轻钢结构的发展现状

2024-11-06

轻钢结构的发展现状（精选10篇）

轻钢结构的发展现状篇1

一、轻钢结构住宅的绿色优势

目前建筑使用的钢材和水泥分别占全国总使用量的30%和25%。除此之外, 在环境总体污染中, 与建筑有关的空气污染、光污染、电磁污染等就占了34%, 建筑垃圾则占人类活动产生垃圾总量的40%。特别值得注意的是, 我国是一个人均资源奇缺的国家, 一边是资源短缺, 在工业化和城镇化快速发展中, 我国将面临巨大的资源制约瓶颈和环境恶化压力;一边是我国全社会总能耗的近一半被建筑“吞噬”掉, 并且制造了众多的建筑垃圾。由我国的国情决定, 住宅必须选择绿色建筑。

1. 利于环保。目前我国多层住宅结构体系主要为砌体结构及混凝土框架结构, 大量采用硅酸盐水泥材料, 在建筑解体后它将变成难以循环再利用的废弃物, 给环境造成极大的破坏, 目前许多发达国家均在研究如何降低水泥制品的用量。相比之下, 轻钢结构是十分有利于环境保护的住宅建筑体系。

2. 节能方面。轻钢结构节能效果好, 比砖混住宅节能60%以上。建筑服务期满拆除时, 钢结构材料可全部回收。若采用轻钢结构建设多层住宅, 按欧美标准, 住宅实际年耗油可以降低到6L/m2, 大约相当于标煤8.75kg/m2, 即可节约标煤17.5kg/m2。

3. 节地方面。 (1) 能有效利用土地资源, 增加住宅使用面积。由于轻钢结构住宅采用复合墙体, 截面积小于砌体结构和混凝土结构, 可增加有效使用面积约6%。 (2) 轻钢结构住宅采用复合墙体, 大量使用的实心粘土砖将减少。我国住宅平均竣工面积达4.59亿m2。80%为砖混结构, 若部分采用轻钢结构住宅, 每年节约土地数量将十分可观。

4. 节水方面。由于轻钢结构在施工中采用干作业, 除基础施工时用水, 施工现场几乎不用水。我国在住宅建设中, 耗水占城市用水的32%, 如果其中的一半能采用轻钢结构住宅, 为城市节约大量用水, 缓解城市用水的紧张局面。据估算, 建设轻钢结构住宅仅施工用水一项每年可节约水资源十几亿吨。

二、轻钢结构住宅的特点

1. 工业化程度高, 所有构件均实行工厂标准化生产, 质量稳定可靠, 有利于实现住宅建筑技术集成化、产业化, 并能降低成本。工厂制作, 现场拼装;噪音小、湿作业、粉尘与垃圾少, 受气候影响小, 符合环保建筑施工的要求;不使用粘土砖, 可拆卸和回收, 符合国家土地资源政策、环保政策和可持续发展战略。

2. 结构自重轻, 基础负担小, 可大幅减少基础造价, 尤其适用于地质条件较差的地区;结构地震反应小, 用于结构抗震措施的费用少, 适用于地震多发区;制作、运输、安装、围护方便, 降低人工和机械费用。

3. 施工周期短, 比传统住宅体系至少可以缩短工期1/3。从而可以加快资金周转, 大大提高投资效益。

4. 符合环保建筑可持续发展的社会价值趋向。钢结构住宅所用的材料主要是绿色、可回收材料, 在建筑物拆除时, 它的大部分材料可再利用, 是环保型建筑的典范。

5. 采用新型轻质围护材料, 不易助燃, 不易霉变, 不易虫蚀;装修可以一次到位, 管线可暗埋于墙体及楼层结构中;在保温、隔热、隔声等性能方面比传统结构住宅有非常明显的优势, 因此住宅的舒适性更好。

6. 由于钢结构的随意拼接能力, 可以设计出丰富多变的住宅建筑外形, 可以满足住户对不同建筑风格的要求。

7. 房屋构件的更换维修方便, 省时省力, 具有良好的综合经济效益。

三、轻钢结构住宅体系构造分类

钢结构住宅体系以经济型材构件 (包括冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、C型钢、焊接或无焊缝钢管及其组合构件) 作为住宅承重骨架, 以轻型墙体材料作为围护结构而成, 钢结构住宅体系按承重骨架的不同分为:轻型钢结构体系 (I型) 和钢框架体系 (II型) 2种。

1. I型用冷弯薄壁型钢作为承重外墙的结构骨架 (轻钢龙骨) 时,

截面多为C形;作为水平或屋架构件时, 断面多为U形, 钢肋一般为1-2mm厚的电镀冷弯薄壁型钢。

2. II型是用钢管或型钢作为住宅的承重结构, 按承重构件截面形式分有工字型钢、H型钢、U型钢、L型钢。此外, 还有钢骨混凝土截面、冷弯焊接方管或圆管截面、冷弯薄壁方 (圆) 钢管内灌混凝土截面等。工字钢抗拉能力强, 适合做梁;H形钢既抗拉又抗压, 做梁或柱均可;L型和U型钢可做圈梁;冷轧钢管适合做横向的承重构件。不同柱截面形式特点对比见下表。

四、轻钢结构住宅体系存在的主要问题

1. 防火问题。虽然钢材是不燃材料, 但其耐火性能却很差, 承载力和平衡稳定性会随温度的升高而大幅度下降。当温度在150℃以上时, 就必须采取遮挡措施;当温度达到400℃时, 钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半:当温度达到600℃时, 钢材基本丧失全部强度和刚度。因此轻钢结构住宅必须采取耐火保护措施后才可安全使用, 这样会使构造复杂, 增加造价。建议采用在轻型钢结构骨架上加防火石膏墙板以提高构件的耐火极限等适用可靠、有利环保的防火措施。

2. 锈蚀问题。钢构件的锈蚀速度与房屋所处的周围环境, 空气中温度、湿度等有关。根据国内外试验资料表明, 表面无防护的钢材在大气中锈蚀速度每年是不同的, 第一年锈蚀速度约为第五年的两倍。室外钢材的锈蚀速度约为室内锈蚀速度的四倍, 处于干燥环境的钢材, 几乎不会锈蚀。我国的寒地所处的环境多为干旱少雨环境, 空气湿度小, 特别是西北地区, 其防腐的优势更加明显, 也更有优越性。对于冷弯薄壁型钢多采用表面镀金属保护层的方法, 在我国北方要达到防腐的同样效果, 只需要南方金属镀层的一半即可。钢结构构件材料的镀锌量只要不低于150g/m2, (双面检) , 就能保证其达到70年的使用寿命。

3. 造价问题。目前, 对中低层民用建筑而言, 在目前施工和管理技术条件下, 轻钢结构住宅比钢混住宅造价要高, 开发商大多只看到眼前的利益, 注重短期效应;对可持续发展的认识不够, 全局意识不强。建议在这方面政府要加以引导、约束, 加大对轻钢结构住宅产业化的投资与宣传, 使轻钢结构住宅在中国得到普及, 成为大众住宅。

五、结论

1. 目前国家大力提倡发展节能省地型住宅, 发展符合可特续发展的绿色住宅, 发展符合产业化道路的住宅, 而轻钢结构住宅在以上几个方面无疑具有突出的优势, 因此, 发展轻钢结构住宅符合国家产业政策, 也更应该得到政策方面的扶持。

2. 随着科技进步和生产力的发展, 钢结构住宅体系作为一种绿色环保的新型建筑体系, 它的发展与完善对加快我国住宅产业化建设, 满足人们对居住品质日益提高的要求, 减少土地、森林等自然资源的消耗和保证建筑业的可持续发展, 都具有重要的意义。可以预测, 21世纪, 钢结构住宅在我国将被更广泛地应用, 发展前景广阔。

摘要：本文通过对轻钢结构住宅的绿色优势、特点等的论述, 指出了轻钢结构住宅体系存在的主要问题以及具有的广阔发展前景。

关键词：轻钢结构住宅,节能,绿色环保

多层轻钢框架结构房屋的设计篇2

【关键词】多层轻钢结构；框架体系；点设计/施工；组合楼盖；抗剪连接件

1 前言

随着国家可持续发展战略的实施，高能耗、破坏环境的建筑材料将逐步退出市场，取而代之的将是低耗、高效、环保的新型建材。钢材做为可再生利用和高效的材料，具有好多优点：自重轻、强度高、韧性好、抗震性能优越、工厂化程度高、施工速度快等等。这些都为在建筑领域大量推广钢结构提供了前提条件，过去只能在工业建筑中才广泛使用的钢结构，现在民用建筑中已经在大量采用，特别是近年来我国生产能力和生产品质的大幅提高，可以大量生产宽翼缘、中翼缘、窄翼缘等多种型号的H型钢和各种截面的冷弯薄壁型钢、压型钢板、夹芯板，并开发了成熟的设计施工技术，这些材料都为钢结构建筑迅猛发展奠定了基础。不过多层轻钢结构的研究还处于起步阶段，在设计和施工中还存在一些问题，有必要开展进一步的讨论和研究，以利多层轻钢结构在我国的健康发展。

2 多层轻钢框架结构的设计

由于框架结构体系可提供较大空间、门窗设置灵活、受力简洁易形成纵横框架，并且框架可与楼盖组合共同抵抗水平荷载作用，因而，在多层轻钢结构中得到广泛应用。

在框架结构体系中，框架梁及楼面次梁多采用组合工字钢梁，柱采用H型钢，楼面采用压型钢板------现浇混凝土组合楼板。框架梁柱内力分析时的计算简图和混凝土框架大体一致，只是节点有所不同，框架梁柱仍采用刚接节点，而柱基不宜采用固端嵌固而采用铰接节点，内力和变形计算中应考虑楼盖与钢梁的组合作用，以减少主梁的计算挠度和柱顶位移。

根据截面受力，按照现行的《钢结构设计规范》，合理设计框架梁柱、墙梁、檩条、屋面板、墙面板、屋面支撑、柱间支撑、楼面次梁和压型钢板组合楼盖等，框架柱间距宜在6-9米之间，应根据建筑设计合理布置柱网。采用空间有限元软件进行计算，保证结构在竖向荷载、风荷载和地震荷载作用下结构满足强度、刚度和稳定的要求。

楼层可采用主次梁体系及压型钢板组合楼盖。在组合楼盖中，楼板与钢梁间要设置抗剪连接件，以提高结构整体刚度和承载能力，抗剪连接件有抗剪栓钉、抗剪槽钢和抗剪弯筋等，但常用抗剪栓钉，栓钉的大小和配置数量应根据规程[2]计算确定，并要满足相应的构造要求；为保证钢板与混凝土结合面上能可靠传递梁内的纵向剪力，对无痕开口式压型钢板，根据计算设置剪力钢筋并要满足相应的构造要求。

3 设计中易出现的问题

设计中的问题

多层轻钢结构的应用还处在起步阶段，相关技术规范、规程还在完善之中，设计、构造和施工仍存在着有待解决的问题，如多层轻钢结构承重结构体系、施工和安装技术、新型维护结构体系、承重与维护结构的连接方法和相互作用等方面的设计问题都在研究之中，其中在设计杆件节点和组合楼盖方面的出现的问题较普遍。

3.1 柱支座的计算简图。对框架结构一般将柱支座设计为固端连接，实际工程中，现浇钢筋混凝土结构的柱很容易实现固端连接，但对于钢结构而言就不一定了。如果采用外漏式柱脚，由于施工中锚栓的安装的误差、二次浇注的混凝土质量不容易保证、钢材的腐蚀在所难免、基础不均匀沉降等都会使柱脚节点很难实现完全固接。

解决办法：设计时采用埋入式柱脚或外包式柱脚，这两种柱脚形式能够实现完全钢接使计算模型与实际完全吻合。

3.2 压型钢板与混凝土组合楼盖的设计。根據规程[2]要求，在组合楼盖中，当采用有痕、加劲肋或冲孔的压型钢板时，可以不设剪力连接钢筋，叠合面上的纵向剪力通过这些刻痕而传递。但是，在施工中由于钢板的不透水性和防腐层的存在，大大削弱了接触面的结合作用，而此处的混凝土由于局部的高水灰比导致强度下降，使混凝土与压型钢板的咬合力小于计算值。

解决办法：为了有效地避免上述情形的发生，建议不论何种情况均应设置剪力连接筋，剪力连接筋的设置满足计算和构造要求。

3.3 强连接设计。因为建筑物在地震力作用时，保证梁的破坏先与梁与柱连接的破坏，避免建筑物倒塌，所以要进行强连接设计，使梁、柱连接处的强度高于梁的强度，它是保证建筑物大震不倒塌的重要环节。而在很多钢结构框架的实际工程中往往忽略了这一设计内容。

解决办法：国内常用的办法是按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，即：

Mu > ηj*Mp

如果不满足此公式，需要用在两端上下翼缘处加盖板方式来加强连接根部。

日本的钢结构工程中常用的办法是在距两端的一个区域设计成狗骨式，即对此范围内的梁的上下翼缘进行削弱，满足狗骨部位的强度低于梁柱连接处的强度，保证结构在地震作用下狗骨部位的破坏先于梁柱连接处的破坏。

3.4 节点抗震承载力的设计。，节点的抗震设计是保证结构在受到地震作用的时候节点的破坏在结构梁、柱破坏之后，真正做到强节点。而在好多工程中，节点的抗震承载力设计是一个容易忽略的问题，使节点处不满足抗震承载力要求，即便有些工程验算了，也未对其进行处理。

解决办法：按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，并满足规范对节点处的构造要求；对于不满足计算公式的节点，采用补强处理。常用的节点补强处理有三种：1.在柱的节点范围内采用厚的钢板作为钢柱的腹板（适用于焊接型钢柱），钢板的厚度满足规范规定的构造要求；2.在节点处设加劲肋，通过加劲肋来加强钢柱的腹板；3.对钢柱在节点部位采用贴钢板的方法使钢柱腹板加厚，附加的钢板与钢柱腹板连接采用打孔塞焊（适用于热轧型钢柱）。

钢结构在我国已进入快速发展期，多层钢框架结构房屋将会广泛普及，新问题的不断出现，应注意研究、开发和经验总结，使建筑设计、结构设计、制作和安装技术在未来有较大的发展，使我国的轻钢结构技术赶上国外的先进水平。

以上是笔者对多层轻钢框架结构房屋的设计中对于设计同行容易忽略和需要注意的问题的一些总结，希望对大家能够有所帮助。

参考文献

[1]唐柏鉴、刘兴业,多层轻钢结构住宅设计

[2]钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 YB9238-92

[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

作者简介：

王长柏、男、吉林四平人、1981年生、大学本科学历、工程师。

轻钢结构的发展现状篇3

关键词：轻钢结构住宅,结构体系,住宅

我国在19世纪20年代以前,多层住宅的结构体系多为砖混结构,其承重墙体一般采用实心粘土砖,由于粘土砖的生产不仅能耗高、污染大,而且毁田严重,浪费耕地。为保护宝贵的土地资源,国务院办公厅要求,全国的直辖市、沿海城市、土地资源稀少地区的大中城市在2003年6月30日以前禁止使用实心粘土砖。如是大家面临一个问题:多层住宅结构采用什么材料来建造是最有前途?随着改革开放和现代化建设的飞速发展,我国的钢产量已跃居世界第一。钢的质量也有很大的提高,全面推广钢结构建筑与住宅的条件已经成熟,为此,国家建设部在修订我国“建筑业在推广应用10项新技术中”首次列入轻钢结构新技术,已把轻钢结构房屋作为一种绿色环保建筑列为全国重点推广应用项目,可以预计在不远的将来钢结构住宅在住宅产业化进程中将起到举足轻重的作用。

1 轻钢结构住宅体系的概念及特点

1.1 轻钢结构住宅体系的概念

轻钢结构住宅是以经济钢型材构件作为承重骨架,以轻型墙体材料作为围护结构所构成的居住类建筑。经济钢型材构件包括冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件;轻质墙体材料包括压型钢板及其组合板材、PC板、蒸压轻质加气混凝土板(ALC板)及稻草板等重量轻、保温防火隔热性能好、防水和耐久性能好的轻质材料。

1.2 轻钢结构住宅体系的特点

与传统的住宅结构相比,轻钢结构住宅有自身的优点和缺点,其优点主要有:1)建筑空间布置灵活,能很好地满足住户对建筑功能的要求。2)轻钢材料强度高,质量轻,塑性和韧性性能好,抗震性能十分突出。在实现梁的大跨度,高层建筑物、地震地区特别是高烈度地震地区的建筑建造中,这是一项很重要的优点。3)制作安全方便,施工周期短。轻钢结构可在工厂预制、裁剪、钻孔及组装,在工厂预制好后,才送往施工工地,这样,施工质量较易控制。在工地只要将一些部件用螺栓、铆钉锁紧或焊接,即可完成组装工作,避免了混凝土的湿作业,及混凝土结构的搭模拆模的繁琐工序,从而缩短了施工周期。4)轻钢结构是环保型的建筑结构。轻钢结构可回收利用,回收率高,轻钢结构建筑在生产和使用过程中不会或者很少产生二氧化碳,而砖石及混凝土结构在材料的制造和施工过程中会产生大量的二氧化碳。因此,轻钢结构符合国家环保和可持续发展的要求。其缺点主要有:首先,轻钢结构防火性能较差。轻钢结构在高温时强度会降低,因此必须作防火覆盖构造处理,而砖石及混凝土本身就是难燃烧材料。其次,轻钢结构的维护费用较高。轻钢结构住宅长期暴露在大气中容易锈蚀,需用油漆定期保养,而砖石及混凝土房屋则不需保养。其三,设计和施工的技术要求较高。

2 钢结构住宅的主要结构体系

我国常用的轻钢结构体系有:纯框架结构体系、框架-中心支撑体系、框架-偏心支撑体系、钢框架-混凝土剪力墙结构体系、交错桁架体系、钢框架-核心筒体系等。

2.1 纯框架结构体系

纯框架结构体系是钢结构住宅的基本体系,不设置柱间竖向支撑,可以采用较大的柱距和获得较大的使用空间,结构自振周期长,对地震作用不敏感,有很好的延性。但该体系的梁柱采用钢梁、钢柱,由于钢柱截面一般较混凝土的小,且多为H型截面,所以其抗侧移刚度要小得多,是一种典型的柔性结构体系,在水平荷载作用下,由于侧向刚度小,导致侧向位移大,易引起非结构构件的破坏,,如果建筑太高也很难满足层间位移比的要求,因此不宜建的太高,在地震区一般不超过15层。

2.2 框架-中心支撑结构体系

在框架结构体系中设置斜向支撑构件就形成了框架-支撑体系。当斜向支撑构件的两端均位于梁柱相交处,或一端位于梁柱相交处,另一端在另一支撑于梁相交处同梁相连,则构成了框架-中心支撑体系。与框架体系相比,框架-中心支撑体系在弹性变形阶段具有较大的刚度,很容易满足规范对结构物层间位移的限值要求。但这种结构体系在强震作用下,支撑中的受压杆件易受压屈曲,导致整个结构体系的承载力下降,并引起较大的侧向变形。

2.3 框架-偏心支撑体系

偏心支撑框架体系的特点是支撑连接位置偏离梁柱节点,每根斜杆应至少一端与框架梁相连,在梁端或梁的跨中形成一段短梁,称为耗能梁段。偏心支撑框架体系是近20年来发展起来的抗震结构。耗能梁段是偏心支撑钢框架塑性变形的的唯一构件,因此,在这种结构体系中设计的关键在于耗能梁段的设计,包括:支撑形状、耗能梁段长度和耗能梁段的截面特性等。耗能梁段在正常使用或小震情况下保持在弹性变形阶段,而在强震作用下,通过其非弹性变形,在其中产生塑性铰耗能。据有关资料表明[1],由于偏心支撑具有非常有效的控制变形能力,使得偏心支撑框架比纯框架节省钢材25%～30%,比中心支撑框架节省钢材18%～20%。

以上所述的三种结构体系是多层钢结构住宅建筑中最常用的最基本的结构体系,其它体系这里不再赘述。

3 轻钢结构住宅体系的国内外发展现状

在美国、日本、意大利、澳大利亚等国家和地区,早已把钢结构用于住宅,轻钢结构建筑则是一种常见的结构体系。在美国普通的低层民用住宅中,采用轻钢结构,特别是采用镀锌轻钢龙骨作为承重结构体系应用于住宅建造所占的比例[2],从20世纪90年代初的5%已发展到现在的25%左右,且技术已经成熟完善。如:日本积水房屋株式会社开发的B型体系;意大利钢铁公司与热那亚大学合作研究的BASIS工业化建筑体系等。瑞典是当今世界上最大的轻钢结构住宅制造国,它们的轻钢结构住宅预制构件达95%,欧洲各国都到瑞典去定制住宅,通过集装箱发运。

我国的轻钢住宅的研究和应用起于20世纪90年代末[2],目前还处于研究和试点工程阶段。2000年初建设部组织轻钢结构住宅方面研究课题的立项申报工作,各省市自治区建委联合开发、科研和施工等单位进行了申报,根据全国各地的申报,选出19项轻钢结构体系科技项目作为攻关项目,现已取得了部分成果。近年来[3]由同济大学、大通公司与宝钢冶金设计院、上海天艺公司等合作开发的低层、多层钢结构住宅已有200多栋,都是利用的高频焊接薄壁H型钢。目前全国各地进行了大量的试点项目,如:2000年9月由宝钢冶金设计院设计的新疆库尔勒的一栋8层错列桁架体系钢框架住宅楼;北京西三旗水电宿舍6层H型钢2剪力墙结构体系住宅楼;涿州中铁金属结构总厂4层纯钢框架轻钢住宅试验楼;江阴京江轻钢房屋公司5层钢框架轻钢住宅试验楼;清华大学大石桥学生5号公寓,该公寓为7层框架-支撑结构体系。还有上海福中高层钢结构住宅楼及大通公司和武汉城开房产合作开发的5层住宅等。

4 轻钢结构住宅体系的发展存在的问题及解决办法

多层轻钢结构住宅是一种极具发展前途的建筑形式,正在成为住宅产业发展的热点。然而作者认为以下问题有待解决。

1)专门针对轻钢结构住宅的有关技术规范和标准还不完善,这是影响轻钢结构住宅在我国发展的一个重要因素,因此,有关轻钢结构住宅的各种技术问题有待进一步解决。这些热点问题包括:①轻钢住宅典型连接节点及其抗震性能研究;②轻钢住宅中围护结构及隔断体系研究与开发;③轻钢住宅中防火、防腐和保温技术研究;④轻钢住宅中楼盖体系的研究与开发;⑤轻钢住宅的合理有效承重结构体系研究;⑥钢结构住宅体系的工业化研究等。

2)目前国产建筑用钢材在质量和技术上还存在一些问题:①厚板的可焊性差,16 mm厚板焊接时往往出现层状撕裂;②高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决,不能满足轻型房屋钢结构的需要;③型材品种规格还不能满足建筑要求,H型钢的规格不多;④目前国产钢结构用钢主要是Q235,建筑用高强度低合金钢品种太少,Q390钢材在实际工程中尚未见采用等。因此,提高国产建筑用钢材的质量和开发新产品是发展轻钢结构住宅的一个关键问题。

3)造价问题是影响目前钢结构住宅发展的一个重要原因,就因此还应该深入研究一些优化设计措施来降低结构的用钢量,进一步降低工程造价。

4)缺乏一批高素质的轻钢结构的科技人才和工程技术人员,这也都影响钢结构住宅的发展。由于国内无论中等或是高等专业学校的教学内容中均未涉及轻钢结构住宅体系,因此我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知之甚少,因此,应就将这种技术体系纳入专业学校的教学内容中,并对在职工程技术人员和技术工人进行培训,企业和社会的建筑科研院所也应投入力量进行深入研究和开发,使这一体系在我国日臻完善。

5 结语

尽管轻钢结构体系在我国推广目前还面临不少问题,但随着我国经济的不断发展、科技的进步和工程经验的不断积累,这些问题都可在实践中不断得到解决,轻钢结构建筑技术的应用前景将十分广阔。

参考文献

[1] 彭靖云,史三元.多层轻钢结构住宅体系设计[J].河北建筑科技学院学报,2003,20(1) :49-51

[2] 吴广珊,华兰,等.多层轻钢结构住宅体系及其应用与发展[J].海应用技术学院学报,2003,3(4) :221-230

[3] 杨立国,闫月梅.轻钢建筑的结构体系及其节点型式探讨[J].建筑技术开发,2005,32(3) :48-50

轻钢结构的发展现状篇4

摘要：近年来，轻型钢结构以其独特的优势占据大部分的市场。特点是用量较少，使用过程所需的安装时间较短，最重要的是已经实现了大批量的工业化生产规模，得到了广泛的应用。正因为如此使钢结构系统逐渐走上多样化的发展道路，同时也带来了系统设计的新方法。本研究对于轻钢结构围护系统进行了详细分类，进而总结出在设计与施工过程中需要注意的事项。

关键词：轻钢结构；围护结构；设计与施工

前言：总体来讲，轻型钢结构的维护系统大致分为以下几个方面，即屋面系统、墙面系统、保温棉、采光带以及包边和泛水等部分。而且围护系统作为轻型钢结构非常重要的组成部分，发挥重要的作用，能够在很大程度上决定建筑物的防水、外观以及保温的效果等等。所以，对于轻型钢结构围护系统设计与施工的研究是非常有必要的。

1.屋面系统的设计与施工

1.1彩板围护系统的分类

一般情况下，将彩板围护按照构成的方式大致分为以下几个方面，即单层薄板、夹芯彩板、钢质彩板、彩墙板、岩棉夹心板以及聚氨脂夹芯板等。按照施工方式的不同，大致可分为现场复合板和成品复合板两种。其中按照联接方式的不同，可以将现场复合板分为：咬合板、搭接板以及暗扣板。按照板材质的不同可以分为：钛金板、镀锌彩钢板、铝合金板压型板、镀铝锌彩钢板、不锈钢板压型板、铜板等。

1.2设计注意事项

现场复合板占据较大的市场。主要原因是现场复合板的加工成本较低，而且施工的技术也已经非常成熟，已经实现了工业化的生产，所以能够得到廣泛的应用。在屋面彩板的设计使用方面，大多数都使用镀锌烤漆彩板作为面板，而大型公共建筑物中则常用铝合金压型板作为面板实现不同的造型。轻钢屋面荷载可考虑风荷载、雪荷载、屋面恒荷载及活荷载，再根据体型系数按规范要求计算出最不利荷载值。除了屋面板的受力计算，还需对屋面整个系统的其他配件，如底板、檩条、螺钉等进行受力计算，最后还需进行热工性能的检验，进行如此一系列计算后得出的才算时完整的屋面系统。为及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶造成威胁，或造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故，屋面设计还需考虑排水系统的设计，设置外排水系统（天沟、檐口位置）或内排水系统。另外，还可以设置一定的屋面坡度，而屋面坡度设计的选取还与屋面的版型有着密切的联系。一般情况下，有外露钉式的板材需要哦使用坡度相对较大的，而隐藏式的板材则需要坡度较小的。特殊情况下，大跨度的钢结构的屋面板一般采用暗扣式的彩钢板。近年来，在较多的施工工程中，总结出暗扣式的彩钢板存在较多优势，主要表现为以下几点：其一是，能够有效避免由于温差而引起的屋面版型的变化过大，螺钉也非常容易被剪断。其二是，在一些多雨的地区，或者是台风区，一些外露的螺钉很容易受温度的影响而发生变形，有风时的振动以及橡胶垫有时存在的老化现象，这些都非常容易导致板材的漏水和锈蚀现象。

1.3施工注意事项

在整个的施工过程中，若是遇到大跨度的屋面，这时彩板就需要整块的成型板。工地生产可以解决超长、特大弧形产品（如12米以上）的运输问题，且减少吊卸费用，缩短施工周期等。生产场地所需的最短距离为冷轧成型机器长度约为15米，加上吊装更换卷材所需的工作空间约3米，再加上生产出货产品长度，合计所需最窄空间则为9米。吊车吊装板非常容易造成板材的变形，所以，在进行安装时，吊运起吊必需使用具有足够承载能力的钢架通和拉力帆布带，拉力帆布带吊挂点间隔不大于4米，每个吊挂点荷载不大于250公斤。运至屋面后，尽量放置在主结构梁柱附近，以分散荷载。

2.轻钢结构围护系统的设计与施工要点研究

2.1采光带珠设计与施工

采光板所使用材料会有所不同，按照材料不同可以分为玻璃纤维增强聚脂采光板、聚碳脂制成的蜂窝状或实心板等大致三个方面。按照形状的不同可分为与屋面板波形相同的玻璃纤维增强聚脂采光板以及一些其他的平面或者是曲面的采光板。对于施工人员，不同的采光板需要有不同的固定方法来实现，其中聚碳酸酯采光板大都采用铝型材扣件固定，而波形采光板一般采用采光板支架或者是自攻螺钉连接来进行固定，进而再打胶实现密封。在采光板的位置方面，一般情况下都会设置在跨中，要求采光板与自攻螺钉连接的时候，一定要有盖板，才能实现连接。在使用阳光板时，需要考虑到的就是冷热变形较大的问题，而且非常容易被自攻钉剪破，所以，阳光板在打自攻钉的时候需要将其孔开大。除此之外，在安装采光板的同时，还需要考虑到采光板本身所具有的伸缩性。采光板在较短距离以内不需要进行搭接工作，在较长的范围内就需要进行搭接，在搭接长度的选择时要适当，不能过短也不能过长。在搭接处需要涂二道密封胶，如果是横向搭胶那么就不需要进行收边工作，如果是纵向彩钢板的搭接就需要看所使用的板型材料，一般使用的是普通压型钢板，也就是一般情况下不考虚做收边，可以直接将其与彩板用自攻钉来固定。通常将采光板纵向长度方向，搭接设置在檀条附近，切记屋面防水处理时要采用密封胶内涂，在密封胶的表面非常容易出现老化的现象。

2.2保温隔热材料

常用的保温隔热材料有：岩棉、玻璃棉、挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）。在选用时，可遵守以下原则：应优先选用无机材料制成保温隔热材料；相同温度范围内不同材料选用时，优先选用导热系数小、造价低，易于施工的材料；应选用吸水率小、使用年限与被保温隔热主体的正常维修期基本适应的材料。

2.3天沟及檐口

天沟和檐口在施工的过程中也是非常重要的部分。其中檐口主要有三种形式，即自由落水天沟、外排水天沟檐口以及内排水天沟檐口三种。根据材质的不同，大致可以将天沟分为三种，即钢板天沟、不锈钢天沟以及彩板天沟。众所周知，天沟是屋面排水系统重要的组成部分，很大程度上决定了雨水的排放量与排放的速度，还决定了建筑屋面能否正常的使用。在一些地区寒冷的地区，在冬季室内外的温差是非常大的，在内天沟的下面非常容易出现冷凝水的现象，所以，必须在天沟的下面铺一层保温棉，保温棉通过吊挂天沟的檩条固定，进而确保其排放水畅通。在北方一些少雨的地区，或者是工程对檐口要求不高的情况，可采用自由落水的檐口。如果墙屋面的彩板是单板形式，这时墙板与屋面板间会产生锯齿型空隙。当屋面坡度较小的时候，屋面板的波谷处，外排水天沟檐口由于防漏性好，而且造价也非常低，因此，在工程上也得到了广泛的应用。在施工的过程中，彩板天沟不需要其他支撑它的结构构件，同时沟壁也可以直接的与外墙板贴近，这时要在墙面上进行支撑件的设置。

2.4包边及泛水

最后，在包边及泛水工程中，不仅需要勾勒出建筑的整体线条，这会影响到建筑的美观程度，另外，在结构上能够把建筑联结成一个统一的整体，做到防风、防雨，进而使建筑更加坚固、耐用。

结语：轻型钢结构以其独特的优势占据大部分的市场。特点是用量较少，使用过程所需的安装时间较短，最重要的是已经实现了大批量的工业化生产规模，得到了广泛的应用。围护系统一般采用彩钢板，用来研究总结彩钢板维护系统的设计以及施工过程的经验，进而提出经济合理的施工方案，是有重要的实际意义的研究。

参考文献：

[1]俞黎明.朱鹏.轻钢结构围护系统的设计与施工[J].陕西建筑.2006（3）.

[2]李正健.肖亚明.刘庆庆.轻型钢结构围护系统漏水原因探索及防治[J].防火与防腐.2009（5）.

轻钢结构的发展现状篇5

随着我国钢产量的快速增长, 对用钢政策由限制用钢到合理用钢再到积极用钢, 国务院1999年颁发的72号文件提出要发展钢结构住宅产业, 在沿海大城市限期停止使用粘土砖。因此开发轻钢结构住宅体系已成为当前住宅结构研究中的热点。不过, 多层轻钢结构的研究还处于起步阶段, 研究力度还不够, 实际设计和施工还存在不少争议和问题。这些都急需解决, 以利于轻钢住宅在我国健康快速发展。

1轻型钢结构及高层钢结构

(1) 轻型钢结构主要是采用轻型H型钢 (焊接或轧制;变截面或等截面) 做成门形刚架, C型、Z型冷弯薄壁型钢作檩条和墙梁, 压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构, 采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料组装起来的低层和多层预制装配式钢结构房屋体系。

(2) 高层钢结构主要是采用型钢、钢板连接或焊接成构件, 再经连接而成的结构体系。高层钢结构常采用钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢框架-混凝土核心筒 (剪力墙) 结构等形式, 后者在现代高层、超高层建筑中应用较为广泛, 属于钢-混凝土混合结构, 使钢材和混凝土优势互补、充分发挥材料效能。

轻钢结构住宅相比于传统住宅, 有其突出的优点:①轻钢结构配件制作工厂化和机械化程度高, 商品化程度高;②现场施工速度快, 主要为干作业, 有利于文明施工;③钢结构建筑是环保型的可持续发展产品;④自重轻, 抗震性能好;⑤综合经济指标不高于钢筋混凝土结构。

2发展轻钢结构住宅遇到的问题

轻钢结构住宅具有性能好、自重轻、工厂化程度高、建造速度快、劳动强度小等优点, 因而近三十年来在欧美国家逐步发展起来, 已经形成了一整套十分成熟的技术。在我国大力推进住宅产业现代化的今天, 国内外许多企业不约而同地想把轻钢结构住宅技术移植到中国来。虽经努力, 但效果却不象人们事先想象的那样乐观。问题何在, 又应当如何解决呢?

(1) 首先是标准和规范问题。

我国的标准规范是针对几十年来大量使用的结构体系编制的, 轻钢结构住宅体系此前在我国属于技术空白, 所以不能满足我国现行强制性规范的某些条文不足为奇。例如建国以后建造的建筑物多采用砖石和钢筋混凝土等耐火性能好的建筑材料, 由此导致我国的《建筑设计防火规范》在材料选用方面似乎较国外苛刻, 轻钢结构住宅难以满足其要求。再如长期以来镀锌轻钢龙骨在我国仅用于隔断、吊顶等非主要承重结构, 我国《冷弯薄壁型钢结构技术规程》基本上不考虑用厚度2 mm以下的钢材制作主要承重构件, 对于国外大量采用的壁厚0.8～1.6 mm的镀锌轻钢龙骨承重体系, 我们既缺乏对其受力状况和结构安全性、耐久性的理论分析, 也缺乏相关的实验数据, 这就使得轻钢住宅的结构设计在我国寻找不到有针对性的规范作为依据。这种与国内规范不衔接的状况, 使轻钢结构住宅项目无论在工程报建阶段, 还是在工程验收阶段, 都会遇到数不尽的障碍与麻烦。

(2) 其次是整个社会对这种新住宅体系的接受需要一个过程。

轻钢结构住宅体系是在国外尤其是北美地区木结构住宅的基础上发展起来的, 这两种体系虽然在国外已经十分成熟和完善, 但是对于我国来说却完全是新东西, 因而各种困难几乎无处不在。在建材和商品方面, 目前建造轻钢结构试验工程所需材料许多要从国外运来, 甚至有些由外商在中国大陆委托加工的部件, 往往也只能到国外去采购, 在国内市场上一时还找不到。在人员方面, 由于国内无论中等或是高等专业学校的教学内容中均未涉及轻钢结构住宅体系, 因此我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知之甚少, 而更加缺乏的是熟练技术工人, 所以虽然这一体系单纯从技术层面上讲并无多少难度, 但真正推行起来却往往缺乏得力的骨干。在建筑管理方面, 我国现行的建筑管理模式与轻钢结构住宅这种工业化生产方式也不适应, 我国加入WTO以后, 国外许多住宅生产企业希望进入中国大陆市场, 但是他们搞不清自己来到中国后应当申领什么资质, 属于什么身份的设计单位?施工单位?集成商?还是制造商?此外, 在中国的消费者方面, 由于长期以来住惯了砖混或钢筋混凝土结构的住宅, 从慢慢开始接受到逐步喜欢轻钢结构住宅, 也需要一个渐进的过程。

(3) 再就是工程造价问题。

目前轻钢结构住宅体系在我国大陆的报价大约在每平方米4 000元左右, 交工标准包括了室内精装修、高档厨卫设备、室内热水系统、空调系统、新风系统、中央吸尘系统、直接饮用水系统、家庭智能化系统、车库自动门, 以及冰箱、洗衣机、烘干机等白色家电, 但不包括地价、室内家具、电视机、音响等黑色家电, 室外管线、绿化和其它各种户外配套工程的费用。有人认为这一价位偏高, 国内消费者近期还难以接受。然而这种价格在国外比起其它结构形式住宅的造价来说, 却具有很强的竞争力, 这也就是为什么轻钢结构住宅体系在国外能够蓬勃发展的原因。任何新技术的产生与发展都是与所处社会的技术经济背景相联系、相适应的, 目前美、日、欧等发达国家和地区, 人均GDP约为我国的40～50倍, 劳动力价格约为我国的20～30倍, 因此, 符合产业化生产方式的轻钢结构住宅在发达国家远比我国更易被市场接受。而我国由于科技和生产力发展水平较低, 劳动力价格便宜, 尽管轻钢结构住宅的性能和舒适度较高, 但其对于传统建筑形式住宅的竞争优势反倒不够明显。因而市场接受起来比较缓慢。

3发展轻钢结构住宅的对策

(1) 首先应有计划地建造一批试验工程, 以便引进该项生产技术。如果没有一定的建造量, 就不可能编制完成我们自己的轻钢结构技术规范, 在中国使这项技术成熟起来就成为一句空话。虽然一般情况下我们强调必须执行强制性规范, 但是技术标准和规范就其性质来说, 永远都是落后于技术自身的发展的。因此, 在国内规范不完善时, 建造试验工程不仅是应当的, 而且是必须的。目前北新建材等国内大型建材企业已经开始进军这一领域, 投资建立了轻钢结构住宅生产线, 对此国家应适当予以扶持。

(2) 在建造试验工程并取得经验的基础上, 就应不失时机地编制相应的轻钢结构住宅技术标准和规范。由于与国外标准体系、技术环境的差异, 甚至标准管理方式和部门分工的不同, 都使这项工作在我国具有相当的难度, 并非像有些同志设想的那样, 把国外标准直接翻译过来就万事大吉了。把国外轻钢结构住宅嫁接到中国的技术标准体系中来, 还有许多深入细致的研究和协调工作要做。根据建设部技术标准编制工作计划, 目前建设部住宅产业化促进中心正在组织各有关科研设计单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准《低层轻钢结构住宅技术要求》, 这项标准发布后, 将结束轻钢结构住宅在我国无技术标准可依的局面。

(3) 由于轻钢结构住宅是国外许多发达国家普遍采用的成熟技术, 其优良的技术性能和产业化生产方式, 在一定程度上体现了住宅产业现代化的方向。因此, 一旦有了技术标准, 就应将这种技术体系纳入专业学校的教学内容中, 并对在职工程技术人员和技术工人进行培训, 企业和社会的建筑科研院所也应投入力量进行深入研究和开发, 使这一体系在我国日臻完善, 并使我国企业由此获得反过来进军国际市场的实力与资格。

(4) 轻钢结构住宅并非仅有冷弯镀锌轻钢龙骨体系一种, 其它各种冷弯或热轧薄壁型钢形成的工业化住宅体系也都应属于轻钢结构住宅体系, 如日本积水化学工业株式会社、大和住宅工业株式会社的钢结构住宅体系等。本文的观点同样适合这些体系, 所不同的是, 它们是拥有企业自身知识产权和特点的工业化住宅体系, 其优点也值得我们逐步学习、引进、消化和吸收, 以进一步推进中国的住宅产业现代化。

4钢结构建筑及钢结构住宅发展现状

4.1 钢结构建筑的发展现状

改革开放以来, 我国的钢产量有了很大的提高, 特别是从1997年以后, 我国的钢产量突破1亿t, 但我国的钢结构用钢量占总钢产量的比例仅为3%左右, 而在钢结构用钢量中, 建筑钢结构用钢量又仅占10%, 这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的, 为此, 国家外经贸委会同冶金部制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施, 鼓励建筑工程采用钢结构形式, 争取在2010年建筑钢结构的用量达到总钢产量的6%。

4.2 钢结构住宅的发展现状

我国钢结构住宅起步很晚, 只是改革开放后, 从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅, 才使我们有了学习与借鉴的机会。1986年意大利钢铁公司和冶金部建筑研究总院合作介绍一种低层钢结构住宅建筑体系-Bsis, 并在冶金部建筑研究总院院内建造一栋二层钢结构住宅样板房;1988年日本积水株式会社赠送上海同济大学二栋钢结构住宅 (二层) , 建在同济新村中;90年代个别国外公司为推广其产品在北京、上海等地建立多层钢结构办公、住宅楼。

大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近几年才发展起来。目前在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、上海、广州和深圳等地开展低层、多层和高层钢结构住宅试点工程, 目前已经建成几十万m2, 这说明了钢结构住宅的发展势头良好。

近年来, 随着城市建设的发展和高层建筑的增多, 我国钢结构发展十分迅速, 钢结构住宅作为一种绿色环保建筑, 已被建设部列为重点推广项目。特别是在我国大中城市中, 人多、土地资源少, 而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下, 较大范围应用钢结构住宅, 是我国生产力发展到一定阶段的必然产物, 它是符合国家产业政策的推广项目。

5钢结构住宅发展前景展望

按发达国家的最低水平推算, 我国钢结构用钢量至少有3 600万t的发展空间。在近期内, 国家将大力发展钢结构建筑, 力争每年建筑钢结构用钢将占全国钢材总产量的3%以上, 年均钢材消费量为350～400万t;到2015年, 将再翻一番, 全国建筑钢结构用钢材占钢材总产量的6%以上, 由此可见, 钢结构住宅市场前景十分广阔。

5.1 适合建筑用的特种钢将不断涌现

随着我国钢铁企业冶炼技术的提高, 为适应市场的需求, 适合建筑用的特种钢必将不断的涌现, 例如宝钢、武钢等钢铁企业成功开发的耐火耐候钢, 它是通过合适的技术, 使钢材含有特定的成分 (如加钼等) , 使钢材的表观结构及金相组织发生变化, 从而使钢材本身生成所需的耐火性和耐候性。多种新型建筑用钢的出现将大力推动钢结构住宅的发展。

5.2 国家将重点支持轻钢结构住宅的建设

轻钢结构住宅建设在我国才刚刚起步, 我国现在是一个产钢大国, 年产量3亿多t, 发展钢结构住宅有很大的潜力。上世纪90年代, 国家建设部和国家经贸委一致通过, 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, 并正式列入国家重点技术创新项目。这一举措为我国的钢结构发展奠定了基础。如今, 由于国家的宏观调控作用, 房市出现了前所未有的低迷, 在这个时机推出钢结构住宅, 利用钢结构住宅的优势来吸引市民目光, 刺激消费, 增加市场的购买力, 有着事半功倍的作用。现在发展轻钢结构住宅正逢其时。

5.3 钢结构住宅建筑技术将不断发展

随着钢结构建筑的发展, 钢结构住宅建筑技术也必将不断的成熟, 大量的适合钢结构住宅的新材料也将不断的涌现, 同时, 钢结构行业建筑规范、建筑标准也将随之逐渐完善。相信不久的将来, 钢结构住宅必然会给住宅产业和建筑行业带来了一场深层次的革命。

5.4 发展钢结构住宅是我国住宅产业化的必由之路

住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路, 因为这将成为推动我国经济发展新的增长点。钢结构住宅体系易于实现工业化生产, 标准化制作, 而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料, 它属绿色环保性建筑, 可再生重复利用, 符合可持续发展的战略, 因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展, 直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。

6结论

如果说钢筋混凝土结构的发展使施工从手工进入了机械化, 那么钢结构的应用就将使住宅施工实现现代化, 钢结构住宅将成为建筑现代化发展的一个重要标志。

“钢结构是环保住宅, 钢结构符合可持续发展概念”——21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下, 钢结构体系必将成为住宅结构体系的主流。 [ID:7484]

摘要：本文对轻钢住宅结构遇到的问题进行阐述, 同时针对问题提出合理的政策, 然后对钢结构住宅的发展前景进行了分析和展望。

关键词：轻钢住宅,问题,对策,发展前景

参考文献

[1]蔡婷.展望钢结构住宅的发展趋势[J].建筑技术开发, 2003, 30 (12) .

[2]赵莉华, 等.方钢管混凝土在钢结构住宅中的应用[J].工业建筑, 2001, (Z) .

[3]陈敖宜.中高层钢结构住宅体系的研究[J].工业建筑, 2001, (Z) .

轻钢住宅的结构设计篇6

关键词：轻钢住宅,结构设计,计算方法

轻钢住宅是一种新型建筑体系, 也是目前国内住宅研究和开发的方向。我国轻型钢结构经过20多年的发展历史, 虽然起步并不晚, 主要由于经济与技术的原因使得多层轻钢住宅的发展受到制约。它的设计方法, 结构体系, 结构特点, 常用经济指标不为设计者所熟悉, 因此轻钢住宅示范楼的设计与施工是推广这种新型体系的最好方式。结合某轻钢住宅示范楼介绍了它的结构体系, 布置特点, 计算方法等。

1 钢结构住宅的一般规定

1.1 钢结构, 有低层和多层之分。

低层一般不超过3层, 用于别墅;多层用于公寓。介绍多层公寓住宅钢结构设计中一些问题。

1.2 超过9层为高层。

10~12层又称小高层。抗震规范GB50011对12层以下和12层以上的房屋提出不同要求。住宅钢结构一般不宜超过12层。

1.3 结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。

结构布置不规则, 地震时易损坏, 而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算。因此应尽量使结构布置符合规则性要求。

1.4 住宅钢结构的平面布置应力求规则、对称。

住宅钢结构常见的布置不规则, 主要是平面不规则。如平面形状不规则, L形等, 特别是支撑剪力墙偏置, 明显不对称等。若楼层的最大弹性水平位移超过质心水平位移的1.2倍, 就属于平面不规则, 此时需对支撑剪力墙的配置进行调整。

2 结构体系选择

2.1 5~6层以下的, 可采用框架体系或框

架—支撑体系, 6层以上的可采用框架支撑体系或框架—混凝土剪力墙 (核心筒) 体系。多层房屋大多采用双重体系。

2.2 框架柱有H型钢柱, 钢管砼柱和钢骨砼柱, 后两种为组合柱。

在小高层中, 组合柱比H型钢柱省钢。

2.3 剪力墙比钢支撑的延性低, 在大震时延性

低的地震力大, 延性好的地震力小, 从抗大震的性能来说, 钢支撑比砼剪力墙好。

2.4 钢框架—砼剪力墙体系属混合结构, 对它

的抗震性能目前研究还不够, 未列入抗震规范, 虽然现在应用较多, 选用时应慎重。核心筒宜用小钢柱加强, 也有利于安装。

3 楼板要求

3.1 楼板除了承受竖向荷载并将它传给框架

外, 还将水平力传到各个柱上, 因此楼板平面内的刚度、整体性和承载力也很重要。作为建筑要求, 住宅楼板还应能隔音。

3.2 现在用得较多的是压型钢板组合楼板, 叠合板加现浇层, 现浇楼板等。

这几种楼板的整体性都很好。钢梁宜形成组合梁, 梁上要设置栓钉。

3.3 预制板中应设预埋件, 与钢梁焊接。

3.4 在强震区或重要建筑, 柱周边宜设置钢筋和箍筋, 以免楼板在水平力下被柱子压坏。

4 抗震计算的基本要求

4.1 对双重体系, 框架部分独立承担的水平力不应少于结构底部剪力的25%。其目的是检验框架作为抗震二道防线是否满足要求。检验方法是忽略支撑或剪力墙进行, 仅对框架部分进行验算。有的单元式住宅柱子很少, 用隔墙支撑钢梁, 往往不满足此项要求。

4.2 验算是否符合强柱弱梁, 这关系到结构倒塌机制, 很重要。

4.3 框架柱长细比应符合规定。

4.4 验算节点域的稳定性、强度和屈服条件。

5 节点和支撑构造要求

5.1 节点设计应符合抗震规范和《高钢规程》的要求。

5.2 柱通过小悬臂与梁拼接, 可以绕过梁柱直接连接的构造困难, 这是一个好办法。

此时梁拼接大多采用翼缘焊接腹板拼接, 也可采用全截面螺栓连接。在以上拼接中, 腹板拼接要考虑弯矩。

5.3 翼缘的坡口全熔透焊缝, 要求用一级焊缝以确保焊接质量。

有的标准规定压力容器才用一级焊缝。这是一种误解。压力容器很重要, 梁翼缘与柱连接同样很重要, 不能用二级。

5.4 梁与钢管砼柱的刚性连接, 现在用外加劲肋和内隔板的都有, 都是可以的。

但要注意钢管壁板与隔板或环板的厚度匹配。专业打造教育平台航母。

5.5 7层以上时, 框架—支撑体系中的框架梁柱应刚性连接。

5.6 支撑与钢管砼连接时, 不应将节点板焊在钢管管壁上, 以防管壁拉开。

5.7 不应在钢管支撑内灌砼, 对抗震不利。

5.8 12层以下可以不设地下室, 但此时柱脚

的计算反力要加大, 严格说来要做到承受大震时的反力而不破坏。6、7度区允许采用外包式柱脚, 但8度及以上时应采用埋入式柱脚。不允许用铰接柱脚。

6 工程实例

6.1 工程简介

某示范楼建筑面积4665m2, 5层纯钢框架结构, 长67m, 宽13.5m, 层高3m.焊接工字形梁, 纵横双向刚接H形柱。楼面活荷载为2.0k N/m2, 屋面活荷载0.3k N/m2, 轻型屋面恒荷载0.3k N/m2;基本风压0.25k N/m2;设计地震烈度为7度, Ⅱ类场地。屋面为冷弯薄壁C型檩条铺双层镀锌压型钢板夹100mm厚保温棉屋面系统, 外墙采用200mm厚陶粒混凝土空心砌体墙, 分户墙为180mm厚菱镁土板, 户内隔墙为90mm厚菱镁土板。条型基础, 柱与基础为刚接。

示范楼共有四个居住单元, 两种建筑平面布置形式, 建筑面积分别为143m2, 102m2。一单元为大两室两厅, 二、三、四单元为小两室两厅。一单元的大客厅使用了组合扁梁, 从而实现了梁与楼盖的一体化, 减少了结构层高。对于正常极限状态下的组合扁梁, 将钢和混凝土两种材料组成的组合梁截面换算成同一种材料的截面, 再按照弹性理论计算。为了楼板的放置, 扁梁的下翼缘一般较宽, 需验算施工时产生的偏心荷载。为了减少设计工作量, 通常把扭矩简化为已对大小相等、方向相反的力分别作用于扁梁的上下翼缘。

6.2 计算方法与基本要求

对于多层轻钢住宅, 尽管采用单向板, 但由于纵横向均有墙体荷载分布, 宜采用三维空间计算模型。本工程采用的是普通楼板, 不考虑楼盖对钢架梁刚度增大的作用, 忽略楼板的空间联系作用, 空间模型为纯框架结构。计算分析是采用有限元分析软件ANSYS完成。在结构计算中采用三维梁单元, 质量单元计算结构自振周期以及静力分析。

相对于工业建筑而言, 多层民用建筑的荷载工况简单明了。主要考虑以下三种工况:

工况一:1.2×恒载标准值+1.4×活荷载标准值

工况二:1.2×恒载标准值+0.85×1.4× (风荷载+活荷载) 标准值

工况三:1.2×重力代表值+1.3×水平地震作用标准值

对于多层轻钢住宅地震荷载计算, 由于楼层较低, 结构布置对称, 采用底部剪力法就可满足要求。

多层轻钢住宅侧向位移具体要求如下:

a.在风荷载作用下的顶点水平位移与总高度之比不宜大于1/500。b.层间相对位移与层高之比不宜大于1/400。c.在常遇地震作用下, 层间侧移不超过楼层高度1/250。

对于多层轻钢住宅, 还要满足刚架柱构件稳定性与钢框架的整体稳定性要求。

6.3 计算分析

由于活荷载与基本风压较小, 所以工况三为控制工况。计算设计时将两种方案进行了比较, 不改变刚架梁的截面形式, 只对刚架柱进行改动。方案一, 刚架柱为工字形;方案二, 刚架柱为箱形。

a.两种方案的刚架柱在强轴方向惯性矩相同, 即在横向结构的刚度相同, 因此横向主自振周期以及地震作用下横向最大层间位移基本一致。b.本工程长宽比5, 纵横双向刚接, 因此对于方案一, 当横向侧向刚度满足要求时, 纵向刚度也能达到要求。c.在满足规范要求的前提下, 方案一节约钢材用量, 单位面积用钢量减少约10%, 经济性好。因此, 在设计中选择了工字形刚架柱。但是由于轻钢体系刚架柱的腹板很薄, 为了防止局部失稳引起的结构失效, 刚架柱宜在纵向梁柱刚接处做成局部箱形柱。

轻钢厂房的结构设计篇7

轻钢建筑系统包括主次结构、屋面墙面等围护结构、通风采光、开洞甚至管线悬挂等。所有构件都经过预先设计在工厂加工好,然后运到工地现场安装,这样可大大加快施工进度和施工精度。

1.1 主结构的受力特点

单层门式刚架轻钢结构在柱脚变形要求不高的情况下可采用铰接,经济的跨度是21 m～36 m。多跨刚架的中柱多采用上下端均为铰接的摇摆柱,主刚架受力状态与连梁相似,称为连梁式门式刚架。刚架在设计时要考虑刚架弯矩包络图来变截面和选择拼接节点,刚架梁在反弯点附近拼接。

1.2 次结构的特点

次结构指屋面檩条及墙梁,分为两大类,由C形或Z形冷弯薄壁型钢再加上隅撑构成。C形次结构,一般支座简支,而Z形次结构支座连续,连续支座在同等截面条件下承载力要大得多,刚度也大得多,因此是一个较好的做法。规范规定跨度大于6 m的檩条要设拉条,有的公司采用薄壁角钢作拉条,这种拉条不但能起到很好的抗倾覆作用,对保温棉也起到一定的支撑作用,外观整齐,檩条定位准确,便于屋面板安装。

1.3 屋面系统

轻钢结构的屋面做法有两类:1)采用彩色复合压型钢板作为屋面的保温防水层。2)采用厚0.6 mm压型钢板防水并承受屋面荷载,钢板下铺设玻璃纤维保温。由于造价较低、构造简单,后一类是主流产品。按构造做法,屋面分为螺钉外露式、暗扣式和锁缝式。

1.4 墙面系统

墙面系统也分两类:1)压型钢板,玻璃纤维棉保温,多数情况下,再铺一层内板,保护保温棉并起到美观作用,板多为竖放。2)复合板,板多为横放,其构造复杂,造价较高,适合要求较高的厂房、商场及办公用房。复合板构造的核心问题是如何解决好连接处的防水以及板的防火、保温问题。多数横板在竖向连接处防水处理得较好,而横向连接处不易处理,只有加防水压条,使外墙面每隔6 m～9 m就有一道竖向钢板条而影响美观。

2 轻钢建筑系统的设计

2.1 建筑设计

建筑平面设计中如柱网的确定、交通通道布置一定要与厂家配合,厂家的工艺布置要求柱网与他们的产品相配合。轻钢结构支撑是极其重要构件,常常设计成X形,布置通道、门、窗时要考虑这些支撑是否有影响。建筑立面设计要考虑轻钢结构的特点,墙面是靠墙梁来传力,尽量避免设计大曲率弧形而破坏传力途径,而且以目前国内的加工和安装水平,弧形很难达到让人满意的效果,造价也高。

2.2 结构设计

1)支撑体系。

支撑体系的主要作用是:将各个平面刚架联结组成具有空间刚度和稳定的整体结构;为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点;明确、合理、简捷地传递风力、温度应力、地震力以及吊车纵向水平力等纵向荷载。屋面支撑的布置应与山墙抗风柱的位置相协调,使抗风柱的柱顶反力直接传到屋面横向支撑的节点上。屋面横向水平支撑的直腹杆(包括屋脊处和柱顶处)应按刚性系杆考虑,采用檩条兼做时,应对檩条的刚度和承载力进行验算。当檩条无法起到刚性直腹杆的作用时,通常应在屋脊处、柱顶处以及屋面设置横向水平支撑直腹杆,在刚架斜梁间设置钢管、H形钢或其他截面形式的刚性杆件,以保证房屋纵向结构安全可靠地工作。

带吊车的工程由于厂房较高、刚架构件截面刚度较大,次构件刚度不足以约束主构件,对于所有的柱间支撑均采用了较强的角钢支撑。

2)纵横向温度伸缩缝的处理。

对于纵向温度伸缩缝通常可采用设置双列柱的方法处理,也可采用一种单柱的处理方法。首先在厂房中部选取一榀适当的刚架,通过这榀刚架将厂房分为两部分,然后将任一部分上的所有纵向构件与该榀刚架的连接节点都做成可滑动的节点,同时将刚架上的屋面板、墙面板也处理成可以伸缩的构造,整个厂房结构在工作时可通过这些节点构造的滑动伸缩来释放温度应力。与该榀刚架相连的纵向构件主要有檩条、墙梁、吊车梁等构件,这些构件与刚架的连接节点采用开长圆孔的做法。由于屋面、墙面围护板均为彩色压型钢板,其自身的变形能力强,吊车梁系统已考虑纵向伸缩,采用在构件上开长圆孔的做法可以满足节点有足够的滑动能力。

对于横向超长刚架的温度伸缩问题可以考虑以下3种处理方案:

a.在适当的位置设置双柱,将一榀刚架分为两榀刚架,使每榀刚架的长度小于规程要求的横向温度区段的长度;

b.在柱顶或梁中适当的位置设滑动支座,用以消除温度应力;

c.对刚架不做处理,在刚架计算时进行温度应力计算,考虑温度应力对刚架的影响。

对以上3种方案的计算分析比较可知:第一种设置双柱的方法由于双柱的设置大大削弱了刚架的刚度,使得刚架侧移加大,刚架梁柱截面加大,使用钢量增加,基础费用也相应增加。对于第二种设置滑动支座的处理方案考虑了以下两种情况,一种是将支座设置在柱顶,另一种是将支座设置在梁中反弯点处,这两种情况就侧移和用钢量而言比第一种处理方案要好,但是也存在以下不利因素:梁截面变化较大,滑动支座难以实现,需增加大量的屋面支撑。在保证安全可靠的前提下,综合考虑到工期、造价等因素,相对来说还是第三种方案较好,即通过对刚架进行温度应力计算来考虑温度作用。

3)隅撑的设置。

隅撑是用来保证斜梁下翼缘或刚架柱内侧翼缘受压稳定的重要措施。隅撑按以下原则来布置:在每跨靠近梁端的负弯矩范围内连续两根檩条下设置隅撑,其他地方每间隔一根檩条设置隅撑。隅撑成对布置,与梁和檩条均采用单个螺栓连接。梁的平面外计算长度可取隅撑间距。带吊车厂房为确保吊车梁对柱子的支撑效果,在边柱的吊车梁上翼缘设置了隅撑。由此来形成对柱子的侧向支撑,同时大大减小了边柱在纵向刹车力作用下的扭转效应。当山墙抗风柱与刚架斜梁下翼缘连接时,连接处的斜梁下翼缘亦设置隅撑。

4)拉条的设置。

对于有檩体系的压型钢板轻型屋面,为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转,通常在檩条间设置拉条(包括斜拉条和撑杆,以下同)作为檩条的侧向支点,以保证檩条的侧向稳定。当檩条跨度大于4 m时,应在檩条跨中设置一道拉条;当檩条跨度大于6 m时,应在檩条跨度三分点处各设一道拉条。拉条按拉杆设计,当采用圆钢时直径不宜小于10 mm。撑杆按压杆设计,多采用钢管或角钢制作。圆钢拉条通常设置在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内。当风吸力作用下檩条下翼缘受压时,屋面板宜采用自攻螺钉直接与檩条连接,拉条则宜设在檩条下翼缘附近;当屋面采用扣合式或咬合式钢板时,宜分别在距檩条上下翼缘1/3腹板高度范围内同时设置拉条。

5)梁柱截面及节点的设计。

轻钢结构的经济性在于它的变截面,变截面设计也取决于工厂的加工能力。设计人员在设计时要充分利用变截面特点合理设计截面,影响H形截面抗弯能力的因素有截面高度、翼缘宽度和翼缘厚度。增加截面高度是提高截面抗弯能力最有效的方法,由于轻钢结构腹板都很薄,用钢量增加不多,但抗弯能力增加很多。经济的设计不但要变截面高度,更重要的是要变翼缘的宽度、厚度及腹板的厚度。

主结构制作单元的选择也是非常重要的,要根据弯矩图来选择连接节点,在受力较小的部位拼接,为便于运输,制作单元不宜出现超长构件,一般选6 m～11 m为宜。解决节点抗弯问题,螺栓布置要尽量靠外侧,以提供较大抵抗力矩。梁柱接头设计,端板横放是受力比较好、易于加工的一种,充分利用墙梁空间加大力臂,提高抗弯能力,安装时,柱提供临时支座,以便于对正螺孔和安装螺栓;端板斜放是受力最好的一种,对角线提供了最大力臂,但加工精度要求高;端板竖放除柱翼板要拼接外,螺栓处在弯矩剪力最大的地方,受弯矩和剪力共同作用,安装也不便。最后还要指出一点,对柱脚应进行抗剪验算(特别是有柱间支撑的柱脚),当抗剪不足时,应设置抗剪键。

6)钢结构的防护。

建筑钢结构的防护主要包括两个方面,即防腐蚀和防火及隔热。GB 50017-2003钢结构设计规范把钢结构的防护列为强制性条文,要求在设计文件中注明所要求的钢材除锈等级和涂料及涂层厚度;柱脚在地面以下的部分应采用混凝土包裹,受侵蚀作用的柱脚不宜埋入地下;钢结构构件的防火保护层厚度应根据建筑物的耐火等级和构件的不同耐火极限进行设计;受高温作用的结构,应根据不同情况采取相应的隔热防护措施。

参考文献

[1]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].

[3]CECS 102∶2002,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[4]GB 50018-2002,冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].

北新轻钢结构房屋篇8

北新房屋有限公司成立于2002年12月, 总投资4亿元人民币, 是中央企业中国建材集团 (世界500强第365位) 所属北新建材 (000786.SZ) 旗下轻钢结构房屋事业平台, 是中国最大的轻钢结构新型房屋公司, 拥有全球最先进的轻钢结构房屋技术, 是中国唯一拥有大规模建设能力和经验的新型房屋公司, 可在一年时间同时建设60万m2新型房屋。北新房屋致力于为城市别墅、旅游度假、学校医院、海外房屋、新农村建设、房屋改造等提供抗震减灾、节能环保的全套解决方案, 产品和服务已遍布全球多个国家和地区。

轻钢结构房屋体系代表了当今世界先进住宅房屋的主流趋势, 是对我国传统建筑方式的革命性突破, 与国家“四节一环保”的住宅产业政策相一致。公司于2002年底, 被建设部 (现住房和城乡建设部) 确定为中国住宅产业化基地。在建设部和各地主管部门的支持下, 北新房屋《薄板钢骨建筑体系技术规程》QBH-1-2003成功通过国家建设部审核, 也是中国迄今为止在薄板钢骨技术方面唯一获得国家建设部专家组认证的综合技术规程。同时, 北新房屋也是《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》JGJ 227-2011 (行业标准) 的主要参编单位, 各项技术指标远远超过行业标准。

二、产品体系介绍

北新房屋引进国际一流的产品设备系统, 结合中国国情开发适用性技术体系和房屋户型, 主要包括新型薄壁轻钢建筑体系、新型混合钢结构体系与新型钢结构体系三大技术体系, 依托中国建材自身新型节能环保建材产业优势, 在全国多个省市建造新型房屋样板基地, 全部实现工厂化生产的新型节能环保房屋。

1. 新型薄壁轻钢建筑体系

新型薄壁轻钢建筑体系是一个以结构技术为主, 兼顾建筑、内外装饰、保温隔音、水暖电气和建筑设备配套及生态学等方面的完整高效节能型绿色建筑体系, 体系采用0.8至3.3mm厚的镀锌钢板, 混轧成截面为C型和U型薄壁钢骨, 通过“工厂化”规模生产, 组合成墙板、楼板、屋架等构件, 在现场进行快速组装, 其生产和建造技术突破了我国传统建筑方式, 节能、环保、省地、结实耐用, 保温隔热、通风防潮、隔声减震、防火性能等级都优于传统砖混房屋, 能保证城乡居民房屋的舒适性和安全性。 (见图1)

新型薄壁轻钢建筑体系房屋不仅用钢量少, 兼具节地、节能、节水、节材、环保、防风、防震、防虫、防潮、防火、防腐、气候等多种优势, 使用寿命长达95年。

新型薄壁轻钢体系以轻钢结构为主体, 自重轻 (约为传统砖混结构的30%) , 可大幅减少基础造价, 各主要连接部分分别采用预埋不同的抗震连接件直接与地基紧密相连, 尤其适用于地质条件较差的地区, 地震反应小, 满足9度地震烈度设防要求 (约7～8级地震震级) , 可抵御12级台风, 屋面承雪量可达1000mm, 具有良好的抗震防风性能。

新型薄板轻钢新型房屋采用的结构钢龙骨为双面热镀锌钢带冷弯轧制而成, 镀锌量一般为180g/m2以上, 采用热镀锌螺栓, 镀锌层极大的自我修复功能可以保护钢材防止锈蚀, 同时围护材料不燃、不霉变、不虫蚀, 使用寿命可达70年以上。

新型薄壁轻钢房屋采用新型轻质维护材料, 设置通风间层, 形成会呼吸的墙体, 高品质材料的选择提高了房屋对水气、潮气的抵抗力, “呼吸性”材料保证了潮气一旦进入材料, 可以随着空气的流通而被带出。全球领先的“双保温”+“双隔层”墙体结构保温节能技术有效避免“冬天结露”、“夏天返潮”, 对流式外腔体隔层还能起到外墙防潮和室外隔热的作用;此外, 隔声减震效果达到5星级酒店标准, 可充分保证房屋的舒适性和安全性。

新型薄壁轻钢建筑体系的所有构件采用工厂预制的方式, 墙体、屋架在工厂内生产后移至现场吊装、拼接。一栋200m2的独立住宅, 5～7天即可完成主体结构的安装, 1个半月可完成整体粗装修, 极大缩短施工周期。

2. 新型混合钢结构体系

作为北新房屋特有产品, 其主体结构为钢框架, 采用薄壁轻钢作为其维护结构。该体系融合了各自的优势, 钢框架结构可以提供更大的使用空间, 增强了空间布置的灵活性。薄壁轻钢外维护体系, 则实现了干作业, 快速安装, 以及优越的保温隔热、防潮性能。同时, 两种结构的组合进一步提高了钢框架本身的抗震、防风性能。该产品多用于6层及6层以下民用建筑, 如公寓、酒店会所、办公室用楼、小城镇建设等。

3. 新型钢结构体系

新型钢结构体系是以钢结构为主体结构, 以金邦板为外饰面的复合保温墙体作为外围护体系。其整体刚性好、强度高、自重轻、变形能力强, 保温、隔热性能优越, 可抵抗12级台风;采用金邦板为外饰面, 色彩丰富, 款式多样, 现代时尚, 经久耐用。该体系适用于建造大跨度的库房及工业厂房等。面积约40000m2的密云厂房项目就是采用的新型钢结构体系。

三、住宅产业化实施情况

北新房屋在北京市密云县经济开发区占地300亩的北新国家住宅产业化基地建设了世界一流的轻钢房屋生产工厂, 依托北新建材覆盖全国内地和沿海地区的50多个产业基地, 拥有为全国及海外客户提供本地化生产、本地化服务、全球化物流供应的能力。公司拥有数套国际先进机器设备, 配合优化软件, 实现生产过程智能操作, “工厂化”规模生产, 产品质量稳定可靠, 精度高, 年产房屋约60万平方米。可提前在工厂完成墙板、楼板、屋架等构件的组装工作, 在施工现场进行快速吊装, 极大节省施工周期, 达到房屋质量可控、成本可控、工期可控与操作可控, 实现住宅产业化制造。

北新房屋以母公司北新建材拥有的墙体及吊顶系统、住宅部品及建筑节能系统和建筑外维护系统三大业务体系为强有力依托, 核心部品均为北新建材自行生产的龙牌系列产品, 此外, 完整的物流配套体系与专业的物流工作团队保证了北新房屋为社会提供高质量与高品质的新型房屋。公司以现代房屋制造业的标准化、精细化和定制化实现轻钢结构房屋规划、设计、制造、安装、售后服务于一体, 为客户提供房屋整体解决方案, 真正做到“像制造汽车一样制造房屋”。

北新房屋以发展“低碳、节能、环保”的绿色建筑为使命, 积极引领中国新型房屋的未来。一直以来, 公司立足于新型建筑材料、新型房屋结构的应用普及, 充分利用自身及北新建材的部品集成优势;结合快速安装、地理条件适应性强、综合成本较低等优点, 致力于向全球推广轻钢结构建筑, 在新农村建设、住宅别墅、酒店会所和海外住宅项目等领域都取得了一系列的骄人业绩。

1. 新农村建设

近几年来, 北新房屋紧跟国家政策, 积极运用绿色环保建筑体系与材料, 先后在北京门头沟、平谷、密云等地承建新农村住宅建设的项目, 充分让老百姓感受到新材料、新工艺、新技术带来的生活品质。

北新房屋有限公司与北京市密云县石城镇人民政府合作签订的石城镇石塘路整村改造项目在建中, 项目总建筑面积约8700m2, 拟建44栋双层房屋。该项目位于北京市密云县石城镇人民政府以北约300m, 密关路东侧, 采用北新房屋密云3#样板间双层单家独院式户型, 单栋建筑面积约为197平方米。户型平面布置紧凑, 采光通透, 布置合理, 为适应当地百姓生活习惯, 局部设计进行了调整, 在一层卧室设置节能环保的吊炕, 使百姓深刻体验与传统生活元素完美融合后的新型住宅带来的新生活。全新特色的节能房屋设计改建, 力求打造密云县石城镇石塘路新型民俗村。

该项目是北新房屋与石城镇政府立足于改善农民群众的居住环境响应了国家关于社会主义新农村建设号召的积极结果, 开拓了政企合作的新局面。作为国内首例大型新农村整村改造项目, 石城镇石塘路项目将成为今后城市新农村改造的标杆, 将为提高农村群众生活水平、加快农村建设步伐做出突出贡献, 有助于北京城镇经济实力的增强, 同时也标志着新型薄壁轻钢房屋全面走入“寻常百姓家”。

2. 高档住宅别墅

北新房屋具有国内一流、丰富的工业化房屋产品开发设计能力和经验, 能为客户提供优秀的选择方案, 高档住宅别墅设计风格别样丰富:厚重感十足、具有创意性的美式风格, 淡雅简约、追求以人为本的日式风格, 华贵大气、富有浪漫主义色彩的欧式风格, 庄重与优雅并重、古朴与现代糅合的中式风格, 可为住户营造不同的居住意境情怀, 确保产品的市场适应性和性价比优势, 同时具有经济型、标准型、豪华型的多种配置, 独栋、联排、双拼等各种建筑类型。例如北新房屋承建了美式风格的天津松江别墅项目, 建筑面积约6000m2, 日式风格面积达5000m2的大连樱花别墅项目, 约5000m2中式风格的武汉宝安山水龙城住宅项目等。

3. 低碳酒店会所

北新房屋具有多年的酒店会所承建经验, 累计建筑面积将近8万平方米, 新型建筑酒店会所在北京、河南、内蒙古等地处处开花。如今, 入住低碳环保酒店正在成为新的环保风尚, 2012年, 由北新房屋有限公司承建的内蒙古响沙湾莲花酒店正在引领低碳旅游时尚潮流, 成为低碳概念酒店的先驱实践者!

内蒙古响沙湾莲花酒店项目是北新房屋成立以来国内采用节能低碳技术建设单体规模最大的项目, 其总建筑面积约15900m2, 建筑造型前卫, 整体为一个莲花形状。该项目是国内唯一在沙漠中建造的四星级酒店, 其中部分设施遵循五星级酒店标准建设。

值得强调的是, 新型薄壁轻钢建筑体系的灵活适用的优势更是在沙漠项目中获得了充分的体现和肯定。该体系建筑对于施工条件、环境的要求较低, 广泛适用于平地、山地、坡地、海岛等复杂地势及多种地质土壤条件, 如沙土、软土、岩石等, 可大幅减少基础造价。

响沙湾沙漠莲花酒店是“中国首家低碳度假酒店”, 被人们称为“会呼吸的房子”, 这是人与自然达到高度和谐的绿色建筑, 不仅适合响沙湾发展的实际而且顺应了沙漠的建设特点, 同时也是北新房屋一次全新的跨越。

4. 海外项目

北新房屋充分利用自身及北新建材的部品集成优势, 结合快速简单安装、地理条件适应性强、综合成本较低等优点, 致力于向全球市场推广轻钢结构建筑。目前, 北新房屋经济型住宅已成功打入赞比亚、坦桑尼亚、尼日利亚等非洲、中东与亚太地区;同时, 轻钢结构别墅也稳定推向美国、俄罗斯、新西兰等欧美发达地区, 北新房屋产品和服务已遍布全球。

例如, 2011年北新房屋承建了赞比亚政府公共住宅项目, 当地政府计划在6个地块共计建设4527套住宅用于改善当地民居条件, 项目总建筑面积603962.57平方米, 分别分布在赞比亚首都卢萨卡的L85、Makeni、Opsd、Twinpalm地块、卡布维城镇的Chindwin地块和穆富利拉城镇的Tungap地块。经过近一年的谨慎细致的前期考察和多次商务洽谈, 北新房屋的新型薄壁轻钢建筑体系住宅以其工厂化生产制造的快捷特点、房屋优质特性以及公司强大的项目运行实力赢得了承建方及赞比亚政府的信赖, 合同金额达6.6亿元人民币。该项目是迄今为止北新房屋签约金额最大的项目, 在承办大型海外项目上具有里程碑意义, 成功地实现了北新房屋海外市场从孕育期走向成长期的跨越。

轻钢结构的发展现状篇9

一、多层轻钢结构施工技术具有的优点

1.1 自重很轻，抗震性能强。轻钢结构的材料要求是很高的，一般都是由一种很轻的高效材料组合而成，其构建性质也十分的特别，承载能力也是特别强，再加上自身较强的受力因素，进而保障了多层轻钢结构的综合刚度很大，同时具备很强的抗震基础，这样最大限度的节约了许多的施工材料，最有效的降低了结构自身的重量，此外还降低了基础，这样就为运输提供了方便，节省了大量的安装费用，是一种经济适合性结构。因此，对于时常发生地震、交通运输条件不是很方便的地区、地质条件较差的地区提供了选择。

1.2 具有优美的外观。多层轻钢结构具有外观简单但是丰富的特点，整个结构的尺寸较小，这样有效的节约了土地使用面积，因为轻钢具有很强的刚度，这样就有了柱网的空间，为工作人员施工操作提供了便利，可以将楼板进行组合，这样就提升了净高。该种建设方式的优点之一就是建筑结构较为开放，建筑大师可以充分在中间发挥自己的设计才能，同时又可以最大限度的满足业主对空间的需求。

1.3 施工周期不长。由于轻钢结构材料便于运输，运材料供应较快，安装也较为简单和便利，因此，和钢筋混凝土相对，整个施工周期起码要节约二分之一以上。当前金融结构在持续的提升贷款利率，所以这种结构具有短投入早汇报的特点，在可能的范围内控制了项目的造价成本，进而让投资效益最大化。

1.4 环境保护能力强。轻钢结构在建设的过程中，与钢筋混凝土相比，其所需要的材料较少，能源需求也更少，在建造过程中产生的粉尘以及施工垃圾都很少，施工过程中产生的噪音等也很小，剩余材料的二次利用性能也较高。因此，多层轻钢结构是一种既环保同时又高效的方式。

二、多层轻钢结构在建造时容易出现的问题以及解决举措

2.1 在设计方面。在目前的国内，多层轻钢结构建筑在应用方面还有许多地方需要加强，很多关键性技术依然处于初级阶段，很多技术还没有规范，还需要进一步的完善，此外，多层轻钢结构在设计、建造等方面的问题都还很多，还有许多的问题需要去处理，比如：多层轻钢结构的施工、多层轻钢结构的承重结构体系、以及后续的结构维护维修等等，这些问题目前都还处于技术人员研究试验阶段。在这个设计部分，最主要的问题就是组合楼盖和杆件节点的环节，下面就对设计问题进行详细的浅析：（1）支座计算简图。在设计多层轻钢结构建筑的过程中，设计人员时常将整个框架结构的支座设计为固定的链接，然后，在多层轻钢结构建筑的施工实践中，钢筋混凝土那样的结构到是很容易进行链接，但是，普通钢结构是很难就这么好的特性的。此外，钢材都是有腐蚀性的，并且钢材的腐蚀性是不容易预防和控制，所以，在设计时，要想将钢柱锚埋入地基中基本是不可能的，通常的处理方式是，将钢筋锚安置在地势较高一点的混凝土地基上，将二者链接起来，但是，这种方式很难保障其稳定性，整个链接不那么容易接住，通常会因为施工过程中出现松动，此外，部分混凝土浇筑、养护工作不科学，地基又出现下沉等，使得整个桩基的相接处无法固定在一起。（2）混凝土与压型钢板组合楼盖设计。参照施工规范要求可以看出，组合楼盖在选择材料时，一般都会选择压型钢板，因为选择压型钢板可以不需要设计链接钢筋，而叠合面上产生的纵向剪力可以借助该剪力直接达到钢板上。但是，在实际的施工实践中，钢板是不会透水的，在加上外围有一层防护层，这就极大的削弱了接触面的作用，此外，在该位置上，混凝土的高水灰比也会出现下降。与此同时，参照组合楼板的特性，可以将永久模板利用起来，因此，压型钢板时常会被作为模板加以利用，让材料得到了多重利用。

2.2 多层轻钢结构建筑的施工。（1）在多层轻钢结构建筑中，构建节点是很多的，其中最为主要都有主梁、框架柱、连续次梁节点等等。按照施工设计要求，以上节点全部都是刚性节点，在设计时，基本都是设计的按照焊接的方式或者用螺栓的方式作为连接点的，只是焊接可以在工厂进行操作，施工现场只需要不螺栓上好便可，这样就有效的保障了施工的质量。多层轻钢结构的跨度必须控制在一定的范围之内，通常是在八米上下，从经济利益的方面来说，是能直接焊接的，也就是将组合工字钢焊接成为H型钢，而板面通常会打几个孔，从而上好螺栓，然后，通常会因为下料的时候出现误差，或者是材料放线的时候出现了误差，造成焊接口出现了很大的缝隙，从而不能保证整个焊缝的质量，最后出现了各种各样的焊缝问题需要解决，以至于次节点钢接基本不能形成，从而为结构埋下了安全性的缺陷。由此可见，在施工的过程中，需要保证构建的位置准确无误。（2）关于抗剪栓钉施工。在进行抗剪栓钉施工施工时，必须严格执行施工规范要求，在这个过程中，焊接时间和焊接电流必须做好相应的选择，栓钉伸出去的长度必须要做好相应的控制，而且最后必须进行检验，在合格以后才能保障整个栓钉的焊接质量过关。以上这些问题只要有一个出现，可以立即采取相关措施进行补救，对于尚未焊接到位的栓钉，可以进行打掉，重新施工焊电流，同时对焊钉的高度进行加高，并且对施焊面打磨平整，如果有凹面，应当采取焊填的方式进行修补，施焊必须控制在规定的时间范围内，如果出现焊接问题，通常都是因为焊接时间过长或者焊接电流过大等造成的，而一旦出现了情况，对组合板不产生影响的，也必须采取措施进行修补，但是必须对每一个环节的检查到位，如果发现有会造成不良后果的，需要立即采取措施进行处理。

总结

综上所述，在目前的国内，多层轻钢结构建筑已经进入了一个快速发展的时期，特别是在多层房屋建筑中应用得已经较为广泛，但是，一些崭新的问题在不断的出现，相关的施工人员必须对这些问题进行分析和总计，努力创新施工技术，让该结构房屋在设计环节和施工环节的更进一部，让国内的多层轻钢结构房屋建设赶上国际水平。

参考文献

[1]王钰.轻钢农宅的标准化设计与多样化应用研究[D].清华大学，2012.

[2]刘亚林.低层冷弯薄壁轻钢结构体系在灾后重建中的实践与应用[D].西安建筑科技大学，2011.

[3]徐家麒.预制装配式建筑精细化设计研究[D].吉林建筑大学，2013.

轻钢结构防止局部屈曲的加固分析篇10

1. 1 截面尺寸及模型参数的确定

轴心受压情况下, 为保证卷边槽钢最终呈现畸变屈曲, 通过对已有研究成果以及有限元的初步模拟确定截面尺寸为: 腹板高 × 翼缘宽 × 卷边高 × 板厚= 120 × 100 × 12 × 1. 5 ( mm) 。槽钢长度由畸变屈曲卷边槽钢的半波长 λ 确定, 根据Lau和Hancock公式[1]:

式中, Ix为翼缘与卷边部分截面对x轴的惯性矩 ( 图1b) , Ix= a3t ( 4 + a / b) /[12 ( 1 + a / b) ]; h为腹板高度; b为翼缘宽度; a为卷边高度; t为壁厚。

将h = 120 mm、b = 100 mm、a = 12 mm、t = 1. 5 mm代入, 可得 λ = 622 mm。为了得到一个完整的屈曲波形, 槽钢长度最少为622 × 2 = 1 244 mm, 考虑端板约束的影响, 取卷边槽钢长度为1 500 mm。

卷边槽钢材料特性: 弹性模量E = 2. 06 × 105MPa, 泊松比v = 0. 3。为便于加载, 在槽钢两端设置端板, 端板尺寸为: 150 × 150 × 15 mm。端板的材料特性和卷边槽钢相同[2]。计算模型见图1。

本文中对卷边槽钢板件的模拟采用S4R壳体单元, 对端板的模拟采用C3D8R实体单元, 可以使对位移的求解结果较为精确, 网格存在扭曲变形时, 分析精度不会受到大的影响[3]。

网格均划分为10 ×10 mm, 与网格划分为5 ×5 mm的计算结果相差不到3%。为节约计算时间, 采用10 ×10 mm网格。

1. 2 边界条件及加载方式的处理

槽钢两端与端板, 槽钢与隔板之间采用Tie的处理方式[4], 对于两端的边界条件, 刀口支座与端板的接触可以简化为一条很窄的面, 为了实现铰接的边界条件, 在加载端约束接触线上所有节点x、y方向 ( 见图2a) 上的平动自由度, 在另外一端约束接触线上所有节点x、y、z ( 见图2a) 方向上的平动自由度。

由于ABAQUS中不方便施加线荷载, 对加载方式进行了适当的简化, 采用集中力加载。在进行线弹性分析时, 加载方式不同对分析结果的影响较小 ( < 2% ) 。

2 加设隔板提高卷边槽钢畸变屈曲承载力

为提高卷边槽钢的畸变屈曲荷载, 如果采用限制截面尺寸的方法, 将影响其适用性与经济性。针对卷边槽钢畸变屈曲时的变形特点, 在腹板与翼缘相交棱线处增设隔板的措施可有效提高其承载力[2]。隔板沿着槽钢长度方向, 在一倍畸变屈曲半波长 ( 约650 mm) 、1 /2 半波长、1 /3 半波长处设置。设计了3 种形式的隔板 ( 见图2b ~ 2d) : 三角形60 × 50 × 1. 5 ( mm) 、梯形100 × 60 × 12 × 1. 5 ( mm) 和矩形120 × 100 × 1. 5 ( mm) 。隔板布置见图2e。

2. 1 隔板形式对畸变屈曲的影响

在1 /2 半波长处布置隔板的情况下, 不同形式的隔板对槽钢畸变屈曲荷载的提高效果见表1。

注: 括号内为设置隔板后屈曲荷载提高的百分数。

可以看出, 设置隔板以后, 基本屈曲模式没有改变, 仍然是畸变屈曲, 但是, 畸变屈曲的位置发生了变化, 屈曲半波数由两个变为四个 ( 见图3) , 提高了卷边槽钢的屈曲荷载, 幅度为10%~30%, 以矩形隔板效果最佳。

2. 2 隔板间距对畸变屈曲的影响

隔板的间距也是影响加固效果的一个重要因素, 通过对图2d所示矩形隔板采用不同的间距: 一倍半波长、1 /2半波长和1 /3 半波长分析轴心加载工况下的加固效果, 具体数据见表2。

注: 括号内为设置隔板后屈曲荷载提高的百分数。

根据表2 可以看出, 当间距为一倍半波长时, 提高幅度为7% , 加固效果不明显, 采用1 /3 半波长时, 屈曲荷载提高最大 ( 46. 57% ) , 但用钢量增加7. 75% , 当采用1 /2 半波长时, 屈曲荷载提高31. 24% , 用钢量增加4. 65% , 在1 /3 半波长的情况下, 屈曲荷载相比1 /2 半波长增加11. 69% , 但用钢量增加了66. 67% , 故采用1 /2 半波长加设矩形隔板比较经济。

2. 3 偏心受压情况下的比较

选取图2d所示的矩形隔板, 间距为1 /2 半波长, 沿对称轴、槽钢开口方向加载。通过有限元模拟, 得到了偏心为10 ~ 100 mm时的受压畸变屈曲荷载, 具体数据见表3。

通过表3 可以看出, 在偏心受压状态下, 加设隔板, 对提高卷边槽钢的畸变屈曲荷载效果很明显, 且随着偏心距的增加, 提高幅度增大。主要原因在于, 偏心受压下, 卷边槽钢更易于趋向畸变屈曲, 而设置了隔板后, 改变了畸变屈曲的半波长度以及半波数, 使得卷边槽钢屈曲荷载得到显著提高。

注: 提高幅度为相同偏心距下, ( 加设隔板的屈曲荷载- 无隔板的屈曲荷载) /无隔板的屈曲荷载 × 100% 。

3 结论

1) 卷边槽钢中加设隔板的加固方式, 可以有效地提高其畸变屈曲荷载。在不同形式的隔板中, 矩形隔板对屈曲荷载的提高最大, 隔板间距取1 /2 半波长时, 畸变荷载提高31. 24% 。

2) 在三种间距的隔板布置之中, 采用一倍半波长加设矩形隔板时, 屈曲荷载提高较少; 间隔1 /3 半波长时, 荷载提高最大但用钢量增加较大; 采用1 /2 半波长时, 相对比较经济。

3) 在1 /2 半波长设置隔板情况下, 随着偏心距的增加, 矩形隔板对屈曲荷载的提高越明显。

4) 本文仅针对弹性情况进行了分析, 值得说明的是, 在弹塑性条件下对加设隔板的构件进行分析后发现, 弹性条件下的规律仍然适用。

参考文献

[1]Lau SCW, Hancock GJ.Distortional buckling formulas for channel columns[J].Journal of Structural Engineering, ASCE, 1987, 113:63-78.

[2]王广.冷弯薄壁卷边槽钢受压畸变屈曲性能分析[D].杭州:浙江大学, 2007.