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钢结构住宅的技术体系及发展趋势(一)

2021-08-18 15:07:39 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读

改革开放以来,钢结构建筑推广步伐加快,尤其在公共建筑领域的应用“风生水起”。除了厂房、多层房屋领域,还扩展至超高层建筑、大跨度会展中心、体育场馆、大型交通建筑等,目前在建和已建成的 200m 以上钢结构超高层已达千余座,钢结构正向着更高、更广、更轻的方向发展。

钢结构住宅发展稍显缓慢,我国最早的钢结构住宅是 1994 年建于上海北蔡的 8 层钢结构住宅,其后 20 余年内建成的钢结构住宅数量与钢结构公建的数量相差甚远,目前占比不足 5%。

近年来,在我国北京、杭州、合肥、湛江、蚌埠、济宁、淄博、沧州、包头等地开展了钢结构住宅的设计研究和工程实践工作,相继建成一批多高层钢结构住宅的试点工程,如杭州钱江世纪城、北京成寿寺安置房、沧州福康家园等,这些试点工程发挥了很好的示范作用。

《钢结构住宅主要构件尺寸指南》已于2020年8月20日正式发布。根据《住房和城乡建设部标准定额司关于开展〈钢结构住宅评价标准〉编制工作的函》(建司局函标〔2020〕77号)的要求,《钢结构住宅评价标准》编制组成立暨第一次工作会议于2020年7月8日举行。

2020年12月21日召开的全国住房和城乡建设工作会议提出,加快发展“中国建造”,推动建筑产业转型升级。加快推动智能建造与新型建筑工业化协同发展,建设建筑产业互联网平台;完善装配式建筑标准体系,大力推广钢结构建筑。

一、钢结构住宅的技术体系分析

(一)结构系统

1.竖向及抗侧力体系
装配式钢结构住宅应采用大开间、户内空间灵活可变的结构布置形式,根据建筑功能、建筑物高度以及抗震设防烈度等条件选择下列结构体系(GB/T 51232):
(1)钢框架结构(适用于建筑高度30m以下的建筑)
(2)钢框架-支撑结构(支撑包括中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑)
(3)钢框架-剪力墙(或延性墙板)结构(剪力墙可以采用预制或现浇钢筋混凝土剪力墙,延性墙板包括钢板剪力墙、钢板组合剪力墙、钢框架内填竖缝混凝土剪力墙等)
(4)交错桁架结构
(5)低层冷弯薄壁型钢结构(适用于不大于3层且檐口高度不大于12m的建筑)

2.楼板体系

钢结构住宅的楼板和屋面板一般采用装配化程度较高的免支模的楼盖和屋盖体系,包括钢筋桁架楼承板、预制叠合楼板及预应力叠合楼板(PK板)等。钢筋桁架楼承板具有安装方便、质量轻、运输成本低等优点,底模可采用金属薄板,也可采用非金属材料。如果房间做吊顶时,底模不用拆除;住宅中不做吊顶的区域采用可拆底模的钢筋桁架楼承板。预制混凝土叠合楼板具有底面平整、跨度大等优点,根据四周板支承条件设计为单向板或双向板,板缝做密缝拼接和宽缝拼接连接。

(二)外围护系统
外围护系统包括外墙系统和屋面系统。外墙系统宜采用轻质材料,并宜采用干式工法。外墙系统的材料种类多种多样,施工工艺和节点构造也不尽相同。

1.外墙板的主要类型
按照外围护系统构造情况,可主要分为以下四种:
(1)预制混凝土外挂墙板(简称大板)    
包括预制混凝土外墙板、预制混凝土夹心保温外墙板等。
(2)轻质条板    
包括蒸压加气混凝土板(ALC)、轻集料混凝土板、复合夹心条板等。
(3)钢木骨架组合外墙板    
包括金属骨架组合外墙板、木骨架组合外墙板等。
(4)建筑幕墙    
包括玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、人造板幕墙等。

2.外墙板的性能要求

外墙板的性能要求主要包括安全性、功能性和耐久性等。
(1)安全性要求(须关注可靠连接和防裂)
安全性能要求是指关系到人身安全的关键性能指标,对于钢结构住宅外围护体系而言,应符合基本的承载力要求以及防火要求,具体可以分为抗风压性能、抗震性能、耐撞击性能以及防火性能四个方面。外墙板应采用弹性方法确定承载力与变形,并明确荷载及作用效应组合;在荷载及作用的标准组合作用下,外墙板不能因主体结构的弹性层间位移而发生塑性变形、开裂及脱落;当主体结构层间位移角达到大震时,外墙板不应发生掉落。耐撞击性能应根据外围护系统的构成确定。对于幕墙体系,可参照现行国家标准《建筑幕墙》GB/T 21086中的相关规定,撞击能量最高为900J,降落高度最高为2m,试验次数不小于10次,同时试件的跨度及边界条件必须与实际工程相符。除幕墙体系外的外围护系统,应提高耐撞击的性能要求。外围护系统的室内外两侧装饰面,尤其是类似薄抹灰做法的外墙保温饰面层,还应明确抗冲击性能要求。

(2)功能性要求(须关注防水和节能)
功能性要求是指作为外围护体系应该满足居住使用功能的基本要求。具体包括水密性能、气密性能、隔声性能、热工性能四个方面。水密性能包括基层板的不透水性以及接缝处的止水、排水性能,具体措施是构造防水+材料防水(企口、高低缝、排水孔、专用胶)。气密性能要求装饰板接缝少,接缝处采用气密材料封堵。隔声性能应符合现行国家标准《民用建筑隔声设计规范》GB 50118的相关规定,要求基层板密度大、少孔隙。热工性能应符合国家现行标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26的相关规定。轻质混凝土条板均具有良好的保温性能,具体措施是条板+保温层(岩棉、EPS、石墨EPS等)。

(3)耐久性要求
耐久性要求直接影响到外围护系统使用寿命和维护保养时限。不同的材料对耐久性的性能指标要求也不尽相同。经耐久性试验后,还需对相关力学性能进行复测,以保证使用的稳定性。对于以水泥基类板材作为基层板的外墙板,应符合现行行业标准《外墙用非承重纤维增强水泥板》JG/T 396的相关规定,满足抗冻性、耐热雨性能、耐热水性能以及耐干湿性能的要求。