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钢结构主要结构形式与特点

2018-02-07浏览:
  随着时代的发展,国家新型城镇化规划的稳步推进,不少地方面临拆迁重建,但旧房屋倒下,所产生的混凝土建筑垃圾无法处理消化。而对于新型的钢结构住宅,如果拆迁,将不会产生建筑垃圾,而是可以循环利用的材料,正向人们所说的“藏钢于民”。人们对建筑物的节能要求逐步提高。钢结构是各类建筑工程结构中应用比较广泛的一种建筑结构,高度高、跨度大的结构,荷载或吊车起重量大的结构,有振动或有较高温度的厂房结构,要求能活动或经常装拆的结构,在地震多发区的房屋结构等,均可考虑采用钢结构。
  
  钢结构主要结构形式与特点
  
  1.1大跨钢结构
  
  空间结构从功能上讲是指能够形成较大的连续空间的结构体系,主要包括网架、网壳、索-膜结构以及组合、杂交结构。其特点是:连续的大跨度、大空间、大面积;、外观轻巧、美观、具有现代感的线型;抗震性能较好,结构受力较为单纯;构件类型较少,建设周期短,易于实现工业化;绿色环保和可循环使用。
  三维空间大跨度钢结构案例
  大跨钢结构主要应用在:体育馆、会议厅、展馆、活动中心等大型公共活动建筑、机库、厂房、装饰门厅。
  
  空间结构自60年代至今,一直稳步发展。空间结构的新动向是采用矩形钢管杆件的网架增多。近年在航站楼广泛采用空间衍架,其杆件多采用圆钢管。弦杆多采用曲线形。弓形结构的出现引起了人们的兴趣,但它的性能和应用规模还应进一步探讨。一些高校在对网架的锥头等零件进行研究和改进,目的是使产品的质量进一步提高。随着现代新结构概念与新材料的更新,空间结构有网架、网壳到正在发展完善中的索-膜、索张拉、预应力结构体系等。
  
  1.2钢结构住宅
  
  钢结构住宅依其自重轻,基础造价低,适用于软弱地基,安装容易,施工快,周期短,投资回收快,施工污染环境少,抗震性能好等综合优势而受到各方的重视。钢结构与砖混结构、混凝土结构等相比,在使用功能、设计、施工以及综合经济方面都具有优势。在住宅建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面:
  
  (1)利用钢材强度高的特点,设计可采用大开间布置,使建筑平面能够合理分隔,灵活方便,创造开放式住宅,而能合理布置功能区间。
  
  (2)相同建筑面积的建筑楼层,钢结构自重轻。根据比较,6层轻钢结构住宅的重量,仅相当于4层砖混结构住宅的重量。而且钢材具有延性,能比较好地消耗地震带来的能量,所以抗震性能好,结构安全度高。
  三维钢结构住宅案例
  (3)钢结构构件,可以实行工厂化生产,现场安装。由于现场作业量小,对周围环境污染少,同时,
  
  施工机械化程度高,加快了施工速度。根据统计,同样面积建筑物,钢结构比混凝土结构工期,可缩短三分之一,而且可节省支模材料。
  
  (4)由于自重轻,基础费用降低,总体用料减少,直接成本降低,建设工期短,间接费用又可减少,所以综合造价低。
  
  (5)钢结构适宜工厂大批量生产,工业化程度高,并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体,成套应用,将设计、生产、施工一体化,提高住宅产业化的水平。
  
  从上面的分析中可以看出,钢结构是适合创新的住宅结构体系。钢结构可随着人们审美观的不同,使用功能要求的不同,设计各种造型、尺度、空间的新型房型。生产厂家能高精度、高质量、高速度完成,使建筑物达到既美观又经济的效果。
  
  1.3轻型钢结构
  
  轻型钢结构是只有圆钢、小角钢和薄壁型钢组成的结构[1](这是相对普通钢结构而言的)。轻型钢结构的屋面荷载较轻,因而杆件截面较小、较薄。它除具有普通钢结构的自重较轻,材质均匀,应力计算准确可靠,加工制造简单,工业化程度高,运输方便等特点外,一般还具有取材方便,用料较省,自重更轻等优点。轻型钢屋盖结构的用钢量一般为8~15kg/㎡,接近在相同条件下钢筋混凝土结构的用钢量,且能节约大量木材、水泥及其它建筑材料,将结构自重减轻为普通钢结构的70~80%,总的造价较低。
  三维轻钢结构厂房案例
  轻钢结构是近10年来发展很快的领域,在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上。这种结构工业化、商品化程度高,施工快,综合效益高,市场需求量很大,已引起结构设计人员重视,这种结构被广泛应用于仓库、办公室、工业厂房及体育设施。轻钢住宅的研究开发已在各地试点,是轻钢发展的又一个重要方向,目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其具有可做到大跨度、大空间,分隔使用灵活,而且施工速度快,抗震有利的特点,必将对我国传统的住宅结构模式产生较大冲击。
  
  1.4钢管混凝土结构
  
  钢管混凝土(CFST),就是在钢管中充填素混凝土制成的建筑构件。它具有承载力高,抗震性能好,节约钢材和施工简捷等突出优点,因而在高层和超高层建筑中得到了日益广泛的应用。其推广与发展的速度十分迅猛,并将成为21世纪高层和超高层建筑群很为实用和主要的结构形式。
  
  这种结构的特点是:
  
  (1)钢管混凝土柱的抗压和抗剪承载力高,相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上;
  
  (2)钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上,轮廓尺寸也比钢柱小,扩大了建筑物的使用空间和面积;
  
  (3)柱子截面减小,自重减小,有利于结构抗震,相当于设防烈度下降一级;
  
  (4)钢管混凝土柱自重减少,减轻了地基承受的荷载,相应降低了地基基础造价;
  
  (5)钢管壁薄便于选材,制造与现场焊接,是施工很为快捷的建筑结构;
  
  (6)钢管混凝土柱内的混凝土可大量吸收热能,其耐火性优于钢柱,从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上;
  
  (7)钢管混凝土具有的核心混凝土三向受压特性,利于刚刚问世的C60~80高强度混凝土安全可靠地推广应用。同时由于在高层建筑设计中,钢管混凝土柱可以仅控制长细比而不必限制轴压比。此外因其整体性能好,还克服了普通钢结构钢柱存在的局部失稳的缺点。因此,与钢筋混凝土柱相比,截面设计可以减少60%以上。
  
  1.5  钢结构施工
  
  随着大跨度结构及超高层结构的不断增多,施工技术的研究、施工技术的创新以及由此产生的施工力学问题日益突出。传统的施工技术在高大精尖等复杂结构中被慢慢淡出,随之而来的是一些创新的施工技术,如整体提升施工技术、整体顶升施工技术、整体滑移施工技术及其他特殊结构施工技术等。它们的很大特点:一是施工方案的创新与新结构形式紧密结合,根据新结构的构成和受力特点创新施工方案;二是施工力学问题的解决紧密依赖于计算技术的发展,可以通过施工过程的仿真,真实地了解和掌握结构在施工过程中的变形和内力的变化过程。
  
  施工技术的创新也包括在现有一些施工技术的基础上注入新的技术,如整体提升采用液压穿心式千斤顶和计算机控制技术相结合,整体顶升技术应用在攀达穹顶网架结构和网壳结构的整体安装中等。一些特殊结构形式的施工技术,如摩天观光轮,可以根据其结构形式具体对待,但就一般共性的问题可先进行研究。新型施工技术的实施需要以模拟仿真分析的数据为指导,同时分析的结果也是评价方案优劣的重要依据。

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