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H型鋼結構住宅建筑體系研究的可行性報告

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    一、 課題的提出：

    1、H型鋼結構住宅屬于綠色生態(tài)環(huán)保建筑

    H型鋼結構住宅建筑以采用H型鋼做梁柱、板材做圍護結構為主要建筑特征，因為這種結構形式的住宅具有重量輕、抗震性能好，施工周期短，濕法作業(yè)少，宜于工廠(chǎng)化生產(chǎn)，適宜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等突出優(yōu)點(diǎn)，屬于綠色生態(tài)環(huán)保建筑，有利于國民經(jīng)濟可持續發(fā)展的戰略要求。

    2、國內外發(fā)展現狀

    長(cháng)期以來(lái)，我國一直處在鋼材短缺的經(jīng)濟條件下，從產(chǎn)業(yè)政策和規范要求上都追求建筑選材中少用鋼。所以，雖然近幾年鋼材產(chǎn)量出現結構性過(guò)剩，但是建筑鋼結構用鋼量占全國鋼材總產(chǎn)量的比重很小，與發(fā)達國家相比差距很大，尤其鋼結構住宅在建筑市場(chǎng)中所占份額接近于零。

    目前我國的綜合經(jīng)濟實(shí)力已具備研究開(kāi)發(fā)鋼結構住宅建筑體系的條件，特別是建筑用鋼材的主要材料H型鋼在馬鋼、萊鋼等廠(chǎng)家的相繼投產(chǎn)和多家墻板生產(chǎn)線(xiàn)的建成，及有關(guān)住宅體系開(kāi)發(fā)的其它研究成果，更使研究開(kāi)發(fā)鋼結構住宅建筑體系成為發(fā)展住宅產(chǎn)業(yè)化的迫切需要。

    在發(fā)達國家，鋼結構住宅特別是小高層、高層鋼結構住宅較為普遍。柱采用H型鋼，H型鋼鋼骨砼柱，方管鋼柱，圓管鋼柱和鋼管砼柱；梁一般采用H型鋼，梁柱的接點(diǎn)連接采用高強螺栓或兩者并用。樓板一般為鋼承板現澆砼組合樓板，維護結構主要采用標準化預制墻板。防火主要采用防火涂料或防火板包裹，他們寧愿以較貴的材料去換取較少的人工，以達到綜合造價(jià)低的目的。

    而在我國勞動(dòng)力資源豐富，人工費用低廉，因此簡(jiǎn)單套用國外的建筑用材其綜合造價(jià)偏高，市場(chǎng)無(wú)法接受，所以我們有必要根據自己的國情開(kāi)發(fā)自己的鋼結構住宅體系，重點(diǎn)是對圍護材料與技術(shù)、樓板形式及相關(guān)配套產(chǎn)品的研發(fā)應用，以實(shí)現鋼結構住宅的高性能價(jià)格比，解決鋼結構住宅啟動(dòng)階段的合理定位，只有這樣，住宅發(fā)展的新階段才會(huì )順利啟動(dòng)。

    二、課題的研究

    二十一世紀的主題是節能，環(huán)保和可持續發(fā)展，我們萊蕪鋼鐵集團有限公司研究開(kāi)發(fā)的H型鋼結構住宅建筑體系廣泛采用目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)成熟的新材料、新技術(shù)，使其性能在鋼結構住宅體系中得到更好的體現。并重視研究開(kāi)發(fā)新的材料、新的技術(shù)使鋼結構住宅體系具有更強的生命力。

    1、本體系的主要構成及關(guān)鍵技術(shù)

    （1）外墻：

    方案一：采用輕質(zhì)復合墻板，可為蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板、鋼絲網(wǎng)水泥夾心板，GRC夾心復合板、鋼筋混凝土夾心復合板等。

    方案二：砌塊填充，采用加氣混凝土砌塊，輕骨料混凝土小型空心砌 塊，或混凝土小型空心砌塊等。

    （2）內墻：

    方案一：采用輕質(zhì)板材，如紙面石膏板，纖維石膏板，加氣混凝土板，玻璃纖維增強水泥板等。

    方案二：復合板材，如鋼絲網(wǎng)架水泥夾心板，發(fā)泡夾心聚苯乙烯復合墻板。

    方案三：砌塊填充。

    （3）防火處理：

    鋼柱：采用防火板包裹，或厚涂型防火涂料，可以根據實(shí)際情況及價(jià)格比較進(jìn)行選擇，以達到不同結構構件耐火極限的要求。

    鋼梁：H型鋼梁翼緣內填充加氣混凝土砌塊，再用金屬網(wǎng)抹25厚蛭石砼包覆，或防火涂料或防火板。

    （4）結構形式：可比較采用H型鋼框架結構、H型鋼框架支撐結構，鋼框架砼剪力墻結構等多種形式。

    梁采用H型鋼，柱可采用H型鋼、鋼管砼，方管及鋼骨砼柱等。

    鋼材可采用Q235、Q345材質(zhì)。
    （5）、構件連接可采用高強螺栓連接、焊接連接或栓焊混合的連接形式。

    （6）、樓板?？刹捎闷胀ìF澆砼樓板，預制鋼筋砼迭合樓板，壓型鋼板現澆砼組合樓板。

    （7）、采暖通風(fēng)設計采用先進(jìn)的分戶(hù)計量方式，可比常規供暖方式節能10%，結合H型鋼構件的截面特點(diǎn)進(jìn)行管線(xiàn)的隱蔽設計，將管線(xiàn)設計在H型鋼的凹面內，避免由于采用分量計量帶來(lái)的戶(hù)內管線(xiàn)多，既不美觀(guān)又占用正常使用空間的矛盾。

    （8）、給排水設計考慮，生活污水的無(wú)公害凈化處理，減少對環(huán)境的污染，設計采用節水設備，可考慮中水的處理利用，節省使用水資源。

    （9）、采用智能化設計，設計考慮綜合布線(xiàn)系統。樓宇智能化管理系統實(shí)現電話(huà)、傳真、有線(xiàn)電視和微機上網(wǎng)等家庭辦公的自動(dòng)化。

    2、試點(diǎn)工程：

    試點(diǎn)工程包括一座小高層住宅，兩座多層住宅。

    （1）、高層住宅（1#樓）建筑面積12000平方米，共12層，地下一層，層高3.9米，地上12層住宅，層高均為2.9米。建筑總高度34.8米，采用鋼框架??現澆砼剪力墻結構。柱采用直徑300鋼管內灌C50砼，梁采用H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    一幢多層住宅（4#樓）六層，一層商店，層高3.9米.二至六層為住宅，層高2.8米，建筑面積1200平方米，采用鋼框架支撐結構。梁柱均采用和H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    另一幢多層住宅（南區4#樓）為七層住宅，一層為藏間，層高2.2米，二至七層為住宅，層高均為2.8米，總建筑面積約4720平方米，采用鋼框架--預制砼剪力墻結構。梁柱均采用H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    （2）、1#樓外墻采用鋼絲網(wǎng)水泥夾芯板，板芯為EPS苯乙烯發(fā)泡板，外面抹35厚1：3水泥砂漿，具有結構性能好、質(zhì)輕、保溫、隔熱、防火性能好、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。分戶(hù)墻、廚房、衛生間采用玻璃纖維增強水泥板、內隔墻采用改性石膏砌塊，隔音效果好。

    4#樓外墻采用200厚蒸壓輕質(zhì)加氣砼板，這種板材容量小、導熱系數低，耐火性好，施工簡(jiǎn)便易于操作。內墻采用蒸壓加氣輕質(zhì)制砼內墻板。

    南區4#樓采用蒸壓加氣砼砌塊為外墻，內分戶(hù)墻體材料，戶(hù)內分隔墻體采用厚度75MM的輕砼墻板。

    （3）、1#樓采用普通現澆砼樓板；4#樓采用預制鋼筋砼迭合樓板；南區4#樓采用預制預應力砼空心板加砼現澆層。

    （4）、保溫：為達到建筑物節能50%的標準，采用了如下措施：

    屋面:屋面保溫采用現噴硬質(zhì)聚氨脂發(fā)泡保溫技術(shù)

    周邊地面：采用聚苯保溫。

    外墻： 采用保溫復合外墻板或導熱系數低的外墻材料。

    外墻：采用單框雙玻窗保溫窗。
    （5）防火：

    鋼柱：采用防火板包覆，已達到耐火極限2.5小時(shí)；鋼梁：H型鋼鋼梁翼緣內填充加氣混凝土砌塊，再用金屬網(wǎng)抹25厚蛭石包覆，達到耐火極限1.5小時(shí)。

    （6）試點(diǎn)工程在采暖通風(fēng)設計采用了分戶(hù)計量方式。

    （7）經(jīng)濟技術(shù)指標

    H型鋼住宅建筑試點(diǎn)工程主體鋼結構小高層約為33.2Kg/m2：多層約為35KG/m2。

    按山東省定額計算，工程預算造價(jià)多層760元/m2，鋼筋混泥土結構多層住宅約為650元/m2,節能建筑造價(jià)增加8%,約為52元/m2,扣除節能建筑增加的部分,鋼結構多層住宅造價(jià)為708元/M2,比鋼筋混凝土多層住宅增加約為9%;小高層為1100元/M2,鋼筋混凝土結構小高層住宅,約為1000元/M2,節能建筑造價(jià)增加8%,約為80元/M2,扣除節能建筑增加部分,鋼結構小高層住宅招架為1020元/M2,與鋼筋混凝土小高層住宅基本持平.

    3.正在研究的相關(guān)技術(shù):

    在試點(diǎn)工程的基礎上,我們繼續開(kāi)展了幾個(gè)方面的研究,并有2項技術(shù)已申報專(zhuān)利.

    (1) 整體外墻板

    研究開(kāi)發(fā)輕質(zhì)保溫整體外墻板,可采用一個(gè)房間的外墻作為一塊墻板,這樣可以減少小塊墻板拼裝產(chǎn)生的接縫所帶來(lái)的裂縫、滲漏等問(wèn)題。

    （2）小波紋壓型鋼板組合樓板

    　　我們研究開(kāi)發(fā)了一種新型的、與鋼結構建筑相適應、能夠采用工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)又能適應住宅建筑使用要求的組合樓板形式??小波紋壓型鋼板組合樓板。具體采用0.4－0.6mm厚的鍍鋅鋼板壓成型，波紋肋高一般在10－15mm之間，這種壓型鋼板造價(jià)低，可作為施工模板使用，不考慮結構受力，但與主體鋼結構連接的整體性好?，F澆板鋼筋，根據使用階段的強度要求，計算出配筋量，采用工廠(chǎng)化生產(chǎn)方式，將鋼筋與壓型鋼板焊接成型，工地安裝后，連續板支座處現場(chǎng)綁扎支座負筋，這樣一是減少了現場(chǎng)綁扎鋼筋的工作量，提高了工廠(chǎng)化制作程度，滿(mǎn)足了鋼結構建筑施工速度快，樓板多層同時(shí)澆注的要求，同時(shí)又降低結構高度，增加建筑的可利用空間，鋼筋與壓型鋼板的工廠(chǎng)化成型又能滿(mǎn)足了小波紋壓型鋼板在施工階段的強度要求。

    （3）、萬(wàn)能托架

    普通現澆砼樓板常規施工方法與鋼結構建筑的快速施工，多層同時(shí)澆注不相適應，為解決這一矛盾，我們實(shí)驗開(kāi)發(fā)了一種支撐模板采用的萬(wàn)能托架。這種托架長(cháng)度可調整，兩端與H型鋼梁緊固連接，拆裝方便。（此項技術(shù)已申請專(zhuān)利）

    （4）、模塊化的設計、施工

    鋼結構住宅建筑的最大優(yōu)勢在于可以工廠(chǎng)化生產(chǎn)，形成產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展模式,因此設計上的標準化、模塊化更能促進(jìn)鋼結構住宅體系的產(chǎn)業(yè)化。結構構件，連接節點(diǎn)的標準化設計有利于工廠(chǎng)化和機械化生產(chǎn)，模塊化的設計又能加快安裝速度的提高。構件不再是單柱單梁工廠(chǎng)生產(chǎn)，現場(chǎng)拼裝，而是按模塊化的設計形式，把住宅中一戶(hù)或一個(gè)單元作為一個(gè)部件進(jìn)行設計、生產(chǎn)，部件可以采用工廠(chǎng)化生產(chǎn)，（也可以采用零件工廠(chǎng)化生產(chǎn)、部件現場(chǎng)拼裝，再進(jìn)行吊裝）這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于提高了工廠(chǎng)化生產(chǎn)的程度，減少人工操作，尤其降低高空作業(yè)量，模塊化設計中應考慮整體空間剛度，合理選擇吊點(diǎn)，并驗算模塊強度避免吊裝過(guò)程中產(chǎn)生變形。

    部件的構件連接可全部采用焊接，由于全是工廠(chǎng)化操作，焊接質(zhì)量容易保證，現場(chǎng)拼裝全部采用高強螺栓連接，避免高空焊接造成的質(zhì)量隱患。

    (5)、繼續研究開(kāi)發(fā)高強度、焊接性能好的H型鋼及輕型H型鋼、并研究開(kāi)發(fā)耐火鋼和耐候鋼。

    三、課題開(kāi)發(fā)的預期目的

    對H型鋼結構住宅建筑體系的研究開(kāi)發(fā)，目的是能夠完成一套H型鋼結構住宅建筑體系具有代表性的設計；摸索出一套與該體系相適宜的施工方法；研發(fā)和配制一套能使該體系適應市場(chǎng)的建筑材料；總結一套該體系高性能價(jià)格比的特征參數。
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