試論鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用

  1 多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系

        多高層住宅建筑的鋼結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)體系、混凝土結(jié)構(gòu)體系有很大的不同，它主要由承重鋼結(jié)構(gòu)體系、樓面結(jié)構(gòu)體系和圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系等組成。引自《建筑中文網(wǎng)》

        1.1 承重鋼結(jié)構(gòu)體系

        1.1.1 體系的分類

        （1）鋼框架結(jié)構(gòu)體系。其特點(diǎn)是受力明確，平面布置靈活，為建筑提供較大的室內(nèi)空間，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻，具有較大的延性，自振周期較長(zhǎng)，因而對(duì)地震作用不敏感，抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，施工速度快.但框架結(jié)構(gòu)屬典型的柔性結(jié)構(gòu)體系，其側(cè)向剛度差，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。

        （2）鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系。為了提高鋼框架的側(cè)向剛度，有效地抵抗水平荷載，減少層間位移，通常在墻體平面內(nèi)布置由角鋼或槽鋼構(gòu)成的垂直支撐體系，當(dāng)房屋較高時(shí)，較純框架經(jīng)濟(jì)。支撐設(shè)置的位置要合適，為了與建筑設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，一般布置在窗臺(tái)下至下層窗頂之間，既隱蔽又能滿足支撐體系的需求。考慮到門窗的布置，可采用 W 形、X 形、K 形、人字形和門式等形式。支撐與框架鉸接，按拉桿或壓桿設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)建筑物高度及水平力作用情況調(diào)整支撐的數(shù)量、形式和剛度。為了有效地提高鋼框架的側(cè)向剛度，支撐應(yīng)沿建筑物同一平面四周環(huán)向封閉布置，以形成一個(gè)封閉的加強(qiáng)箍。偏心支撐在地震作用下具有較好的延性和耗能性能，可在強(qiáng)震區(qū)采用。

        （3）交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系。由房屋外側(cè)的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯(cuò)布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由于兩開間布置一榀桁架，且中間無(wú)柱子，所以非常適合要求各單元靈活布置的住宅、旅館建筑[2]。同時(shí)，因?yàn)殍旒芨魧硬贾茫瑴p小了桁架弦桿引起的局部彎矩，使柱在框架平面內(nèi)的彎矩很小，主要受軸力，有利于減小柱的斷面尺寸，框架的橫向剛度大，側(cè)向位移小。

        1.1.2 適用范圍

        （1）3 層及以下的低層住宅：①輕型鋼框架結(jié)構(gòu)體系；②冷彎薄壁型鋼密排柱（輕鋼龍骨，C 形或 Z 形檁條）結(jié)構(gòu)體系。

        （2）4～6 層多層住宅：①鋼框架結(jié)構(gòu)體系；②鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系；③鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

        （3）7～12 層中高層住宅：①鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系；②鋼框架-混凝土核芯筒結(jié)構(gòu)體系。

        （4）13～30 層高層住宅：①鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系；②鋼框架-抗剪桁架結(jié)構(gòu)體系；③鋼框架-混凝土核芯筒結(jié)構(gòu)體系；④鋼框架-帶豎縫預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系；⑤鋼框架-抗剪鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

        1.1.3 設(shè)計(jì)原則

        承重鋼結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜遵循強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的一般設(shè)計(jì)原則，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，若較難滿足強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)公式，則滿足軸壓比要求也可。框架主梁的材料一般可選用熱軋或高頻焊接 H 型鋼，次梁可以有多種作法。框架柱子的材料一般可選用熱軋或焊接工字鋼、H 型鋼、方（箱形）鋼管、圓鋼管或冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼。為了節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，框架柱也可采用在空鋼管內(nèi)澆筑高強(qiáng)素混凝土而形成的鋼管混凝土框架柱。由于鋼管混凝土柱結(jié)合了鋼柱與混凝土柱的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的受力性能、抗震性能和耐火性能。其單柱的軸向承載力大幅提高，使鋼柱截面尺寸大幅減小。與 H 型鋼柱相比，用鋼量可節(jié)省約 50％，造價(jià)約降低 45%[4]。

        1.1.4 連接形式

        框架橫梁與柱在強(qiáng)軸方向適于采用剛性連接；而在弱軸方向宜結(jié)合支撐布置采用鋼管柱設(shè)計(jì)方案。鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)連接的構(gòu)造形式為：①螺栓連接；②焊接連接；③栓、焊混合連接。焊接節(jié)點(diǎn)的連接剛度大，混合節(jié)點(diǎn)次之，螺栓節(jié)點(diǎn)的連接剛度較小，但螺栓連接的安裝施工速度最快，且在現(xiàn)場(chǎng)拼接和安裝時(shí)，施工質(zhì)量容易保證。主梁與次梁之間一般也采用鉸接，在連接構(gòu)造上以焊接和高強(qiáng)度螺栓連接為主，也可采用栓、焊混合的連接方式：梁腹板用高強(qiáng)度螺栓連接，翼緣用焊接，可先用螺栓安裝定位，再對(duì)翼緣施焊。

        1.2 樓面結(jié)構(gòu)體系

        樓面結(jié)構(gòu)由鋼梁和樓面板組合而成。樓蓋除了將豎向荷載直接分配給墻、柱外，更主要的作用是參與并保證和抗側(cè)結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同作用。因此，必須保證樓蓋有足夠的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)盡量采用技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重，并提高施工速度。作為民用住宅的樓面結(jié)構(gòu)，樓板還應(yīng)具有較好的隔熱、隔聲、保溫、防水和防火性能。為了保證鋼梁的整體穩(wěn)定性，樓面主、次梁應(yīng)采取緊湊型構(gòu)造措施。目前主要采用的樓板形式如下：

        （1）壓型鋼板-現(xiàn)澆混凝土組合樓板。整體分析時(shí)要考慮組合樓板的各向異性對(duì)框架梁的影響：①根據(jù)樓板設(shè)置情況確定是連續(xù)板或簡(jiǎn)支板、傳力路徑是單向還是雙向；②組合鋼梁是按強(qiáng)邊還是弱邊組合造成的剛度差異；

        （2）預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓板。即鋼梁與預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土薄板連接，上澆混凝土薄板以組成疊合樓板。由于這種樓板不僅具有現(xiàn)澆組合樓蓋的整體性，還可以省去壓型鋼板，也無(wú)需支模，施工方便，可降低樓板造價(jià)，應(yīng)為首選。

        1.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

        內(nèi)外墻的造價(jià)約占鋼結(jié)構(gòu)住宅總造價(jià)的 30%，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)影響很大，同時(shí)，為減輕結(jié)構(gòu)自重，滿足建筑節(jié)能要求，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)，其圍護(hù)墻體要滿足自重輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱性好、安裝可靠、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)合理的要求，故應(yīng)采用輕質(zhì)材料。如外墻可采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板（ALC板）、SRC 復(fù)合保溫墻板、鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板、植物纖維強(qiáng)化空心墻板、玻璃纖維加強(qiáng)水泥墻板等工廠預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)化輕質(zhì)墻板和玻璃幕墻等。內(nèi)墻可采用輕鋼龍骨石膏板、加氣混凝土輕質(zhì)墻板、ALC 輕質(zhì)砌塊、輕質(zhì)改性石膏砌塊、夾層復(fù)合板、稻草板等。ALC 板自重輕，抗震性好，安裝方便，施工速度快，具有良好的保溫隔熱性、防水性和防火性，非常適合與鋼結(jié)構(gòu)配套使用，使用 250mm 以上厚度的 ALC 板作為外墻，可達(dá)到節(jié)能 50%的要求，是理想的節(jié)能型墻體材料。鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板或夾層復(fù)合板具有質(zhì)輕、墻薄、高效施工等特點(diǎn)和較好的抗震、隔音等性能，可分別用于各種結(jié)構(gòu)的外墻或框架結(jié)構(gòu)的非承重墻。稻草板除了具有質(zhì)輕、墻薄、高效施工等特點(diǎn)外，還具有抗震、透氣性和人居親和性好等特點(diǎn)，適用于多層建筑非承重的內(nèi)隔墻。屋蓋系統(tǒng)盡量采用有檁體系，屋面材料可與樓面相同，也可采用彩色壓型鋼板防水屋蓋，該屋蓋系統(tǒng)既具備了良好的防水防腐效果，又起到了屋面的隔熱保溫作用，豐富了建筑物的外部造型。如潔面彩色涂層壓型鋼板屋面系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)：①屋面無(wú)明釘，防水性能極佳，可做成大小頭，適應(yīng)屋面的復(fù)雜變化，且可自由伸縮；②板肋較低，采用卷邊方式固定；③慣性矩小，易做成三維曲面板，屈服強(qiáng)度為 300MPa；④造價(jià)適中；⑤適用板材：鋼板、鋁板、銅板、鈦鋅板等，其中尤以鋼板的造價(jià)最經(jīng)濟(jì)。彩涂板本身具有良好的防水性，不會(huì)漏水，產(chǎn)生漏水的主因是壓型鋼板、夾芯板板縫處理不好。

        2 鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)和綜合效益

        （1）結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性好，工程造價(jià)低。鋼材的抗拉、抗剪強(qiáng)度相對(duì)較高。鋼結(jié)構(gòu)住宅可以充分發(fā)揮鋼材自重輕、強(qiáng)度高、延性好、塑性變形能力強(qiáng)、抗震性能好的特點(diǎn)，不僅所受的重力和地震作用小，從而減小梁、柱截面尺寸，節(jié)約鋼材，而且還可以降低造價(jià)和運(yùn)輸安裝費(fèi)用。

        （2）外部造型美觀，空間布局靈活，建筑功能增強(qiáng)。由于鋼材輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，便于形成大柱距、大開間的建筑空間，靈活地分隔和布置室內(nèi)的分區(qū)，更好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的使用功能要求，與磚混結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)相比，其有效使用面積可提高 10～15％。建筑造型可豐富多彩，也可簡(jiǎn)潔明快。

        （3）易于改造，管線布置方便。鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分割、接高、加固等較為靈活。鋼梁的腹板允許穿越小于一定直徑的管線，加之結(jié)構(gòu)空間的孔洞與空腔，使管線布置、更換、修理方便。

        （4）符合節(jié)能環(huán)保要求。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑所用材料主要是環(huán)保型綠色可回收或易降解的材料，在建筑物需拆除時(shí)，鋼材可全部回收利用，大大減少了建筑垃圾，對(duì)周圍- 引自《建筑中文網(wǎng)》.

      綜上所述，住宅建筑的鋼結(jié)構(gòu)體系不僅具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性好而降低基礎(chǔ)造價(jià)、抗震費(fèi)用和運(yùn)輸安裝費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有構(gòu)件安裝便捷、施工周期縮短、加快資金周轉(zhuǎn)、提高投資效益，建筑布局靈活合理，增加有效使用面積，提高建筑使用功能，質(zhì)量易保證、商品化程度高等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合優(yōu)勢(shì)。