢框架-剪力墙墙结构体系的的优点包括：：1)钢柱的截面面尺寸较小，用用钢量少，成成本较低；2)侧向刚度较较大，整体稳稳定性较好；；3)结构分析简简单，传力路路径明确；4)剪力墙的防防火耐火性好好，可提高结结构的抗火性性能。钢框架-剪力墙墙结构体系的的缺点包括：：1)当遇到高烈烈度地震时，框框架与剪力墙墙的节点处易易产生应力集集中，造成墙墙体局部破坏坏；2)现绕混凝土土剪力墙为现现场湿作业，施施工周期较长长，且受天气气的影响较大大。3.13钢框框架-支撑结构体体系形式、工工艺与特点钢框架-支撑结结构体系，是是在框架体系系的部分框架架柱之间设置置横向型钢支支撑，形成支支撑框架的结结构体系。其其中的钢框架架主要承受竖竖向荷载，钢钢支撑则承担担水平荷载，形形成双重抗侧侧力的结构体体系,多适用于高高层钢结构住住宅。钢支撑可采用角角钢、槽钢和和圆钢等，主主要用途是增增加结构的抗抗侧刚度；支支撑体系包括括人字型、十十字交叉等中中心支撑形式式和门架式、单单斜杆式、V形和倒Y形等偏心支支撑形式；支支撑结构一般般布置在外墙墙、分户墙、楼楼梯间和卫生生间的墙上，可可根据需要在在一跨布置或或多跨布置。（图5）图5：日本长野野县钢框架-钢支撑公共共住宅钢框架-支撑体体系的优点包包括：1)支撑的设置置提高了梁、框框架和压轩的的承载稳定性性；2)结构侧向刚刚度较大，有有效地减小了了梁柱的截面面积，节约钢钢材和成本；；3)体系采用全全钢构件，便便于工厂化加加工生产。钢框架-支撑体体系的缺点包包括：1)节点为梁、柱柱和钢支撑三三种构件的连连接，构造复复杂；2)传力路线较较长，抗侧效效果较差；3)支撑常常影影响洞口的位位置设置，降降低了建筑布布局的灵活性性。4)在钢支撑处处无法采用墙墙板，只能采采用砌筑方式式。3.14钢框框架-核心筒结构构体系形式、工工艺与特点钢框架-核心筒筒结构体系是是以钢框架为为基础，近中中心部位通过过现绕混凝土土墙体或密排排框架柱围成成封闭核心筒筒的结构体系系。该体系中中框架和筒体体为铰接，钢钢框架承担全全部竖向荷载载，核心筒则则承担全部水水平荷载，筒筒体结构一般般布置在卫生生间或楼电梯梯间位置。由于综合受力性性能好，钢框框架-核心筒体系系目前在我国国应用极为广广泛，特别适适合于地基土土质较差地区区和地震区，新新建的高层和和超高层建筑筑几乎都釆用用了钢框架-核心筒体系系。钢框架-核心筒筒结构体系的的优点包括：：1)节约钢材，造造价较低；2)结构各部分分受力分工明明确，核心筒筒抗侧移刚度度极强3)—般将框架柱柱布置在阳台台和转角部位位，不占用住住宅的布置空空间，且装修修方便；4)核心筒为现现饶施工方法法使得卫生间间具有良好的的防水性能；；5)除筒体部分分为现绕外，其其余构件均可可以工厂化生生产，缩短工工期达30%~440%。钢框架-核心筒筒结构体系的的缺点包括：：1)钢框架与核核心筒的刚度度差别大，核核心筒承担约约九成的水平平力，强震作作用下的钢筋筋混凝土核心心筒很容易破破坏；2)筒体的连接接构造复杂，施施工技术要求求水平较高；；（3)混凝土现场场作业量很大大。3.15轻钢钢龙骨住宅体体