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新闻资讯:
给了给工程设计人员一定的帮助关键词:钢结构;住宅;体系结构 Abstract:This article briefly introduced the advantages of structural steelwork and its applications in the residential. And it helped technicians to some extent. Keywords:structural steelwork;residential ;architecture 2001年经国家经贸委批准,将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为我国建筑业用钢的突破点,正式列入国家级重点技术创新项目,钢结构住宅引起社会各界广泛关注
现在,建设部科技司组织的 36 项钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题,正在深入开展攻克关键技术、总结试点工程经验进一步推广阶段
目前在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、南京、上海、广州和深圳等地开展低层、多层、高层钢结构住宅试点工程,已建成 100 多万平米
在钢结构住宅试点示范工程实施中,各有关设计、供应商、房地产公司等克服了各种困难,做了大量工作,取得了显著的成绩
为了凸现钢结构住宅的优点,本文简单介绍了钢结构的优点及其在住宅上的应用
一、钢结构的优点 一般来说,材料的特性是推出新型建筑形式的出发点
钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的
和其它材料的结构相比,钢结构有如下一些特点
1.材料的强度高,塑性和韧性好钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比,强度要高得多
因此,特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构
钢材还具有塑性和韧性好的特点
塑性好,结构在一般条件下不会因超载而突然断裂;韧性好,结构对动力荷载的适应性强
良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能
另一方面,由于钢材的强度高,做成的构件截面小而壁薄,受压时需要满足稳定的要求,强度有时不能充分发挥
2. 材质均匀,与力学计算的假定比较符合钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性,而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的
因此,钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合
钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制,材质波动的范围小
3. 钢结构制造简便,施工周期短钢结构所用的材料单纯而且是成材,加工比较简便,并能使用机械操作,因此,大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件,精确度较高
构件在工地拼装,可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓,有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装,以缩短施工周期
此外,对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固,用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁
4. 钢结构的重量轻钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大,但钢结构却比钢筋混凝土结构轻,原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多
以同样的跨度承受同样荷载,钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3 至1/4,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10,为吊装提供了方便条件
对于需要远距离运输的结构,如建造在交通不便的山区和边远地区的工程,重量轻也是一个重要的有利条件
当然任何一种材料都不是十全十美的,钢材的耐腐蚀性和耐火性就较为欠缺,在对结构进行防护时费用比钢筋混凝土结构高
不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中,构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆,锈蚀问题也并不严重
近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能,已经逐步推广应用,并取得了良好的效果
钢材长期经受 100℃辐射热时,强度没有多大变化,具有一定的耐热性能,但温度达 150℃以上时,就须用隔热层加以保护
钢材不耐火,重要的结构必须注意采取防火措施
例如,利用蛭石板、蛭石喷涂层或石膏板等加以防护
二、钢结构在住宅上的应用以及推广价值与砖混结构、混凝土结构相比,在住宅中应用钢结构主要具有以下几方面优点: 1. 结构自重轻
根据比较,相同的建筑造型,六层钢结构住宅重量仅相当于四层砖混结构住宅的重量
建筑总质量小,地震力效应小,且延性好,相应抗震性能优良
历次大地震灾害资料对比都说明了这一点
2. 材料各向同性,符合力学假定,提高了设计精度
3. 由于工厂化加工制造,精度高,易于保证质量,与混凝土相比,更符合结构设计要求
同时施工速度快,工期缩短 40%以上,可使建筑物更早的投入使用,提早产生效益
4. 在设计中由于业主的要求,经常要进行变更,采用钢结构较易配合变更
施工时干式作业减少了对环境的污染,且构件运输方便,费用低
5. 可在梁腹板处开孔走管道,不像混凝土结构在梁底通过
因此在楼层高度一样的情况下,采用钢结构可提高层间净高
6. 对新疆而言,钢结构住宅的优势更为明显
钢材的耐腐蚀性较差,而新疆气候干燥,降水少,蒸发量大,对于钢材的“湿腐蚀”具有天然的防护作用
此外,新疆冬季较长,不利于施工
钢结构施工速度快的优势就明显地体现了出来,既保证了建筑结构的工期质量,又减少了因冬季施工所带来的温度等方面的问题
7. 轻质高强,简单实现大跨与复杂几何结构,创造开放式住宅
传统结构(砖混、混凝土)由于受材料限制,其开间一般在 3.0m、3.3m、3.6m、4.2m.如果需要更大开间,则会造成“肥梁胖柱”,房高也会受到影响
而在梁高相同的情况下,钢结构开间可比混凝土大 50%.在梁柱等强度条件下,可增加建筑有效使用面积5%~7%. 8. 新疆冬季时间长,室外温度低,因此室内都通过暖气来取暖,采暖期长达半年
这就要求外墙要有良好的保温措施,否则对能源是一种很大的浪费
钢结构住宅的墙体一般选用与之配套的板材,与传统的砖墙相比具有较好的保温性能,在建筑节能方面有明显的优势
由此可见,钢结构住宅不仅加快了国家和城市的发展速度,带动了与之相关的其它行业的发展,还提高了住宅质量和人们的居住水准,而且它作为一种商品综合经济效益高,可使买卖双方都获得利益
钢结构住宅还促进了住宅产业化的发展进程,尤其是使用材料的环保性,给社会带来良好的综合效益,而与之相比的钢混和砖混等传统结构住宅越来越暴露出它们的缺点,和对发展的阻碍,取而带之的钢结构已经到了势在必行的阶段,这也正是现阶段发展钢结构住宅的原因
三、钢结构布置钢结构设计的基本原则是: 结构必须有足够的强度、刚度和稳定性,整个结构安全可靠;结构应符合建筑物的使用要求,有良好的耐久性;结构方案尽可能节约钢材,减轻钢结构重量;尽可能缩短制造、安装时间,节约劳动工日;结构构件应便于运输、便于维护;在可能条件下,尽量注意美观,特别是外露结构,有一定建筑美学要求
按照上述原则,根据实际案例原建筑设计的布置和功能要求,综合考虑了结构的经济性、建筑设计的特点和施工合理性等因素,采用钢框架—支撑和钢框架——剪力墙结构体系,并分别进行了布置
1.梁柱体系平面采用普通梁格体系
梁采用热轧焊接 H 形截面钢梁,柱为焊接箱型钢柱
整个结构设计成刚性框架结构,竖向荷载由梁、板、柱承担
框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计,现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用
次梁为 H 形截面单跨简支梁,设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用
2.抗剪体系分析计算表明,在全部水平风荷载和地震力作用下,上述结构体系局部刚度较弱,因此钢框架—支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载
钢框架—剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙,来抵抗水平外力的冲击
3.楼盖体系一般各层楼(屋)盖均采用钢筋混凝土楼(屋)盖,楼板厚度依结构计算定为110mm,140mm.在结构计算中,认为楼盖刚度足够大,符合平面内无限刚性的假定
4.基础形式钢框架—支撑采用柱下独基,钢框架—剪力墙采用柱下独基与筏板基础
5.内外墙体系框——剪采用蒸压轻质加气混凝土板材(简称 ALC 板材),外墙板厚为 200mm,内墙板厚 100mm.框-支采用陶粒硂砌块
总之,钢结构住宅符合国家住宅产业化的目标,符合可持续性发展的战略,并对保护耕地、提高城市建设水平有较大作用
有了国家政策的支持、技术的保证,钢结构住宅具有光明的前景
参考文献: 刘玉株
钢结构住宅技术问题讨论
建筑创作,2003年2月 陈禄如等
攻克关键技术推动钢结构住宅发展
建设科技,2003年12月 马飞宇
钢结构住宅—我国住宅工业化的发展方向
盐城工学院学报,2003年6月 张小玲
钢结构住宅建筑体现状和发展趋势
建设科技,2003年12月 温耀中
新疆地区钢结构小高层住宅结构体系应用研究,2005年11月 分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种
大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的
因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力
关键词:建筑工程,大体积混凝土,温度裂缝,措施 1.大体积混凝土的裂缝的类型及其危害性 大体积混凝土内出现的宏观裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种
贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最终形成贯穿裂缝
它切断了结构的断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较严重的;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性;表面裂缝一般危害性较小
但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全,它都有一个最大允许值
处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm;处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm
对于地下或半地下结构,混凝土的裂缝主要影响其防水性能
一般当裂缝宽度在0.1~0.2mm时,虽然早期有轻微渗水,但经过一段时间后,裂缝可以自愈
如超过0.2~0.3mm,则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大
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所以,在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝
如出现这种裂缝,将大大影响结构的使用,必须进行化学灌浆加固处理
2.大体积混凝土结构所承受的变形主要是因温差和收缩而产生的 大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素:结构的外部约束和混凝土各质点间的约束,阻止混凝土收缩变形,混凝土抗压强度较大,但抗拉能力却很小,所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝
这种裂缝的宽度在允许限值内,一般不会影响结构的强度,但却对结构的耐久性有所影响,因此必须予以重视和加以控制
产生这种裂缝的主要原因有以下几方面: 2.1水泥水化热
水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失
这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大
单位时间混凝土释放的水泥水化热,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期而增长
由于混凝土结构表面可以自然散热,实际上内部的最高温度,多数发生在浇筑后的最初3~5天
2.2外界气温变化
大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化
特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的
温度应力是由于温差引起温度变形造成的,温差愈大,温度应力也愈大
同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60~65℃,并且有较长的延续时间
因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力
2.3混凝土的收缩
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混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的,而约80%的水分要蒸发
多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩
混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩
如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积
干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的
影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺、养护条件等
3.大体积混凝土结构施工的技术保证措施 3.1大体积混凝土的配制 大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点: ⑴ 使用粗骨料,尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料,并严格控制用料的含泥量
⑵大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应掺加粉煤灰、矿渣粉或相应的外加剂,外加剂宜采用缓凝剂、减水剂,改善和易性、降低水灰比,以达到降低单方混凝土的水泥用量、减少水化热的目的
⑶ 降低原材料的温度
浇筑时尽量避开炎热天气,夏季可采用低温水和冰水搅拌混凝土,或对用料进行预冷
⑷ 水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等
但是,水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大,在浇筑层表面有大量水析出
这种泌水现象,不仅影响施工速度,同时影响施工质量
因析出的水聚集在上下两浇筑层表面间,使混凝土水灰比改变,而在掏水时又带走了一些砂浆,这样便形成了一层含水量多的夹层,破坏了混凝土的粘结力和整体性
混凝土泌水性的大小与用水量有关,用水量多,泌水性大;且与温度高低有关,水完全析出的时间随温度的提高而缩短;此外,还与水泥的成分和细度有关
所以,在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种,并应在混凝土中掺入减水剂,以降低用水量
在施工中,应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处,用振捣器振实后,再继续浇筑上一层混凝土
3.2大体积混凝土的浇筑与振捣浇筑方案 大体积混凝土的浇筑与振捣浇筑方案,除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外,还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响,常采用的方法有以下几种: ⑴ 全面分层
即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后,再回头浇筑第二层,此时应使第一层混凝土还未初凝,如此逐层连续浇筑,直至完工为止
采用这种方案,适用于结构的平面尺寸不宜太大,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适
必要时可分成两段,从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑
⑵分段分层
混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层,如此依次向前浇筑其他各层
由于总的层数较多,所以浇筑到顶后,第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依次分层浇筑
这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程
⑶斜面分层
要求斜面的坡度不大于1/3,适用于结构的长度大大超过厚度3 倍的情况
混凝土从浇筑层下端开始,逐渐上移
混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺,一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器
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上面的一道布置在混凝土卸料处,保证上部混凝土的捣实
下面一道振动器布置在近坡脚处,确保下部混凝土密实
随着混凝土浇筑的向前推进,震动器也相应跟上
3.3大体积混凝土养护时的温度控制养护 养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作
养护主要是保持适宜的温度和湿度,以便控制混凝土内表温差,促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展
根据工程的具体情况,应尽可能多养护一段时间,拆模后应立即回土或在覆盖保护,同时预防近期骤冷气候影响,以控制内表温差,防止混凝土早期和中期裂缝
大体积混凝土的养护,不仅要满足强度增长的需要,还应通过人工的温度控制,防止因温度变形引起混凝土的开裂
温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行人为的控制
在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点: ⑴混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃;当结构混凝土具有足够的抗裂能力时,不大于25℃~30℃
⑵ 混凝土拆模时,混凝土的温差不超过20℃
其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差
⑶采用内部降温法来降低混凝土内外温差
内部降温法是在混凝土内部预埋水管,通入冷却水,降低混凝土内部最高温度
冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行,还有常见的投毛石法,均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂
⑷采用保温法
即在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯木、湿砂等),在缓慢的散热过程中,使混凝土获得必要的强度,以控制混凝土的内外温差小于20℃
⑸混凝土表层布设抗裂钢筋网片,防止混凝土收缩时产生干裂
4.结论 大体积混凝土结构的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能,若不能很好的了解大体积混凝土结构开裂的原因以及掌握应对此类问题所采取的相应施工措施,那么实际生产当中就很难保证施工质量
由于自身实践知识相对缺乏,以上见解仍有很大一部分停留在理论层面,对于如何采取更好的方法来降低混凝土的水化热、如何控制掺和料的用量、是否可以再降低混凝土原材料的温度等等问题仍待探讨
以上是我对大体积混凝土施工技术的一些拙见,希望能对工程建设起到一些积极的作用,使得在大体积混凝土浇筑中出现的开裂问题能够进一步的解决