房屋建筑中鋼結構的應用

鋼結構在房屋建筑中的應用主要內容一、鋼結構建筑的性能

（技術、經濟分析，為建筑方案選型提供參考）二、鋼結構住宅建筑技術（新技術介紹）一、鋼結構建筑的性能1、優(yōu)點：1)、抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土結構;2)、自重輕（60%），能降低基礎工程造價；3）、可增加使用面積3~5%；4）、施工周期短，可快于鋼筋混凝土的50%；5）、是環(huán)保型建筑可再生利用。2、缺點：1）、耐火性差2）、耐久性差3、造價：高層建筑采用鋼結構的原因①超高層建筑對抗震、抗風、自重輕等結構性能的要求；②施工速度快；③建筑功能與外形的要求；④體現(xiàn)建設項目的規(guī)格和擋次；⑤綜合經濟效益。鋼結構建筑所具備的現(xiàn)有條件1、技術標準:58本其中:1）、材料標準31本（材質5；型材10、板材13、管材1；涂料2）

2）、設計標準26本（通用3；專用3、高聳3、空間3；輕鋼6；組合5；連結2；加固1）

3）、施工標準1本2、鋼產量:2億噸/年（用于建筑型材、板材1~2%）3、場地、人材：具備國產化能力三種結構體系的經濟性比較

(高層、超高層)重量比工期柱(墻)占面積用鋼量鋼結構1111鋼—混組合結構1.71.51.20.75混凝土2.01.5—2.02.0—3.00鋼框架結構用鋼量表(kg/m2)設防烈度6層12層18層6、7度4045508度4550551、高層和超高層建筑用鋼量：120~160kg/m22、防火費用：80~120元/m2綜合造價分析1、用鋼量2、防火涂裝上部結構所占總造價約25%工期短、有可能省基礎(根據(jù)國外統(tǒng)計資料:總造價降低7~10%)(1.5~2.0倍)增、減、持平等各種情況都有造價對比舉例(?鋼結構?2004.1):20--23層“鋼框架-砼筒”鋼筋混凝土結構結構893(地下153,地上740)749(地下215,地上530)增面積659m2(柱截面:0.552;12)-50(按2倍結構造價計效)0工期利息(-115天;0天)-540工期租金-910綜合造價698749(元/m2)三種結構體系的技術性比較

(高層、超高層)1、地震反應

（0.10~0.15）n，鋼結構T1=（0.05~0.15）n，混凝土地震作用力：FEK=α1Geq場地特征周期Tg=0.3~0.52、位移限值值3、高度限值值（m)鋼筋混凝土框剪結構綱—混組合結構1/800（h≤150m);1/500(150m<h≤250m)鋼結構1/300非抗震6度7度8度框--剪140130120100框架—核芯筒體160150130100鋼結構（框支）260220220200（經濟性：位位移剛剛度柱柱截面面大小材材料和占面積積）（政策性）組合構件介紹紹一、鋼管混凝土柱柱就是在鋼管中中充填素混凝凝土制成的建建筑構件。它它具有承載力力高、抗震性性能好、節(jié)約約鋼材和施工工簡捷等突突出優(yōu)點，因因而在高層和和超高層建筑筑中得到了日日益廣泛的應應用。其推廣廣與發(fā)展的速速度十分迅猛猛，并將成為為二十一世紀紀高層和超高高層建筑群最最為實用的結結構形式。圓形鋼管、、矩形鋼管管圓的有規(guī)程，，方的還沒有有（正在編制制中）圓鋼管混凝土柱柱承載力比較（（kN）實驗和理論分析析證明：圓鋼管混凝土柱柱在軸向壓力作作用下，鋼管的的軸向和徑向受受壓而環(huán)向受拉拉，混凝土則三三向皆受壓，鋼鋼管和混凝土皆皆處于三向應力力狀態(tài)。三向受壓的混凝凝土，不但其抗抗壓強度大幅度度提高。而且，，極限狀態(tài)下混混凝土的材性發(fā)發(fā)生了質的變化化，由原來的脆脆性向塑性轉化。同時，由于混混凝土對鋼管的的支撐作用，提提高了鋼管的穩(wěn)穩(wěn)定性。收到1+1>2的的效果。工程實踐我國的鋼管混凝凝土工程應用已已進入成熟階段段，已將其拓展展為城市拱橋和和高層、超高層層建筑的兩大工工程應用領域。。近10年來，，我國達百米和和超過百米的鋼鋼管砼結構的高高層建筑已有20多座。其中中最高的是深圳圳72層的的“**廣場大大廈”，結構高高度291.6米，堪稱稱世界之最。鋼管混凝土柱承承載力計算1、短柱承壓力力：狀態(tài)：“能看到到柱體開始變粗粗，但鼓而不曲曲”2、普通柱：（考慮長度和彎彎矩的影響）3、設計：另外,梁采用用H型鋼較方便便待研究:1）彎彎、剪、扭及復復合應力如何計計算。2）疊加法不合合理。不控制軸壓比疊加法圓鋼管混凝土統(tǒng)統(tǒng)一理論簡介含義：把鋼管混凝土視視為統(tǒng)一的一種種組合材料,用用整體特性指標標來計算構件的的承載力,不再再區(qū)分鋼管和混混凝土。方法：通過試驗和理論論分析，重新建建立鋼管混凝土土組合材料的力力學本構關系（（包括簡單應力力狀態(tài)和復雜應應力狀態(tài)），確確定材料的承載載力和彈性模量量等力學指標，，為設計提供依依據(jù)。結果：鐘善桐著《高層層鋼管混凝土結結構》，現(xiàn)未用用在工程實際中中。鋼管砼柱耐火極極限試驗檢驗單位：國家家固定滅火系統(tǒng)統(tǒng)和耐火構件質質量監(jiān)督檢驗中中心檢驗報告編號：：No.2000-1819檢驗結論：鋼管管砼柱（鋼管325*6、砼砼60）經按GB/T9978-1999《建筑構件耐耐火試驗方法》》進行180min耐火試驗驗，未失去穩(wěn)定定性，其耐火極限大于3小時（《高規(guī)》規(guī)定定柱為3小時））。實用能減少2/3的防火涂料料施工照矩形鋼管混凝土土柱與圓鋼管混凝土土柱相比：1）在與梁連接接時能較好地滿滿足建筑上的需需要。因此，有有混用的（中間間用圓的，周邊邊用方的）。2）受力性能沒沒圓的好（對混混凝土的約束力力差），承載力力低于圓鋼管混混凝土柱：軸心受壓：剛度疊加：（線性疊加）型鋼筋混凝土結結構體系混凝土內配制型鋼和鋼筋的結構柱：梁：型鋼筋混凝土結結構特點1、結構性能基基本屬于鋼筋混混凝土結構。建建筑高度和側移移限值遵照《高高規(guī)》。2、剛度仍按疊疊加法:3、承載力也按按疊加法:型鋼筋混凝土結結構特點4、與鋼筋混凝凝土結構相比：：承載力大、延性性好、剛度大。。鋼筋混凝土的高高層和超高層建建筑底層柱基本本都采用，但穿穿鋼筋麻煩。5、與鋼結構相相比：免防火、不失穩(wěn)穩(wěn)、省鋼材。但施工量大而繁繁、屬混凝土特特性而限值較嚴嚴。一般采用型型鋼筋混凝土柱柱，而梁用H型型鋼結構。鋼-混凝土組合合結構體系1、鋼框架—鋼鋼筋混凝土核心心筒2、型鋼混凝土土框架—鋼筋混混凝土核心筒高度限值(m):存在的問題：兩兩種材料組合的的雙重體系系數(shù)數(shù)小于單一材料料的雙重體系系系數(shù)，即抗震性性能減低了。如如：Rc=4.5,Rs=8.5,而Rsc=4.2非抗震6度7度8度9度121020016012070224022019015070雙重體系如何克服鋼結構構的缺點一、鋼結構防腐腐濕度腐蝕：大氣相對濕度及及侵蝕介質（如如二氧化硫等））的含量是影響鋼材腐蝕蝕的主要因素。。根據(jù)這些影響響因素的程度不同，無無保護鋼材的年腐蝕速度如表(mm/n)鋼種成都廣州武漢青島鞍山北京包頭相對濕度83％78％78％70％65％59％53％Q2350.13750.13750.0710.0750.0780.05850.0335Q3450.1290.1250.07050.0700.0680.043—注：①美國試驗介紹紹，裸露鋼材在在大氣中的銹蝕蝕速度為0.032～0.06mm/n；；②日本試驗表明明，沿海和重工工業(yè)區(qū)的銹蝕速速度為0.06～0.12mm/n；一般工業(yè)區(qū)為0.03mm/n，而在田田園山區(qū)僅為0.009mm/n。在建筑室內正常常環(huán)境中，不存存在高濕度度的或高含量的的侵蝕性氣體，，因此，室內的的鋼結構僅做一一般性防腐即可可，無需維修。。美國紐約帝國大大廈102層高高384米，于于1931年建建成至今仍正常常使用，也未曾曾見報導這座鋼鋼結構每隔幾年年就要大修一次次。長效防腐1、主動的涂層層：防銹底漆，，由一層或二層層構成；2、被動的涂層層：防腐面漆。。再加上防火涂裝裝層，室內鋼結結構的防腐能起起到長效作用。。在地基基礎部分分，把鋼柱腳埋埋入混凝土中也也是一種被動的的保護形式之一一。另外，從設計上上防腐，在鋼結結構詳圖設計時時，應優(yōu)先采用用表面平坦光滑滑的簡單形狀，，便于防腐涂裝裝的施工，也避避免潮氣易于集集中的凹坑。對對空心管材應設設有封頭板，而而內部不要求防防腐。各因素對涂層質質量的影向因素影響程度(%)表面處理（除銹）49.5涂層厚（涂裝道數(shù)）19.5涂料品種4.9施工質量26.5除銹方法和除銹銹等級除銹方法除銹等級質量標準噴砂或拋丸除銹Sa1輕度除銹只除去疏松軋制氧化皮、銹和附著物，無油脂或污垢Sa2徹底除銹軋制氧化皮、銹和附著物幾乎都被除去，至少有2/3面積無任何可見殘留物，無油脂和污垢Sa2.5非常徹底除銹軋制氧化皮、銹和附著物殘留在鋼材表面的痕跡已是點狀或條狀的輕微污痕，至少有90％面積無任何可見殘留物，無油脂或污垢。Sa3除銹出白無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和附著物，表面顯示出均勻的金屬光澤。手工工具或手工機械除銹St2徹底除銹同Sa2St3非常徹底除銹同Sa2.5

合理的正確的確確定除銹等級達到Sa3級的的除銹質量，只只能在相對濕度度不大于55％％的條件下才能能實現(xiàn)。瑞典除銹標準說說明書指出：鋼鋼材除銹質量達達到Sa3級時時，表面清潔度度為100％，，達到Sa2.5級則為95％。按工時消耗計算算，若以Sa2級為100％％，Sa2.5級則為130%和Sa3級級為200％。。因此不能盲目要要求過高的標準準，而要根據(jù)需需要來確定除銹銹等級。我國規(guī)范規(guī)定將將噴射除銹作為為首選的除銹方方法，而手工和和動力工具除銹銹僅作為噴射除除銹的補充手段段底漆要求最低的的除銹等級涂料種類除銹等級油脂酚醛、醇酸類St2高氯化聚乙烯、氯化橡膠、氯磺化聚乙烯、環(huán)氧樹脂、聚氨脂Sa2無機富鋅、有機硅、過氯乙烯Sa2.5涂料選用1、底漆應選用用防銹性能好、、滲透性強的品品種，且適用于于除銹質量較低低的涂裝工程2、選用面漆時時要注意與底漆漆的配套性。防防止發(fā)生互溶或或咬底現(xiàn)象，如如油性紅丹漆不不能與過氯乙烯烯漆作為面漆。。3、要注意面漆漆的硬度應與底底漆基本一致或或略低些，否則則會引起面漆的的早期裂開。涂層厚度設計上一般規(guī)定定兩遍底漆、兩兩遍面漆，干膜膜總厚度應為100～150μm。涂層厚厚度應適當，過過厚雖然可以增增加防護能力，，但附著力和機機械性能有所降降低，且費用過過高；過薄易產產生肉眼看不見見的針孔和其他他缺陷，起不到到隔離環(huán)境的作作用。涂層厚度度用磁性測厚儀儀測定。有防火要求的鋼鋼結構，鋼結構構表面可僅涂兩兩遍防銹底漆，，干膜總厚度應應在75～100μm，然后后在其表面涂裝裝防火涂料，起起防火作用，也也可保護底漆。。禁止漆裝部位1、地腳螺栓和和底板、高強螺螺栓摩擦接觸面面、埋入混凝土土的部位。2、現(xiàn)場焊接部部位3、兩側100mm且要滿足足超聲波探傷要要求的范圍。二、鋼結構的防防火

鋼材混凝土強度開始下降300°C300°C強度下降到50%500°C（剛度下降50%）600°C（鋼筋熱脹混凝土剝落）強度下降到30%600°C（剛度下降20%）700°C鋼、混凝土結構構耐火性能比較較建筑構件的燃燒燒性能和耐火極極限構件名稱燃燒性能和耐火極限（h）一級二級墻防火墻不燃燒體，3.00不燃燒體，3.00承重墻、樓梯間墻、電梯井墻及單元之間的墻不燃燒體，2.00不燃燒體，2.00非承重墻、疏散走道兩側的隔墻不燃燒體，1.00不燃燒體，1.00房間的隔墻不燃燒體，0.75不燃燒體，0.50柱自樓頂算起（不包括樓頂?shù)乃涡∥荩?5m高度范圍內的柱不燃燒體，2.00不燃燒體，2.00自樓頂以下15m算起至樓頂以下55m高度范圍內的柱不燃燒體，2.50不燃燒體，2.00自樓頂以下55m算起在其以下高度范圍內的柱不燃燒體，3.00不燃燒體，2.50其它梁不燃燒體，2.00不燃燒體，1.50樓板、疏散樓梯及吊頂承重構件不燃燒體，1.50不燃燒體，1.00抗剪支撐、鋼板剪力墻不燃燒體，2.00不燃燒體，1.50吊頂（包括吊頂隔柵）不燃燒體，0.25難燃燒體，0.25有利因素：1）、鋼結構具具有一定的強度度儲備。2）、房間內有有多少可燃物、、究竟能產生多多少熱量以及達達到鋼構件300以上的溫度度能持續(xù)多長時時間的問題。。即火災荷載：火災荷載是由一一個給定空間內內所有可燃材料料的總量以及燃燃燒所釋放的熱熱量來計算，即即Q=GH式中，Q為每種種可燃材材料產生生的熱量量（Mcal））；G為為可燃材材料的重重量（kg）；；H為正正常溫度度下可燃燃材料發(fā)發(fā)熱量（（Mcal/kg）如果考慮慮了以上上的因素素，就能能緩和嚴嚴格的耐耐火要求求，采用用較少的的防護材材料從而而降低費費用?？傊磕壳鞍船F(xiàn)現(xiàn)行國家家防火規(guī)規(guī)范設計計的鋼結結構是完完全可以以滿足實實際防火火能力的的，多余余的擔心心是沒有有根據(jù)的的。美國“9.11”事件件是極其其偶然的的，人類類歷史上上也僅為為這一次次，各國國不會因因為“9.11”而修修改自己己的行業(yè)業(yè)技術政政策，多多高層鋼鋼結構也也沒有可可能遭受受這樣大大的火災災災害。。防火保護護材料1）防火火涂料：：鋼結構構防火涂涂料是專專門用于于噴涂鋼鋼構件表表面，能能形成耐耐火隔熱熱的保護護層，以以提高鋼鋼結構耐耐火極限限的一種種耐火材材料。按按其阻燃燃作用的的原理可可分為膨膨脹型和和非膨脹脹型兩種種。厚型涂料料防火涂料料耐火極極限耐火性能防火涂料類別有機薄涂型無機厚涂型涂層厚度（㎜）35.571520304050耐火極限（h）0.51.01.51.01.52.02.53.02）由厚厚板或薄薄板構成成的外包包層防火火：這種種防火板板材常用用的有石石膏板、、水泥蛭蛭石板，，硅酸鈣鈣板等。關于鋼結結構設計計1、選材材：優(yōu)先先選用Q235（低碳碳鋼）、、Q345（低低合金鋼鋼），它它們塑性性好、可可焊性好好。慎用用高強鋼鋼。材料強度度設計值值Q235:215,h≤16mm;f=205,h(16,40]mm;200,h(40,60]mm;Q345:310,h≤16mm;f=295,h(16,35]mm;265,h(35,50]mm;含碳量C≤0.2%（（可焊好好）1）Q345經經濟性好好2）一般般用B級級（>27、、３４J）焊接結構構不能用用A級（（碳不保））Q235有A，，B，C，D四四個等級級，（不，２２０，００，－２２０）℃Q３４５５有A、、B、C、D、、Ｅ五個個等級（不，２２０，００，－２２０，－－４０））℃3)板板厚≥40mm有Z向性要要求2、鋼結結構的焊焊接：手工焊（E43、E50型焊焊條）1）焊接接方法半半自動焊焊（氣體保護護、埋弧弧等）全自動焊焊2）設計計焊縫等等級的確確定（分一、、二、三三級）3）與母母材等強強焊接要要求（熔透、、焊條、、≥二級）二、鋼結結構住宅宅建筑技技術1、建筑筑體系1）住宅宅建筑性性能等級級2）住宅宅建筑節(jié)節(jié)能標準準2、結構構體系1）框架架2）框架架支撐3）“鋼鋼—混””組合3、設備備體系住宅性能能分級根據(jù)住宅宅的“適適用性能能”、““安全性性能”、、“耐久久性能””、“環(huán)環(huán)境性能能”和““經濟性性能”由由低至高高依次劃劃分為““1A(A)、、2A(AA)、3A(AAA)””三級。。3A級住住宅檔次次較高，，具有一一定的引引導性、、時代性性和超前前性，是是供給高高收入家家庭的功功能齊全全舒適度度高的商商品住宅宅。它同同時滿足足安全性性能、耐耐久性能能、環(huán)境境性能和和經濟性性能要求求。2A、1A級住住宅量大大面廣，，只滿足足適用性性、安全全性和耐耐久性，，其中2A級是是面向中中等收入入的家庭庭的舒適適性住宅宅，1A級是面面向低等等收入家家庭的經經濟適用用型住宅宅。A級平面要求AA級平面要求AAA級級平面要要求空間:層高>2.4m,面積率>72%和78%,以及樓電電梯間及及門廳寬寬度要求求;無障礙設設計:坡道,3A還有供輪輪椅的衛(wèi)衛(wèi)生間;管線:集中管井井,水平暗敷敷,分戶室外外計量;電氣:多組插頭頭,強弱電齊齊全;結構要有有可改性性,大空間;隔聲:分戶墻>40dB,分室墻>30dB,樓板>75(撞擊聲)和40(聲)db氣密：當量縫隙面面積<7.5cm2/m2保溫隔熱:K<Q(節(jié)能指標);采光通風:至少有一間日照,迎光面的窗地面積積比>1/7,有穿堂風無死角,櫥衛(wèi)通風合理;有節(jié)水、電、能源源設備和技術。建筑節(jié)能我國建筑節(jié)能“十十·五”計劃和2010年規(guī)劃規(guī)規(guī)定(三個階段)：從1986年起至至1995年新設設計的采暖居住建建筑耗能水平在1980～1981年當?shù)赝ㄓ迷O設計標準能耗水平平的基礎上節(jié)能30％，此為第一一階段建筑節(jié)能；；從1996年起到到2000年新設設計的采暖居住建建筑要在1995年底的基礎再節(jié)節(jié)能30％，即在在1980～1981年當?shù)赝ㄓ糜迷O計標準能耗水水平的基礎上節(jié)能能50％，此為第第二階段。其中““節(jié)能50％”的的算式如下：30％+（1-30％）×30％％＝50％其實際意義為：在在保證相同的“室室內熱環(huán)境指標””的前提下，與未未采取節(jié)能措施前前相比，采暖空調調能耗應節(jié)約50％。而“室內熱熱環(huán)境指標”是：：冬季采暖臥室、、起居室內設計溫溫度為16～180C，換氣次數(shù)數(shù)為1次/小時；；夏季空調臥室、、起居室內設計溫溫度為26～280C，換氣次數(shù)數(shù)為1次/小時；；從2005年起新新建采暖居住建筑筑應在第二階段的的基礎上再節(jié)能30％為第三階段段。設計規(guī)范所遵從的規(guī)范和標標準有《民用建筑熱工設設計規(guī)范》、《民民用建筑節(jié)能設計計標準》，該標準86年版版節(jié)能為30％，，95年版節(jié)能為為50％。另外，，我國中部地區(qū)即即長江流域的17個省市自治區(qū)及及直轄市，夏季悶悶熱冬季濕冷，針針對該地區(qū)建筑節(jié)節(jié)能，我國已頒布布了《夏熱冬冷地區(qū)居住住建筑節(jié)能設計標標準》。這些都是鋼結構構住宅節(jié)能設計的的依據(jù)。措施具體設計時應從方方案上遵從以下幾幾條原則，50％％的節(jié)能目標是能能夠達到的。1、平面布置有利利于自然通風。因因此條式建筑要比比點式建筑好。2、建筑物朝向宜宜采用南北和接近近南北向。3．建筑物體形系系數(shù)（即建筑物室室外大氣接觸的外外表面與其包圍的的體積之比）條形形建筑不應超過0.35，不宜超超過0.3；點式式建筑應超過0.4。這就要求住住宅平面設計時盡盡量減少凹凸部分分。4、窗的面積不應應過大，不同朝向向有不同的窗墻比比要求。最小熱阻阻的維護結構窗墻墻比上限值為：北向為0.20，，東西向為0.25(單層窗)或或0.30（雙層層窗），南向為0.35。5、多層住宅外窗窗宜采用平開，宜宜設置活動外遮陽陽。6、多層住宅的外外窗及陽臺門的氣氣密性不應低于ⅢⅢ級，高層不應低低于Ⅱ級。7、維護結構各部部分的傳熱系數(shù)K和熱惰性指數(shù)D應應符合地區(qū)節(jié)能指指標.

嚴寒及寒冷地區(qū)夏熱冬冷地區(qū)夏熱冬暖地區(qū)外墻K≤QK≤1.5,D≮3.2K≤2.2,D≮3.2屋頂K≤1.1,D≮3.2K≤1.5,D≮3.2門窗K≤4.5K≤4.5注：其中Q為嚴寒寒及寒冷地區(qū)各節(jié)節(jié)能指標，見《民用建筑節(jié)能能設計標準》）8、鋼結構的熱橋橋要阻隔。主要措措施有：對建筑周周邊的梁柱要包敷敷不要外露。2、維護結構的熱阻：：R0=Ri+R+Re>R0min其中，R=δ/λ，Ri和Re為內外面換熱阻阻R0min與地區(qū)有關的定值值。鋼結構熱橋計算:1、在夏季需做隔隔熱設計，要求外外墻的內表面最高高溫度θimax不應高于當?shù)叵募炯臼彝庥嬎銣囟茸钭罡咧祎emax（規(guī)范規(guī)定的值）），即θimax≤temax如果是砌塊填充墻墻，經計算：鋼柱柱進墻至少5Cm。如果是外掛墻板，，則不存在這些問問題。配套技術及產品1、樓面板：樓板板還是鋼筋混凝土土為好，預制的或或者現(xiàn)澆的鋼筋混混凝土樓板容易滿滿足防火性能要求求，造價也較經濟濟。注：在鋼梁上焊接接圓頭栓釘或短槽槽鋼等抗剪構件，，有利于鋼梁與樓樓板緊密結合共同同工作?，F(xiàn)澆支模的一種方式另外：1）有用用壓型鋼板----免支模、免配配筋2）預制疊合板（預埋件）安裝及現(xiàn)澆層混凝土抗拉強度試試驗單塊預制板模擬施施工荷載試驗雙向板極限荷載試試驗加載2、屋面在頂層現(xiàn)澆樓板上上再做：坡屋面種植屋頂傳統(tǒng)平屋頂保溫技技術（如有用聚聚苯板）3、樓梯：住宅的樓梯應是鋼鋼筋混凝土的為好好，既能防止噪音音，又能容易滿足足防火要求。4、維護結構----外墻一．輕質砌塊填填充墻體可選用的輕質砌塊塊有加氣混凝土砌砌塊、各種空心磚磚等。為防止墻體收縮裂裂縫，可布置鋼絲絲網(wǎng)格和纖維網(wǎng)絡絡于墻體表面，然然后抹灰，這些技技術是較