钢结构建筑工业化

钢结构建筑工业化（共12篇）

钢结构建筑工业化 篇1

1 钢结构建筑工业化的应用优势

建筑工业化的重要组成部分是建筑结构的工业化。目前, 我国城市的建筑结构基本上是两大类, 即钢筋混凝土结构及钢结构 (包括钢-混凝土混合结构) 。进入21世纪, 我国钢铁工业发展迅速, 钢产量年产量已迈入亿t, 创世界第一, 平均每人每年超过0.5 t。我国钢结构建筑也越来越多, 不仅在超高层建筑中使用, 还在低于百米的钢结构住宅小区中使用。尽管钢结构造价高, 但还是具有其他结构不可比拟的优越性, 特别是近十年来我国大力发展以钢管柱为主的钢混结构, 并在钢筋混凝土核心筒施工中采用液压爬模新工艺, 充分显示了这类结构对建筑工业化发挥的巨大作用。无论从提高劳动生产率、节约人工、提高工业化、装配化、机械化水平和加快施工速度以及实施绿色施工都具有显著的优势。

但由于我国发展钢结构的时间只是近20年, 就钢结构工程中如何与建筑工业化结合, 做得还远远不够, 从而未充分发挥和利用钢结构在建筑工业化中的独特优势和不可比拟的有利条件, 因此, 认真总结近20年来推广钢结构的经验, 学习国外先进经验, 继续研发、推广有关钢结构的新技术、新工艺, 充分发挥钢结构优势、努力降低工程成本、进一步解放思想, 提高钢结构的建筑工业化水平, 以促进钢结构更加健康的发展。

2 钢结构建筑工业化应用建议

2.1 设计定型标准化

设计定型标准化是发展建筑工业化的前提, 钢筋混凝土结构如此, 钢结构也应如此。目前, 我国已建成的高层或超高层钢结构建筑大部分都是办公用房和商住楼, 从平面布局来看, 中间是核心筒, 外圈是柱网, 其平面布局基本定型, 区别只是梁的跨度不同, 层高不同, 荷载有差异, 因此梁板可设计不同长度的标准梁、板、柱, 可根据建筑物的不同高度设计几种标准构件图。总之, 用标准构件组合成各种不同布局的平面, 目的是为更有利于钢结构工厂的制作和生产, 减少钢材的品种和规格。

钢结构高层建筑柱网由地下室车库的尺寸决定的, 柱距都有明确的规定要求和范围, 如停4辆车为8.4 m左右, 进深也有要求, 这对上层柱网相应设计定型标准化十分有利, 核心筒除总高超过200m的超高层建筑外, 也可按地区实行标准化设计控制墙厚, 这对液压爬模施工非常有利。构件设计的标准定型化可先从钢结构的水平构件下手, 至于柱高标准定型化较复杂, 但除超过200 m总高的超高层建筑以外, 对柱截面尺寸基本上可以确定几种规格, 如圆截面钢管混凝土的尺寸可按高度定几种规格尺寸, 以便工厂加工, 至于钢结构的水平构件包括楼梯, 完全可实行构件标准定型化, 以便工厂加工制作。

2.2 设计使用钢管柱

建议采用钢管柱, 钢管混凝土柱一般使用的是圆钢管, 现在有些工程图也采用了方 (含长方形) 钢管, 不用支模, 也无须搞复杂装修, 柱与水平结构连接也较方便, 进度快, 混凝土浇筑采取顶升工艺, 质量有保证, 工厂加工钢管可将梁的钢托座先焊在钢柱上, 主梁上支承次梁的托座也可在工厂内预先焊上, 到现场即可迅速通过螺栓进行安装, 钢管柱可2或3层连成一根进行安装, 柱内混凝土可一次浇筑2或3层, 这样可大大加快进度, 钢管外侧的防腐、防火涂料, 甚至装饰均可在工厂内完成后运至现场安装, 但安装完毕后, 还须进行修补, 运输中以及安装后也必须注意成品保护。采用型钢+钢筋作为骨架的劲性混凝土柱最好不采用, 因该工艺复杂, 还须大量的深化设计解决梁、柱接头问题, 增加柱支模及混凝土养护等工艺, 工艺复杂不宜采用。

2.3 用钢杆件制作水平构件及楼梯主次梁

建议水平构件及楼梯主次梁采用钢杆件, 一般用H型钢。在钢结构住宅中因不做吊顶也可考虑用方钢管作梁, 但不宜再设置次梁, 梁的跨度不宜过大, 以不超过9 m为宜。最好能定型几种适合钢结构工程中梁的型钢规格, 专供钢结构工程使用。一般钢结构的主梁一端支承在外柱上, 另一端支承在核心筒剪力墙上。梁与核心筒的连接以预埋件上焊钢托座的连接工艺为主。

钢结构的楼板最早采用的是压型钢板作永久模板, 最近出现带底板 (钢板) 的钢筋桁架作永久模板。钢板底板与钢筋桁架焊接成为整体, 在钢板底板上浇筑混凝土。这两种工艺都是可行的, 都可取消混凝土楼板的支模工艺, 只是在板底下设置极少量立柱支撑即可, 基本上消除了模板工艺, 但成本较高。为更简化一些也为降低陈本可采用“混凝土叠合楼板”工艺, 在非地震区 (或地震区采取一定的措施) 也可采用整块预制大楼板 (两面光) 并与钢梁采取一定的锚接措施, 为减轻自重和隔声要求, 也可采用轻质陶粒混凝土 (可采用粉煤灰陶粒, 混凝土强度达到C20~C40) 。另外, 可结合钢结构体系研究使用由钢骨架组成的由小块预制板组成的架空地板楼面以满足各种智能化建筑的要求。

2.4 设计预制墙板做围护结构

就建筑工业化来说, 钢结构的围护墙宜向三合一 (即围护结构、保温、装饰三合一) 的预制墙板方向发展, 具体建议如下。

(1) 三合一预制混凝土外墙板, 北京在20世纪已使用过, 效果不错, 有待进一步改进。

(2) 钢框骨架岩棉或其他A级保温材料夹芯、双面装饰板外侧可采用各种饰面材料的三合一外墙板、这种外墙板可在钢结构制造工厂生产, 运至现场安装, 在20世纪90年代, 在美国已普遍使用, 最大块体可达9 m×4.5 m。

(3) 带有钢筋混凝土或钢骨架的加气混凝土或发泡水泥的整块外墙预制墙板 (带装饰面) 。

(4) 陶粒混凝土带饰面外墙板:陶粒采用粉煤灰陶粒 (国内已有采用进口设备生产) 符合废物利用及环保要求。

(5) 玻璃幕墙:宜推广整块单元式玻璃幕墙, 采用反射玻璃, 内部做保温层。各种轻质条板:类似铝合金幕墙的条板尽量不用。

以上各种外墙板均为整块挂板, 在工厂中预制, 有些外墙板也可在小区现场或地下车库内生产以降低成本, 在日本及美国都有这种生产方式。

2.5 核心筒施工工艺

目前, 核心筒有全钢筋混凝土、劲性混凝土、钢板混凝土或全钢板核心筒。在200 m以内的核心筒一般均为钢筋混凝土或劲性混凝土, 完全可采用液压爬模工艺, 为防止混凝土开裂, 混凝土强度等级宜控制在C50以下, 每m3水泥用量控制在250 kg左右, (C50在不少工程中水泥用量仅220 kg/m3) , 必须特别加强养护, 采用自动喷雾养护法。混凝土运输应采用泵送混凝土, 目前, 我国最高泵送混凝土高度可一次性直接泵送到600 m左右。钢板夹心混凝土剪力墙核心筒日益增多, 但裂缝不易控制, 最近有的工程采取了钢板加温、加强混凝土养护以及用保温等方法控制混凝土内及表面以及混凝土表面与大气之间的温差 (20℃) , 取得了成功, 值得借鉴。

2.6 内隔断墙及吊顶应用建议

内隔断墙及吊顶可采用轻钢龙骨硅钙板 (或石膏板) , 岩棉夹心等轻质隔墙, 也可采用轻质混凝土预制条板 (两面光不抹灰) , 轻骨料可采用粉煤灰陶粒, 实行干作业, 取消砌筑抹灰, 局部内隔断墙也可采用简易可移动的木制或铝合金玻璃隔断。总之, 内隔断墙应采用轻质、预制、干作业、运输安装简便符合防火等级且易于灵活搭拆的隔断墙。

关于室内吊顶宜采用轻钢龙骨矿棉等吸声功能好的轻质面板, 一般钢结构办公用房也可以采取不做吊顶的方法, 只是将顶板及所有管线 (除通风口、灯具外) 全部使用黑色涂料罩面, 实践证明这种做法不仅可降低工程成本且可扩大室内空间、实用宽敞, 建议推广应用。

2.7 钢结构地下工程施工工艺

一般钢结构高层建筑下部及其地下四周均设有地下车库和裙房, 这一部分如何实行工业化施工, 现提出以下几点建议, 此建议也适用一般R·C结构高层或超高层建筑中应用。

2.7.1 取消混凝土伸缩后浇带

取消混凝土伸缩后浇带, 并有条件地取消或提前浇筑沉降后浇带, 前者用跳仓法施工工艺代替伸缩后浇带。而沉降后浇带应根据该工程的基础设计及地基情况考虑取消或提前封闭。该项技术近几年发展很快, 全国已有近100多个工程, 北京也有60多个工程取消了后浇带, 效果甚佳。北京已编制了超长大体积混凝土跳仓法技术规程地方标准, 这将大大有利于工业化施工及绿色施工。

2.7.2 优选地下防水工艺

要优先选用符合工业化施工的地下防水做法, 地下防水工程涉及建筑物安全, 与结构工程有几乎同等重要的地位, 传统的防水工艺多半是劳动条件极差、用工多、工期长、环保条件恶劣、完全不符合建筑工业化的要求。近20多年来, 防水技术发展很快, 应认真优选一下新材料、新工艺和新技术, 淘汰一些传统的工艺, 结合钢结构工程的建筑工业化, 由于地下防水工程量大、工期长、埋设深, 操作条件差等特点, 有必要优选适合这些条件的防水工艺, 特别是量大面广的地下工程的外墙防水工艺, 不易采用卷材型的防水技术, 因卷材在立墙粘贴方面难度大, 不易粘贴严密, 宜采用非固化橡胶沥青或渗透结晶型等防水材料, 也可采用一些有成熟经验的刚性防水技术, 如FS101+FS102以及将赛柏斯防水剂直接掺入混凝土内的刚性防水技术。

2.7.3 无梁楼盖

在地下车库中推广无梁楼盖 (即板柱结构) , 降低层高, 简化工艺, 减小地下部分埋设深度, 降低成本, 无梁楼盖还可简化模板工艺, 方便施工, 提高工效, 同时也可加快工程进度。

2.8 预制组合立管技术

预制组合立管技术是将一个管井内拟组合安装的管道作为一个单元, 一个或几个楼层分为一节, 节内所有管道及管道支架预先在工厂制作并组合装配, 运输至施工现场进行整体安装成组管道, 各种水平管线也都在工厂内进行预制, 运到现场进行安装, 此工艺大大提高了劳动生产率和机械化施工水平。

2.9 住宅工程工业化施工

近几年来, 我国先后建设了一些钢结构住宅产业化示范小区工程, 如“钱江世纪城人才专项用房住宅小区”及万郡·大都城钢构住宅小区 (包头) , 该两个住宅小区共拥有超百万m2, 几十幢26~33层的高层住宅建筑, 都采用了钢结构体系, 有钢框架-型钢混凝土核心筒和钢框架-钢支撑体系两种结构形式;楼板选用工厂化生产的钢筋桁架承板;柱采用方钢管混凝土柱;内隔板和外墙板均采用由CCA板复合轻质灌浆墙, CCA板是以木浆纤维、硅酸盐水泥、精细石英砂, 添加剂及水等物质经精确配料、高温高压水、热环境蒸压养护而形成稳定结晶体的高薪技术产品, 内隔墙系统可由CCA板固定在轻钢龙骨上形成的非承重体系。

2.1 0 装修、装饰工程

钢结构和钢筋混凝土结构在装修、装饰方面并无多大区别, 可以采用钢筋混凝土结构的模式, 但在钢结构体系中建议加快将立体构件进入工业化部件体系的步伐, 尤其在住宅工程中, 立体构件就是三维预制件, 最具代表性的就是卫生间、厨房、垃圾管道等。预制卫生间围护墙可使用混凝土或轻钢骨架覆膜板制成, 也可采用玻璃钢, 顶棚用铝合金龙骨覆以PVC装饰板, 地面、墙面及面盆、马桶均可按设计标准在工厂内全部组装完毕运至现场一次吊装完成, 实践证明厨房和卫生间做匣子结构不但可达到缩短现场作业时间、提高劳动生产率、节约劳动力的效果, 也可有效提升产品质量。

2.1 1 坚持立体交错作业加快施工进度

钢结构最突出的优势除了工厂化、机械化和装配化水平高这个优势外, 就是有利于进行立体交错作业加快工程进度、钢结构工程在完成上层楼板混凝土浇筑后, 可立即进行该层室内许多分项工程, 如内隔墙、机电管线安装及各种粗装修工程等, 外墙围护工程也可由下而上进行安装, 由于室内粗装修、机电设备管线、装饰等项目繁多, 因此, 须按合理施工顺序安排好室内各项目工序, 组织好劳动力, 保证物资供应, 逐层随结构向上推进, 进行立体流水作业, 这样, 当结构完成后不用多久室内外装修、装饰及机电安装也可很快完成, 国外有的工程上面还在搞结构而下部已可竣工使用了;此外, 对核心筒的立体交错作业尤为重要, 该部位结构、装修、机电均很复杂并占工期长, 须精心安排好立体交叉作业, 以便工程顺利竣工。

3 结束语

发展钢结构工程是实现建筑工业化 (尤其是结构阶段) 的重要途径, 它具有独特的优势, 预计今后不久, 不仅在高层、超高层建筑中会大面积采用钢结构, 即使在多层或单层建筑工程中也会相继选用, 因此在设计方面, 尤其是钢结构构件的结构设计, 应深入研究、努力创新, 使钢材用量和钢结构造价能降下来。在钢结构构件的连接技术方面还需进一步研究创新。

今后钢的产量还会增加, 而人工工资肯定也会迅速增加, 并且对绿色建筑 (四节一环保) 和环境保护也更进一步严格要求, 这对进一步发展钢结构和推动建筑工业化的发展都十分有利, 但是钢结构并不是所有建筑都适合采用的, 特别受到造价的影响, 希望建设单位和设计人员在与钢筋混凝土结构对比条件差距不太大时, 能优先选用钢结构, 从长远来看, 随着建筑工人工资的增长和充足的钢材资源, 再通过钢结构设计人员的优化和施工的不断创新, 钢结构在建筑工业化方面是大有可为的。

参考文献

[1]杨嗣信.对发展建筑工业化的几点意见[J].建筑技术开发, 2015, 42 (1) :4–6.

钢结构建筑工业化 篇2

结构优化与建筑美学的矛盾在当前工业建筑结构设计优化过程中尤为突出。通常在结构设计中很难做到对结构强度、建筑性能、实用性与现代设计理念、建筑美学兼顾。过多关注设计理念与建筑美学的优化，会造成设计方案对结构布局、工艺流程的考虑不足，使得优化方案缺少实用性，对工业生产的提升效果不明显，很难得到企业的认可。另一个主要问题是工业建筑结构设计方案中工程造价优化与结构强度优化的矛盾。钢结构的设计除了要保障刚度、强度的同时还要做到兼顾经济合理性。如何在保证设计要求的情况下尽可能优化结构工程造价、减少钢材使用量，也是设计人员在工业建筑结构设计优化中主要考虑的问题。

现代工业建筑物结构设计优化分析 篇3

关键词：工业建筑；结构设计；优化

1工业建筑结构设计优化中需要注意的几点问题

1.1钢结构与工艺设计的协调性

很多工业建筑的钢结构设计质量相对较差，主要体现在钢支架的分布不合理、墙体的规格参数不满足标准要求等。钢结构的建筑包括很多方面，设计者需要根据企业的使用需求来进行合理的结构选择，对于一些相对较大的结构需要采用合理的网架结构从而能够更好的减少建筑整体的压力。另外，在结构的选择上也可以通过使用不同的材料来实现支撑结构，这也是降低建筑压力的重要措施。如无缝钢管有着很好的空截面，在进行输送流体时可用作管道；钢管和轻钢等相比，强度相对较弱，但是其质量相对较低，稳定性相对较好。所以，设计者在设计过程中，首先要考虑设计的工艺需求。对于整体的结构设计，在方案选择中就要广泛的选择，同时多了解工艺的布置，明确工艺使用的具体条件，从而能够减少施工中出现的不必要的问题。

1.2影响结构计算的因素多

结构设计的结构计算是一项重要的步骤，大多数的设计者都会采用计算结果来进行分析和评价，从而对结构设计的合理性进行判断。而影响结构计算的因素相对较多，其结果也直接关系着施工工艺的荷载问题，对于整个结构设计来说有着非常重要的作用，因此就要全面的进行综合考虑，把影响结构计算的因素全面的考虑在内。另外，很多建筑的设计构件都能够达到使用的需求，但是很多问题都出现在节点上，在发生外界干扰时，这些节点很容易发生问题，不能够承担起高符合的作用，而建筑的梁柱中心线通常都是不重合的，这样对节点的压力也相对较大，从而使整体的性能受到影响，所以，对于这些额外的影响因素应当格外的注意。

1.3建筑的防火设计问题

钢结构的工业建筑在防火的能力方面相对较差，钢材在受热的过程中，其抗拉的强度会逐渐降低，从而出现变形的现象。而在温度过高时，钢材的强度就会随着温度的变化而逐渐的软化，从而失去了其应有的作用，导致建筑发生坍塌。所以，我們一方面要意识到钢结构工业建筑防火能力差的特点，同时还要明确钢结构的耐火要求。当前，钢结构的建筑通常都会在钢结构材料中加入防火的涂料来作为防火的保护措施，在发生火灾时，这些涂料能够为钢结构提供一层隔热膜，从而加强钢结构的抗热能力，也能够更好的满足国家的相关规范要求。

2工业建筑结构设计优化分析

2.1满足工业建筑结构安全性能、设备布局及人员通路需求

现代工业建筑结构设计优化理论指出，设计优化的主要目标是在保障建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下，通过优化工作实现最经济的工业建筑投资预期效果。根据工业建筑物的使用特点及设计特点，优化工作需要从每一个环节及步骤的分析入手，深入挖掘。但是，在优化过程中不能以牺牲结构安全度及抗震性来实现经济效益。设计师需要通过对工业建筑投资建设的目的进行深入掌握，以实质内涵的理解及灵活的优化方法为基础，实现优化目的。优秀的工业建筑结构设计优化是美观与实用、经济与质量相结合的系统工作，以满足工业建筑结构安全性能、设备布局及人员通路需求为基础的活动。工业建筑结构设计优化活动以设计方案为基础，以工艺需求及设备布局为重点，实现工业建筑物内部生产及管理活动的需求。

2.2建立工业建筑结构设计优化模型，提高优化质量

为了实现科学的工业建筑结构设计优化工作，在优化工作开展前应建立结构设计优化模型。从诸多变量参数中选出重点参数，并建立函数模型，以此为基础实现最佳优化方案。在这一过程中，应首先确定各种变量是重点，针对影响工业建筑结构设计的重点确定模型中参数内容。其次，选定函数模型及优化方向，以此使各类约束性条件符合既定标准，满足优化工作需求。

2.3建立完善的优化管理体系，保障工业建筑结构设计优化质量

在目前的工业建筑结构设计优化中，由于优化活动缺乏统一的指导、缺乏具体的管理，常会造成优化质量效果不明显的问题。因此，现代工业建筑结构设计优化必须建立相应的管理体系，且该体系具有动态完善性。通过对管理体系的实时评测，及时掌握管理体系中存在的问题，并采取针对性措施对管理体系进行完善，以此实现管理目标。另外，对相关的岗位工作人员也应采取相应的管理方式，以岗位职责的不断完善，指导设计优化人员的具体工作，实现对工业建筑结构设计优化质量管理目标。

3工业建筑设计优化举例

3.1电厂煤斗

煤斗属于大型设备，具有体积大、高度高的特点，会产生水平地震作用。对其支承构件造成的附加弯矩、扭矩等内力，则需要相应的计算补偿其附加内力。具体做法为：在设备重心位置增加设置支承结构，降低附加内力；在支承梁杆轴心垂直的方向增设梁结构，使支承梁的扭矩转成为作用于梁上的弯矩。而梁的抗弯能力是非常强的，从而使危险转移；支承结构抗扭配筋加强，楼板强度加强。

3.2磨煤机隔振

火电厂的发电离不开将煤炭作为燃料，磨煤机是重要的设备工具。振动程度较大会干扰其他设备的正常运行，尤其是配电装置和发电机组所在的控制室。为了解决这些外界干扰问题，弹性支承系统应运而生。该系统隔振能力较好，使用弹簧隔振器来消除振动的影响效果明显。通过实际证明，磨煤机基础采用弹簧隔振系统后，与常规块式基础相比具有许多优势。

（1）采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础台座的体积或重量大约只有常规基础块的一半，因而减小了占地空间，有利于工艺布置。

（2）采用弹簧隔振系统后，减小了磨煤机产生的振动，减小了磨煤机对周围建筑及工作人员的振动影响，不会有明显的振动传递到主建筑上。基础的隔振效率可达到90%以上，并可降低噪声。另外，由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏和由于振动而造成的火力发电厂的运行事故也可以避免。

（3）由于磨煤机基础台座与锅炉房建筑结构分离，磨煤机基础的施工相对独立，并有很大的灵活性。磨煤机基础的施工可以交叉进行，可以缩短施工周期。

（4）简化磨煤机的调平，其基础沉降可以通过弹簧隔振器得到调平。

（5）采用弹簧隔振系统后，磨煤机本身所受的动荷载很小，降低了磨煤机的磨损，使磨煤机的运行可靠性提高，同时还可以延长磨煤机的使用寿命，延长磨煤机的大修周期。

（6）与常规基础相比，采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础的振动具有可控性。采用弹簧隔振基础后，传到基础下面的荷载较小，因而可以减少地基基础的处理费用。

3.3吊车水平载荷

很多工厂的生产都需要吊车运送沉重的货物，吊车载荷分为水平和竖直两个方向。SAP2000在结构分析中能够将吊车的水平载荷以等效静载荷的形式施加在排架柱上，竖直载荷则通过移动静载荷方式施加。具体步骤为：纵向水平载荷的标准值确立；横向水平载荷的标准值确立；吊车水平载荷施加；吊车竖向载荷施加；吊车载荷输入。SAP2000中的桥梁模块能够对吊车载荷结构进行整体优化，减少数据计算人员的工作量。提高工作效率，完成优化的设计需要。

参考文献

[1]SAP2000 中文版使用指南（第二版）[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

钢结构住宅建筑体系产业化 篇4

1. 钢结构住宅建筑体系相关内容概述

根据内容不同，钢结构住宅可划分为主体结构、防火、防腐和墙板等建筑体系，其中，钢结构住宅主体结构主要包括如下几种类型：

1.1 钢框架体系

本体系中，框架柱和框架梁承受水平方向和竖直方向的荷载，是受力构件中最重要的部分。楼板的设计中，现浇板和压型钢楼板使用较多。内墙建筑多使用轻质量的隔板而外墙建筑多使用砌块砌筑的方法。

1.2 钢框架一剪力墙体系

在此体系中，最为常见的剪力墙当属钢板结构以及现浇混凝土钢筋剪力墙。为了增强建筑住宅的坚固性，布置好钢结构框架之后，可以沿柱网轴方向再添加一些剪力墙。拥有剪力墙的钢结构建筑不仅扩大了可利用面积，增强了坚固性，也使住宅设计变得更自由。

1.3 钢框架一核心筒体系

同剪力墙体系一样，在钢结构中心部位的周围添加现浇的混凝土，并将其墙体围成筒状结构。在核心筒结构体系中，由于钢材料具有高强度和轻质量等优点，而且建筑中钢梁和钢柱的横截面积很小，所以，采用了此体系的住宅的结构会更加的牢固，内部可使用空间也会更大。

1.4 交错桁架体系

在本体系中，桁架杆件的作用发挥得特别充分，但是腹杆太多的话，住宅的建筑设计和结构布置会受到影响。楼面板、柱子和钢结构桁架组成了交错桁架结构体系，四周有柱子，中心没有，特别适合学校、旅馆等建筑。

1.5 轻钢龙骨体系

本体系有冷弯钢和热轧钢两种龙骨体系，能满足不同荷载、不同构件和不同结构部件的需求。

2. 钢结构住宅建筑体系的设计及其施工要点

2.1 钢结构住宅建筑体系的设计要点

2.1.1 平面及其造型设计要点

同传统住宅相比，钢结构住宅的最大优势，即钢结构住宅户型单元进行设计前可将其设计成开间相对较大的房间，并通过不同角度和方法对其内容因素进行展示，且布置相当灵活。设计过程中，通过对户型单元进行全面而深入的剖析后，可依据经济性原则及其建筑等方面的要求，深入剖析住宅居住生活的空间形体，进而形成多样化的开间形式。

2.1.2 配构件系统的设计要点

为了将钢结构住宅的优越性充分地体现出来，实现结构自重的尽可能减轻，外墙应尽量采用轻质加气的混凝土砌块或者蒸压轻质加气的混凝土板。对于梁柱的连接方式而言，应尽量采用外挂式连接。对于板材类的墙体材料而言，其主要分为水泥、加气、石膏、陶粒等类型，因此，可以实现工程造价的大幅降低，以及建筑使用面积的扩大，进而实现工期的有效缩短。通常而言，应用较多的板材主要包括如下方面：各类隔墙板、水泥轻质板、钢丝网架、水泥轻质材料夹心板、纸面石膏板等等。

2.2 钢结构住宅建筑体系的施工要点

2.2.1 基础内容施工要点

根据钢结构住宅结构的特点，可将其施工过程分成两个方面的分工程：土建工程以及钢构件的制作及其安装工程。基础施工的顺序由下至上分别为：钢筋混凝土的基础施工过程——钢构件的安装及其就位过程——地面施工过程——屋顶钢构件的拼装及其就位过程——钢楼梯的安装及其就位过程——墙板挂板的安装过程——吊顶和装修过程。

2.2.2 主体钢结构的施工要点

(1）材料及其构件的清点和验收

进行安装之前应以设计规范等相关要求为依据，对进场材料及其构件进行认真清点和检查，并仔细进行材质证明书及工厂加工记录的核实。一旦发现问题应及时进行处理，对于主要构件而言，应对其尺寸和外行偏差进形实测实量，以确保投入生产的构件均合格。

(2）对基础的复验

进行安装之前，还应对基础轴线及标高、地脚螺栓等位置进行复验，确保其准确无误后方可进行安装。

(3）钢结构安装过程的施工要点

首先进行基础复验和构件的验收工作，后通过吊车在胎架上进行半榀主梁的组对和钢结构的吊装。进行主梁的安装过程中应在现场进行三个支架的设立，且中间支架应设有操作面。通过吊车将两半榀主梁吊至支架上并拼装成为整榀主梁，待主梁及高强螺栓连接均紧固后应进行临时拉风的设置，直至其稳固后方可对下一榀进行安装。安装完相邻两榀的主梁后，应及时进行水平支撑、檩条和拉杆的连接。

(4）高强螺栓的连接

对于有摩擦面连接的以及连接螺栓需要直接承受拉力连接的情况下，需要采用高强螺栓进行连接。高强螺栓进行紧固时，应确保所要连接安装螺栓处均进行安装，并确保螺栓紧固至指定强度。螺栓的紧固应逐个地自非自由端向自由端进行紧固，此过程可通过压力扳手实现螺栓的紧固程度。

(5）钢结构除锈以及涂装过程

除锈及其涂装过程可确保钢结构实现预期的耐久性要求，因此，待构件加工并安装完后，应进行全面而系统的除锈和涂装。现场进行防火涂料的涂装前，应先对涂装部位的表面进行清理，然后根据相关设计对于涂层厚度及其遍数的要求进行涂装施工。

2.2.3 组合楼盖过程的施工要点

楼面通过组合梁结构进行安装，安装过程中应注意预应力板定位等方面的问题，安装时应在整体框架固定好之后，然后分层进行预应力板的吊装。待底层安装后再进行高层预应力板的安装，然后再将预应力板同钢梁进行固定，两板间应通过钢筋焊接进行连接。安装后方可进行钢筋的铺设以及混凝土的浇注过程。

3. 国内外钢结构住宅体系的产业化分析

3.1 国外钢结构住宅体系的产业化分析及启示

通过对美国及西欧等国家的钢结构住宅建筑体系的产业化发展情况进行分析，对国内钢结构住宅产业化所带来的启示如下：

首先，钢结构住宅产业化出现是以住宅市场的大需求为基础而发展起来的。由于日欧均在二战后出现住宅大量短缺的情况，因而对于钢结构住宅的需求量剧增也是发展钢结构住宅产业化的前提。

其次，虽然各国政府最初目的都是为了解决住宅短缺而进行相关政策的制定，但总体都围绕着社会的整体发展总目标而进行的，将钢结构住宅的产业化发展同整个社会的发展相结合，并将其作为经济支柱产业，实现了内需的扩大，带动了经济的发展。各国政府在实施钢结构住宅产业化的过程中均起到了举足轻重的作用，不仅出台了完善的产业化政策，还通过银行信贷及其抵押等形式扩大了人们的购买能力，同时通过税收及法律等对钢结构住宅市场体系的健康运行进行了规范和监督。

再次，科技创新是推动钢结构住宅建筑体系产业化的关键和基础。各国实施钢结构住宅产业化的过程中，都积极鼓励技术创新，建立了健全的技术及其保障体系，不断加大对钢结构住宅的系列化及其通用化方面的研究，因而全面提高了钢结构住宅的环保性能。

3.2 我国钢结构住宅体系的产业化分析

目前国内钢结构住宅标准化程度仍相对较低，关于钢结构住宅的相关规范和技术仍相当落后，并呈现出“四低两高”的特征，即所谓的工业水平低，劳动生产率低、配套技术集成程度低，钢结构住宅质量低;资源耗费量高，钢结构住宅生产施工过程污染程度高。由此可见，国内钢结构住宅建筑体系的产业化仍处于初级阶段。国内关于钢结构住宅建筑体系等方面的支持仅仅停留在鼓励方面，虽然十分鼓励钢结构住宅建筑体系的产业化发展，但关于强制性的相关政策文件及其资金投入都十分缺乏;国内有关企业生产规模较国外而言不可同日而语，多数为定制型生产方式，并未形成成熟的市场供应体系;关于标准化的数模体质以及规范体系仍十分缺乏，钢结构住宅建筑体系构件的配套性以及通用性都相当低，很难对构件间的模数进行协调，住宅体系仍未形成一个配套系列。钢结构住宅的建设仍为粗放型，科技贡献率相对较低;环保技术的应用相对较少，资源浪费情况较为严重。

4. 结语

钢结构建筑工业化 篇5

来源丨 科技部发布丨 EaBIM_工号07 日前，科技部新发布了大气污染成因与控制技术研究等14个重点专项申报指南，截至目前已发布的2018年40个专项的指南内容，所有专项的项目课题数不超过836个，国拨总经费将近136.8亿元。

其中“绿色建筑及建筑工业化”重点专项国拨经费总概算约3.2亿元，拟安排7个技术方向，18项任务。7个技术方向为：1.基础数据系统和理论方法2.规划设计方法与模式3.建筑节能与室内环境保障4.绿色建材5.绿色高性能生态结构体系6.建筑工业化7.建筑信息化

其中建筑工业化技术方向研究内容为： 建筑工业化

建筑工程现场工业化建造集成平台与装备关键技术开发

研究内容：开发适用于超高层建筑现场施工平台与模架、塔机一体的智能化大型集成组装式平台系统，包括平台高承载力、模架复杂工况高适应性与系统的智能控制，实现超高层建筑的现场工业化建造；研究开发成型钢筋的智能化加工与配送的关键技术及装备，实现成型钢筋的工业化加工，提高现场钢筋安装效率；研究开发与顶升模架一体化混凝土布料关键技术及装备，包括泵管与布料机的快装连接、混凝土布料机自动控制，提高现场混凝土浇筑效率和质量；研发用于设备与管线的模块化装配施工的装备与关键技术；研发适合于工程现场的组装式大型3D打印设备与3D打印技术，探索现代化的房屋建造方式。

考核指标：研制承载能力1000吨级的超高层智能化大型组装式集成平台系统、成型钢筋智能化加工成套装备（加工规格可达1200mm×600mm，提高现场钢筋安装效率30%）、顶升模架一体混凝土布料大型装备（最大布料半径可达33m）、组装式大型3D打印设备各1套；形成相关产品、标准和工法6项，申请/获得发明专利不少于10项；应用于8项以上现场工业化建筑施工项目。

有关说明：企业牵头申报，鼓励产学研联合。

项目申报指南建议

为全面落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》的相关任务和《国务院关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革的方案》（国发〔2014〕64号），科技部会同教育部、工业信息化部、住房城乡建设部、交通运输部、中国科学院等部门，组织专家制定了“绿色建筑及建筑工业化”重点专项实施方案，已列入“十三五”国家重点研发计划启动实施。

本重点专项围绕“十三五”期间绿色建筑及建筑工业化领域科技需求，聚焦基础数据系统和理论方法、规划设计方法与模式、建筑节能与室内环境保障、绿色建材、绿色高性能生态结构体系、建筑工业化、建筑信息化等7个重点方向，设置了相关重点任务。

总体目标为：瞄准我国新型城镇化建设需求，针对我国目前建筑领域全寿命过程的节地、节能、节水、节材和环保的共性关键问题，以提升建筑能效、品质和建设效率，抓住新能源、新材料、信息化科技带来的建筑行业新一轮技术变革机遇，通过基础前沿、共性关键技术、集成示范和产业化全链条设计，加快研发绿色建筑及建筑工业化领域的下一代核心技术和产品，使我国在建筑节能、环境品质提升、工程建设效率和质量安全等关键环节的技术体系和产品装备达到国际先进水平，为我国绿色建筑及建筑工业化实现规模化、高效益和可持续发展提供技术支撑。

本专项执行期从2016年至2020年。按照分步实施、重点突出原则，2016、2017已经在基础数据系统和理论方法等7个方面，针对绿色建筑后评估、建筑规划设计新方法、建筑室内环境、近零能耗建筑、既有公共建筑高性能改造、绿色建材、高性能结构体系研究、工业化建筑设计施工等内容安排部署42个项目。2018，拟在规划设计方法与模式等7个方面，针对绿色低碳发展技术路线图、市县规划设计技术、既有城市住区及工业区功能提升、工业建筑环境保障与节能、智能结构体系、立式工业建筑体系等内容安排18项任务。

同一指南方向下，如未明确支持项目数，原则上只支持1项，仅在申报项目评审结果相近，技术路线明显不同，可同时支持2项，并建立动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续支持。国拨经费总概算约3.2亿元，用于典型应用示范类项目中央财政资金不超过该专项中央财政资金总额的30%。

本项目指南要求以项目为单元组织申报，项目执行期3年。对于企业牵头应用示范类和鼓励产学研用联合类任务，其他经费（包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等）与中央财政经费比例不低于2:1。对典型应用示范类项目，要充分发挥地方和市场作用，强化产学研用紧密结合要求。除有特殊要求外，所有项目均应整体申报，须覆盖相应指南研究方向的全部考核指标。每个项目下设课题数不超过6个，所含单位数不超过15家。

鼓励产学研用联合申报，项目承担单位有义务推动研究成果的转化应用。项目示范鼓励在国家可持续发展实验区等区域开展。

1、基础数据系统和理论方法

1.1民用建筑“四节一环保”大数据及数据获取机制构建

研究内容：从大规模实际采集数据出发，定量给出我国民用建筑“四节一环保”（节能、节水、节地、节材、环保）的实际状况。确定数据获取和表述的科学方法，并通过数据获取过程检验和完善。研究大规模数据的不同获取渠道，实现多渠道数据的相互校验；研究数据更新与共享机制，建立持续进行动态数据的采集、分析和确认方法，形成我国民用建筑“四节一环保”基础数据持续更新与共享机制。

考核指标：建立科学合理和完善的民用建筑“四节一环保”数据统计指标体系，建成持续采集和统计的建筑“四节一环保”数据平台，并实现与国家建筑节能主管部门数据平台的对接，实现稳定运行1年以上，形成动态采集和数据统计分析标准。大规模数据采集统计误差不超过10%，并给出误差分析的科学依据。数据层次为全国各省市自治区，包括：新建竣工建筑总量，建材使用量、建材生产过程能源消耗量，既有建筑拆除量，建筑用地使用状况的变化，既有建筑运行能耗状况、各类不同功能建筑分项用能状况、用水状况等。建成民用建筑实际状况数据库，并可持续稳定接收数据，实现可更新可共享；发布我国民用建筑实际状况系列报告，报告应对各项实际状况数据进行概括与分析。

1.2研究我国城市建设绿色低碳发展技术路线图

研究内容：从我国的经济文化社会发展目标和对各类建筑的需求出发，结合我国的土地资源条件和建筑运行能耗总量以及碳排放总量控制，结合中外状况对比，确定我国未来城镇各类建筑的规模总量。从我国能源总量规划出发，综合协调工业、交通和建筑各领域用能平衡状况，确定我国未来建筑用能总量。基于建筑运行用能总量控制目标和未来城镇各类建筑的规模总量，确定我国城镇各类建筑用能强度上限，制订逐步实现建筑用能强度上限的技术路线和实施路径。

考核指标：给出我国未来各类民用建筑的规模上限和发展路线。建立我国建筑碳排放总量模型，包括建材生产过程碳排放、运行和拆除过程碳排放。根据我国能耗总量控制目标给出我国建筑运行耗能总量控制目标。完成我国建筑四个用能分项（北方采暖、公共建筑、城镇住宅、农村住宅）的强度控制目标和实施技术路线。将中国建筑用能与美国、欧洲、日本、印度进行对比分析，并说明其差异。建立中国建筑用能的定量分析模型，定量规划中国建筑四个用能分项逐年用能总量和强度，以及可以实现这一目标的技术路线，并经国家行业主管部门认可。对四个用能分项的用能强度指标分别给出不少于10个已实现的实际案例，并以一个国家级新区的具体规划作为案例对以上技术进行深入分析及应用。提出我国室内环境营造的基本理念和技术途径，并针对给出不少于20个不同气候、不同建筑类型长期实测建筑运行能耗数据案例分析。

1.3建筑节能设计基础参数研究

研究内容：研究建立建筑节能设计用基础参数的统计分析方法和标准；研究建立建筑节能用室内、室外设计计算参数和模拟分析气象数据；研究更新建筑热工设计、采暖通风与空调室外和室内设计计算参数；研究建筑节能设计基础参数的应用方法和模式，建立成套支持我国建筑节能相关标准建设和工程应用的基础数据；开发建立开放共享的建筑节能设计基础数据平台。

考核指标：室内、室外设计计算参数能覆盖现有建筑节能设计相关标准，满足气候变化影响下的建筑能耗预测研究，可支撑我国建筑节能相关国家/行业标准的更新和完善；室外数据成果的覆盖面不少于我国1000个县级行政单位；室内数据应覆盖全部5个建筑热工设计分区，不少于20000组标准样本组。申请获得软件著作权不少于10项；编制建筑节能基础数据研究及应用技术导则不少于2部；标准数据成果在行业内实现公开发布，可在线查询、实时计算和更新。

2、规划设计方法与模式

2.1城市新区规划设计优化技术

研究内容：结合国家重点城市新区建设，研究城市新区发展规律和规划设计的方法，研制绿色新区评价体系；提出我国城市新区人工环境与地区水系生态环境耦合的关键控制技术体系；研究城市新区能源规划总体框架与操作步骤，研发城区组团内低碳生活的优化设计技术；研制城市新区碳排放核算、监测、模拟分析的智能化技术与工具；结合新区建设实践，系统开展城市新区不同形态类型规划设计的绿色评估，完成新区绿色技术的集成示范。

考核指标：建立衡量城市新区低碳发展战略定位的科学指标、评估方法、规划技术规程3部以上（送审稿）。针对实际建成区面积10平方公里以上的国家级新区，建立城市新区动态监测评价体系，形成城市新区规划基础信息数据库和绿色低碳运行指标动态监测数据库，有效数据量超过1亿条，并结合本项目示范新区进行实时动态监测示范。完成《绿色城市新区规划评价体系》送审稿。完成2个以上城市新区建设规划设计，建立2个以上碳排放指标达到国际先进水平的低碳城市新区示范项目。

2.2县域城镇规划设计优化技术

研究内容：研究面向县域城镇人居治理战略定位的理论与方法，建立县域城镇低碳规划的约束性标准，发展以绿色低碳为引导的县域城镇战略行动模式及其考核评价体系；研究适合于县域技术水平的典型气候区县域人口资源环境生态承载力评价与监测的评估技术标准和预警方法体系；研究典型县域（人口密集区、风景旅游区等）低碳化发展的城镇布局模式和农村居民点优化布局与管控技术；研究基于生产生活圈的县域基本公共服务设施配置模式、适宜于城镇低碳交通与能源设施的规划设计优化技术；研究县域城镇规划本土经验科学化的理论与方法，传承优秀乡土文化与风貌，建立多规合一的规划设计技术集成与示范。

考核指标：建立衡量县域城镇低碳发展战略定位的科学指标、评估方法、规划技术规程。开发不同气候区县域人口资源环境生态承载力评价指标体系和测算模型，编制相应的计算机软件2套以上。制定以低碳发展为目标的县域城镇基础设施与公共服务设施规划设计技术标准2套以上。编制以低碳为目标的县域城镇规划设计相关设计导则不少于3套。在西南山区、黄土高原、江南水乡等典型县域开展规划设计工程示范不少于 3 项，碳排放指标达到国际先进水平。

2.3既有城市住区功能提升与改造技术

研究内容：研究既有老旧城市住区的规划与美化更新、停车设施与浅层地下空间升级改造技术；研究既有城市住区历史建筑修缮保护技术；既有城市住区能源系统升级改造技术；既有城市住区管网升级换代技术；既有城市住区海绵化升级改造技术；既有城市住区功能设施的智慧化和健康化升级改造技术；选择典型城市住区进行功能提升与改造技术集成与示范。

考核指标：开发具有自主知识产权的城市住区更新与绿色建筑性能模拟工具6套；建立3套城市住区更新规划与建筑绿色化设计新方法和技术标准体系，并编制导则或标准不少于3项；开展5个2平方公里规模以上绿色低碳区或健康城区示范，碳排放强度降低20%，健康性能指标达到国际先进水平；完成5个既有居住区环境品质和基础设施综合改造示范；完成5个地域性、文脉传承和气候适应优先的绿色建筑示范工程，示范项目的能耗比《民用建筑能耗标准》同气候区同类建筑能耗的引导值降低10%，室内环境品质达到国际水平优级以上，可再循环材料利用率超过10%。

有关说明：鼓励产学研用联合申报。

2.4既有城市工业区功能提升与改造技术

研究内容：研究城市既有工业区功能转型、环境安全、土地价值提升的诊断评估技术与策划方法；研究城市既有工业区低影响开发、能源优化配置、废弃物资源化利用、信息化升级的绿色关键技术；研究既有工业区地下增层、共同管沟、停车设施等浅层地下空间综合开发、升级改造技术及规划设计方法；研究城市既有工业区功能提升与改造的模式、绿色评价方法与指标体系；选择典型工业区进行功能提升与改造技术集成与示范。

考核指标：提出城市既有工业区功能提升与改造相应的策划、规划和设计等一整套技术方法，形成导则或标准（送审稿）不少于3项；研发城市既有工业区功能提升技术和评价诊断方法；申请/获得专利不少于5项，形成相关分析工具不少于3项；开展5个2平方公里规模以上绿色低碳工业区示范，碳排放强度降低20%；完成城市既有工业区功能提升与改造示范工程5项，示范工程的能耗比《民用建筑能耗标准》同气候区同类建筑能耗的引导值降低10%，可再循环材料使用率超过10%。

有关说明：鼓励产学研用联合申报。

3、建筑节能与室内环境保障3.1公共交通枢纽建筑节能关键技术与示范

研究内容：研究机场航站楼、高铁客站、地铁车站、港口客运站、公路客运站等公共交通枢纽建筑适宜的室内环境设计参数、主要影响因素及规律，形成适用于公共交通枢纽建筑供暖空调系统设计指标体系；研究不同公共交通枢纽建筑能耗构成特征和影响因素（包括建筑形式、围护结构、大空间采光照明和采暖空调系统、实时客流变化等），提出针对其特点的节能关键技术及运行调控方法；研究公共交通枢纽建筑高效空调末端应用、输配系统及能源系统整体优化解决方案；研发公共交通枢纽建筑降低空调末端能耗、输配能耗、冷热源能耗等关键技术设备，形成公共交通枢纽建筑的设计方法及工程示范。研发交通枢纽能耗数据采集信息系统及综合监管平台；研究交通枢纽客流量实时监测装置，提出基于实时客流波动的空调系统节能运行策略，通过示范工程的实际运行管理示范其建筑节能效果。

考核指标：建立不同类型公共交通枢纽建筑的热环境营造技术体系；建立和完善不同公共交通场站建筑能耗指标评价体系；建立公共交通枢纽建筑能耗数据库及综合监管平台；完成分布在不同气候区域的机场航站楼、高铁客站、地铁车站新建项目示范工程，其中大型机场航站楼不少于4座、总建筑面积不低于200万平方米，高铁客站不少于8座、总建筑面积不低于80万平方米，地铁车站不少于100座；在满足室内热舒适要求基础上，示范工程中空调系统全年综合能效比不低于3.0，比同气候区同类建筑能耗降低15%以上；提供机场航站楼、高铁客站、地铁车站三种不同类型示范工程的室内环境及运行能耗实测数据，项目数不少于3项；申请/获得发明专利不少于15项，形成技术指南2项，形成相关国家/行业/团体标准规范（送审稿）、导则不少于5项。3.2公共建筑光环境提升关键技术研究及示范

研究内容：研究发光二极管（LED）与公共建筑有机结合的室内照明设计新方法及照明应用一体化解决方案，构建LED照明建筑一体化设计、施工、检测及评价技术体系；研究解决LED高亮度特性在公共建筑室内照明应用的舒适度问题，完善照明技术指标评价体系，并在非视觉效应研究的基础上建立动态光环境设计、评价方法，开发基于健康照明的LED照明产品，提出一个健康、舒适、高效的光环境解决方案；研究基于大数据、云平台的智能照明系统设计方法及其安全性、可靠性，开发相应的照明网络系统，并制订相关产品的应用技术指南；开展典型公共建筑光环境提升与照明节能技术集成示范并进行测试验证，开展我国绿色公共建筑光环境提升技术应用模式研究，更好指导绿色公共建筑工作实践。

考核指标：构建LED照明建筑一体化的应用技术体系，利用LED与建筑有机结合，最终提出相应的建筑室内照明设计新方法；建立人基动态光环境应用实施技术体系，提出基于非视觉效应的动态光环境设计、评价方法，获得软件著作权；完成利用大数据、云平台的照明应用关键技术，提出照明系统设计评价方法；给出适用范围分析研究报告；提交相关的国家/行业技术标准、产品标准和设计规范送审稿不少于5项，并申请国际标准；建造完成商业建筑等不同类型的典型绿色公共建筑光环境提升与照明节能技术示范项目不少于5个，较现行照明节能标准实现节能60%以上，提出适宜我国绿色公共建筑的光环境提升技术应用模式。

3.3洁净空调厂房的节能设计与关键技术设备研究

研究内容：针对电子器件生产、制药、医院手术室及动物实验房，研究同一洁净空间内不同区域具有不同洁净等级要求的环境营造方法；研究部分风量运行下的洁净度与压差的保障情况，以及值班模式下降低风量运行的调控策略；研究洁净度在线监测技术。研究化学、静电、拦截等过滤器的过滤机理及阻力特性，研发适应洁净室要求的低阻高效过滤器；研究保障洁净室洁净度和温湿度参数的高效空气处理方法，减少全年所需要的冷量和热量。研发洁净空调厂房能耗水平及保障效果的综合监测平台；制定基于我国实际国情的验收指标及能耗水平的相关标准；建立我国洁净空调厂房运行效果及能耗评价体系。

考核指标：建立不同类型洁净空调厂房的能耗指标体系与评价方法，制定或修订洁净空调厂房行业规范、标准或设计指南/导则不少于4部（送审稿/报批稿）；研制适用于洁净空调厂房的高性能系统或产品不少于6项；开发洁净空调厂房的数据监测平台1项，实现不同类型洁净空调厂房环境参数和关键设备能耗的实时监测；完成电子洁净厂房、制药厂房以及洁净手术室或实验动物房的示范工程不少于3项，对这些示范工程进行不短于一年的运行监测，使改造后或新建的电子洁净厂房、制药厂房和医院洁净手术室或实验动物房能耗水平比同气候区相同等级洁净室能耗降低30%；申请/获得发明专利不少于8项。

3.4高污染散发类工业建筑环境保障与节能关键技术研究

研究内容：研究揭示冶金、化工、机械制造、建材等行业工业建筑的污染物特征和散发规律，建立运用高效通风控制高散发污染物的气流组织方式；研究高温余热、颗粒物及有害气体的迁移规律和非均匀场量分布特性，分析人体微环境对个体暴露的影响机理，建立高效低耗污染物控制技术体系；研究工业建筑典型污染物的通风系统能效提升原理和方法，从岗位环境、建筑环境和排放环境三个层面，提出关键技术及综合评价体系，研发污染物高效捕集、净化除尘及个体防护装备；建立工业建筑多因素作用下的综合节能技术体系，研究不同余热强度及气候区的工业建筑低能耗通风、围护结构保温隔热及低品位热能利用技术，提出工业建筑运行能耗构成及节能措施。

考核指标：建立新型高效工业通风技术体系，提出完善的工业建筑节能设计指标，提出系统的设计参数及运行模式，开发新型技术和装置，形成高污染散发工业建筑环境保障和节能的设计、产品、运行产业链技术，建立高污染散发工业建筑环境评价、检测体系。申请或完成专利20项，建设5种以上代表性行业的高污染散发工业建筑环境保障和节能示范工程，在满足现行环境标准的前提下，示范工程环境系统运行能耗降低20%以上，修订相关国家/行业标准（送审稿）不少于4项。

有关说明：鼓励产学研用联合申报。

4、绿色建材4.1水泥基高性能结构材料关键技术研究与应用

研究内容：研究超高性能混凝土的组成设计、耐久性、本构关系及其构件的设计理论和方法，建立超高性能混凝土装配式结构体系，开发超高性能混凝土专用外加剂、高阻抗水泥基材料、高耐久水泥基修复材料、高强高韧蒸养水泥基材料及预制构件，并进行产业化示范和应用。

考核指标：超高性能混凝土抗压强度＞150MPa，抗折强度＞25MPa，坍落扩展度≥650mm；超高性能混凝土专用外加剂减水率≥45%，降低混凝土粘度≥40%，28d混凝土收缩率比降低50%；地铁道床用高阻抗水泥基材料的56d电阻率≥5000Ω?m；高耐久水泥基修复材料界面粘结强度≥3MPa，延伸率增加≥50%；与普通蒸养混凝土相比，高强高韧蒸养混凝土折压比提高20%以上。形成新材料、新技术、新方法不少于10项；编制相关国家/行业/团体标准规范（送审稿）不少于5项；申请发明专利20项；建成相关示范生产线不少于5条，在装配式建筑、城市轨道交通、通讯等领域建立示范工程不少于6项。

有关说明：企业牵头申报，鼓励产学研用联合申报。

4.2高性能建筑结构钢材应用关键技术与示范

研究内容：研究高强度结构钢、耐火钢、耐候钢、不锈钢、高性能钢索等的应用体系设计理论和工程技术；研究高效截面钢、纵向变截面钢板、轧制金属复合板、大直径高强耐候索等材料及结构构件性能、设计、制作等关键技术，开发配套的安装技术和相应构件生产线；研究开发与高性能结构钢配套的焊接、螺栓连接材料和相应的连接技术；完善高性能钢拉索预应力装配结构体系和技术；编制高性能结构钢应用技术标准、图集和设计软件；开展工程应用示范。

考核指标：确定高性能结构钢的相关性能参数和设计指标，提出构件设计方法；开发系列螺栓产品并建立其连接设计方法；提出高强度钢、耐火钢、不锈钢、轧制金属复合板、混合钢种截面等5种特殊钢材的配套焊接材料和焊接技术；开发适用跨度150m～300m的高性能钢拉索装配钢结构体系和100m以上高性能钢拉索装配式高耸结构，用钢量比普通钢结构节约30%以上；申请发明专利不少于10项，编制相关国家/行业/团体标准规范（送审稿）不少于5项；建设生产示范线2条；建成5项示范工程。

有关说明：企业牵头申报，鼓励产学研用联合申报。

5、绿色高性能生态结构体系5.1智能结构体系研究与示范应用

研究内容：研发自感知、可恢复、自修复、自适应等智能结构体系，研发可恢复功能结构体系的无损伤可恢复构件、低损伤高性能构件、高耗能易更换构件；研究具有自适应耗能机制的减震结构体系，提出耗能减震与损伤控制机制、设计理论与方法；开发高性能防灾减灾监测与控制一体化智能结构系统、物理和信息融合智能防灾减灾结构系统；研究基于移动群智感知技术、视频监测技术和大数据技术的智能结构灾害破坏评价方法；进行工程示范。

考核指标：建立可恢复功能智能结构体系、混凝土微裂缝自修复功能结构体系、自适应耗能减震结构体系的设计方法；形成全寿命性能监测与控制一体化智能结构系统、物理和信息融合智能防灾减灾结构系统；形成不少于3套新型可恢复功能结构体系、混凝土微裂缝自修复功能结构体系、自适应耗能减震结构体系关键技术和设计方法，实现对0.1mm混凝土微裂缝的自修复；提出不少于2种智能结构灾害评价方法；编制相关技术标准2部；申请/获得发明专利和软件著作权不少于5件；完成示范工程不少于2项。

5.2高效节地立式工业建筑结构体系研究与示范应用

研究内容：研发适应于垂直运输和现代生产物流，具有节约占地、布局灵活、性能优越的绿色高效多层工业建筑结构体系；研究重载、动载及其耦合作用下多层工业建筑受力性能及设计方法；研发基于立式工业建筑节能环保技术的围护结构体系；研究吊车系统和吊车荷载对多层厂房结构性能影响；研发多层工业厂房防灾结构体系与构造；研究绿色立式工业建筑综合性能指标；开展相关工程示范。

考核指标：建立绿色立式工业建筑设计系列技术；开发立式工业建筑节能环保围护结构及产品；提出相应的技术经济量化指标，与传统工业建筑相比土地利用效率提高30%以上。编制相关技术标准2项；申请/获得发明专利不少于10项；建设示范工程不少于3项。

有关说明：鼓励产学研用联合申报。

6、建筑工业化6.1建筑工程现场工业化建造集成平台与装备关键技术开发

研究内容：开发适用于超高层建筑现场施工平台与模架、塔机一体的智能化大型集成组装式平台系统，包括平台高承载力、模架复杂工况高适应性与系统的智能控制，实现超高层建筑的现场工业化建造；研究开发成型钢筋的智能化加工与配送的关键技术及装备，实现成型钢筋的工业化加工，提高现场钢筋安装效率；研究开发与顶升模架一体化混凝土布料关键技术及装备，包括泵管与布料机的快装连接、混凝土布料机自动控制，提高现场混凝土浇筑效率和质量；研发用于设备与管线的模块化装配施工的装备与关键技术；研发适合于工程现场的组装式大型3D打印设备与3D打印技术，探索现代化的房屋建造方式。

考核指标：研制承载能力1000吨级的超高层智能化大型组装式集成平台系统、成型钢筋智能化加工成套装备（加工规格可达1200mm×600mm，提高现场钢筋安装效率30%）、顶升模架一体混凝土布料大型装备（最大布料半径可达33m）、组装式大型3D打印设备各1套；形成相关产品、标准和工法6项，申请/获得发明专利不少于10项；应用于8项以上现场工业化建筑施工项目。有关说明：企业牵头申报，鼓励产学研联合。

7、建筑信息化7.1基于BIM的绿色建筑运营优化关键技术

研究内容：研究绿色建筑运营阶段建筑信息模型（BIM）的建模技术和标准化流程，建立设施设备分类、编码标准以及模型交付标准；研究基于BIM的绿色建筑运营成本精准控制和价值测量技术；研究以人员满意度为导向的环境性能动态调控技术；研究基于能耗、水耗与碳排放目标的前馈式绿色建筑运行管理技术；研究BIM与设备设施管理系统、物业管理系统、能耗监测系统等融合技术，集成绿色建筑运营数据，实现设备设施静态管理和运行性能智能控制，开发基于BIM的绿色建筑运营优化集成平台，并开展工程应用示范，达到绿色建筑运营性能优化目标。

考核指标：形成绿色建筑运营的BIM建模和质量控制技术，达到模型轻量化率80%以上；形成面向既有绿色建筑的快速参数化建模技术，比传统建模方式提升效率30%以上；建立基于BIM的绿色建筑运行成本精准预测技术，编制绿色建筑全生命期成本测算指南，使运营成本下降15%以上；建立绿色建筑BIM运营应用价值测量技术体系，实现运营效益的数字化定量评价；编制基于BIM的绿色建筑运营管理相关标准或导则3部；开发具有自主知识产权的绿色建筑BIM运营优化管理平台，包含基于BIM智慧型物业管理系统等专业运维管理系统4套，编制基于BIM技术的绿色建筑运营管理平台建设指南；开展20项以上的工程应用示范，建筑面积不少于200万平方米，能耗比《民用建筑能耗标准》同气候区同类建筑能耗的约束值降低不少于30%，室内环境用户满意度75%以上；申请软件著作权不少于6项。

有关说明：鼓励产学研用联合申报。

7.2建筑垃圾精准管控技术与示范

研究内容：研究建筑垃圾定量预测模型及对应精准处置技术；研究建筑垃圾类型/体量天地一体化快速识别技术与监测系统；研发建筑垃圾产生、运转、处理、资源化、再生产品应用全过程的实时监测与智能管控技术；研究建筑垃圾安全风险、环境影响评估技术体系及预警技术；开发建筑垃圾全过程管控平台,并开展城市级示范。

考核指标：建立建筑垃圾定量预测模型及对应精准处置的技术体系，完成5个典型工程的实施；建立建筑垃圾天地一体化快速识别技术体系与监测系统，识别精度高于90%；建立建筑垃圾全过程实时监测与智能管控平台，实现区域内工程类建筑垃圾调配控制量占建筑垃圾产生量的95%以上；建立建筑垃圾安全风险与环境影响评估及预警技术体系；完成不少于2个地级以上典型城市的应用示范，取得良好效果。获得发明专利3项以上，软件著作权7项以上，编制相关国家/行业/团体标准（送审稿）、指南不少于5项。

钢结构建筑工业化 篇6

摘 要：随着工业的快速发展，工业建筑的结构不断进行改革，对设计人员提出了更高的要求。相对于民用等建筑类型，工业建筑的结构设计更加复杂，需要充分考虑各个构件的负荷能力，提高设计水平，为劳动者创造安全、稳定的工作环境。本文从工业建筑的各个组成构件分析了结构设计中需要注意的几个问题，以供相关工作者参考。

关键词：工业建筑；结构设计；构件；问题

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）22-60-2

0 引言

结构设计是工业建筑工程的核心工作，科学、合理的设计方案是整个建筑质量的有效保障。工业建筑的组成构件所承受的荷载压力较大，并且各构件相互依存，任何一个结构问题的出现，都将直接影响工业建筑的安全性，所以在具体的结构设计工作中，要结合建筑的实际设计需求，选取优质的建筑材料，对工业建筑结构的各个部分作出合理设计。设计人员可以从地基、梁柱和板件、楼梯、预埋件、钢结构等重要结构入手，对设计中的问题予以研究，从而提高设计质量。

1 地基设计

地基设计是工业建筑结构设计最基础的工作，也是其他结构安全性的可靠保障。一般而言，工业建筑的建设场地地质情况较为复杂，并且建设所需要的资金投入较多、建设规模较大，因此需要采用多种多样的地基形式，以满足工程建设的实际需求。工业建筑的地基荷载较大，常常采用桩基、弹性地基、条形地基等。工业建筑的输送皮带支架通常应用底部铰接的方式，仅仅将轴力和剪力传送给地基，因此，地基一般采用条形地基的设计形式。在具体的施工现场，如果采用人工挖孔桩，需要消耗大量的人力、物力，大大影响工程的进度，而采用柱下条形地基，加长地基短柱，提高配筋设计要求，使得地基更加稳固，降低了工程成本。

从设计角度考虑，地基要选用符合结构耐久性要求的混凝土标号，例如C25；地基的配筋要以满足最小配筋率为标准，合理选型；条形地基的交接部位需要设置规范、详尽的工程图纸；条形地基的交叉部分要注意基地面积不可重复使用，要单独使用，并合理调整地基的宽度，例如砌体结构局部墙体可以适当调大地基宽度，以满足较大的荷载需求。在地基设计中一个常见问题就是，框架填充墙的构造柱往往未在地基和楼层设计图纸中给出，造成浇注地基及梁时不能预留构造柱钢筋，因此要在相关设计中注意明确框架填充墙的构造柱的位置。此外，对于柱下条形地基，如果采用放坡形式的板翼设计，就需要注意放坡角度，以方便工程的实际施工。

2 梁柱和板件设计

由于工业建筑索要承载的压力较大，因此在对梁柱及板件进行设计时，所采用的截面一般偏大，选用的钢筋直径较大并且钢筋布置较密集，在一定程度上增加了施工难度。在结构设计中，设计人员为了对截面高度进行控制，提高配筋率至2.5%，实际的施工难以满足此设计要求。因为如果钢筋的配置过于密集，就会使得混凝土浇筑不密实，难以插入探棒，严重的甚至造成钢筋移位，建筑的安全性受到威胁。因此，设计人员应该根据工程实际，增加截面高度的同时降低配筋率，尽可能避免大量钢筋堆积在梁柱交接处的情况发生，从而提高梁柱结构的整体质量，方便工程的实际施工。

在梁柱的结构设计中，挑梁的自重占总负荷的比例较小，适合采用等截面的设计形式，在对挑梁的钢筋率进行确定时，要选用比计算值较大的数值，以预留一定的安全系数。对于挑梁的底筋设计，如果载荷大、悬挑大、挠度大，就需要适当加大底筋。此外，砌体结构挑梁深入墙体的托梁长度要满足构造要求，并分析计算出抗倾覆的临界条件。

过梁的设计要严格按照标准图纸进行，在施工图中要注意标明选用方法和具体图号。当出现过梁作用力过于集中或者门窗洞口较大时，需要通过具体的计算对过梁的受力强度进行验证，尽可能实现过梁与圈梁的整体浇筑，以便于施工操作，提高抗震性能。此外，过梁的钢筋配置不可过小，要充分考虑到地震发生时过梁墙体出现裂缝而失去支撑作用的情况。

针对板件的结构设计，通常运用PMCAD等软件自动生成现浇板配筋的设计，以提高工作效率，减少人工设计的失误。板配筋进行布置时，要注意选用大直径大间距的形式，其中平均间距要大于200mm。在配筋的分析计算中，要考虑塑性变形情况，板上筋应该乘以0.8-0.9的系数进行折减，板下筋应该乘以1.1-1.2的系数予以放大。对砌体结构板件进行配筋设计时，需要减小支撑在外墙的板负筋，以降低对砖墙的附加弯矩。对现浇挑板阳角结构进行设计，需要配置辐射状附加筋，并且在板下配置斜筋。

3 楼梯设计

工业建筑还涉及办公楼、员工宿舍等，这些建筑往往需要设计板式楼梯，以保证建筑的便捷性，同时提高建筑的美观性。在楼梯结构的设计过程中，要保证梯梁与下面梯板的距离充足，避免因高度不够导致碰头。梯段的高度一般在20cm以下，还要注意楼梯板与楼面板的平衡衔接，保障行人的上下安全。休息平台的上部钢筋应该在平行方向上与梯段板保持一致，并注意配筋的相应性。首段梯板的设计要注意基础的沉降情况，增设必要的梯梁结构，同时要注意控制挠度，楼梯苦熬度要在5m以下。

在工业建筑生产厂区，楼梯结构通常采用钢梯，钢梯可以直接从图集中进行选择，但是设计人员需要结合厂区的活动需要，将员工上下楼梯的舒适度作为第一要素，进行楼梯的合理设计。此外，对钢梯进行设计时还要考虑到各楼梯在梯梁部位的净空高度，设计人员需要先定好各个楼梯平台的标高，再结合梯段高度、角度关系等因素选择合适的钢梯。如果在休息平台的混凝框架梁的设计中没有将楼梯的净空高度考虑在内，将会导致钢梯的通行问题，增加修复成本，影响建筑的经济性，因此设计人员必须全面、综合的进行分析设计，以避免不必要的问题。

4 预埋件设计

工业建筑中需要安装各种设备、机器，因此在工程设计中涉及大量的预埋件，设计人员需要结合施工图纸，对预埋件的规格大小以及尺寸定位进行详细的掌握。在结构施工图纸中经常出现的问题就是个别部位（例如楼梯）的预埋件没有标明，导致实际施工中预埋件的漏埋，增加预埋件的补设成本，这就要求设计人员必须全方位的对建筑结构进行规划，避免重复施工。此外，预埋件要选择具有一定受力能力的构件，例如工程中设计重量高达几吨的皮带装置，如果仅仅采用构造埋件，将导致埋件被拉脱的情况发生，因此必须配置相应的受力埋件。工业建筑还涉及很多筒体结构，其库壁上的预埋件需要谨慎安装，以防止库施工滑膜时造成预埋件移位现象的发生，从而保障工程的顺利进行。因此，在进行技术交底时，设计人员要向施工人员进行详细阐释与指导，使其对建筑中涉及的预埋件不知情况进行全面掌握。

5 钢结构设计

除了上述结构外，钢结构也是工业建筑中的重要组成部分，在对钢结构进行设计时，要充分考虑到工艺性因素，为后期的施工和检修奠定良好的基础。例如，在某工业建筑的设计中，利用轻型门刚结构对堆棚进行设计，在斜梁与柱的交接部位采用较高强度的螺栓进行连接。如果在实际的装配中，最下部的螺栓结构没有为扳手预留足够的空间，将影响力矩扳手的正常使用。因此，在施工设计时要充分考虑到施工操作的便捷性，预留足够的扳手活动空间或者采用其他的柔性谅解方法，以保障施工的顺利进行。高强度的螺栓在梁与柱、梁与梁的连接中得到了广泛应用，需要充分考虑到螺栓的位置安排。此外，在施工设计中要采取有效措施，加强钢结构的防腐、防锈工作。

在钢结构的设计中，还有一个重点内容就是杆件结构设计（杆件内力分析）与节点结构设计（节点构造分析）。其中节点结构的设计对钢结构的安全性存在较大的影响，节点结构设计的基本原则就是构造简单、传力可靠、受力明确、工艺性良好，节点连接设计最好设定10%-15%的安全系数。对于应力较小的构件，其连接焊缝长度通常大于120mm。在工业厂房钢结构设计中，这些都是至关重要的施工时不能随意加大杆件截面，以保障节点构造的安全性。

6 结束语

总而言之，在工业结构设计中，要充分考虑到地基、梁柱与板件、楼梯、预埋件以及钢结构等各个结构设计中存在的问题，全面掌控施工设计的工艺流程，综合分析各方面的影响因素，不断优化工业建筑的构造，提高建筑的整体质量，延长建筑的使用寿命，实现工业建筑经济性和技术性的统一，同时设计人员要响应发展潮流，努力发掘先进技术和新的设计思路，以推动工业建筑的发展。

参 考 文 献

[1] 赵晓莉.工业建筑结构设计中需注意的问题[J].江西建材，2016（05）：15+21.

[2] 冯雪花.浅谈工业建筑结构设计中需注意的问题[J].四川水泥，2015（04）：157.

轻钢结构工业建筑设计 篇7

轻钢结构工业建筑是根据设备的要求与生产工艺选择经济、适用的跨度和柱距。在满足设备安装和生产工艺要求的前提下, 结合建筑造型的设计, 那些特定要求的工业建筑 (吊车吨位相同、跨度相同、所处环境相同及使用荷载相同、高度同等) 的总用钢量会随着柱距的增大而减少, 当达到一定程度后再增加。这说明, 该结构中存在一个最优柱距。其中, 主要原因是刚架的用钢量会随着柱距的增大而逐渐下降, 并随着柱距的增大降幅变得更加平缓, 次结构用钢比率却会随柱距的增大而上升。当柱距比较大时, 其用钢量就占了主要地位。结合近几年的经验, 一般来说, 经济柱距无吊车时为8~9 m, 有吊车时为6~8 m。当然, 最优柱距会受跨度、吊车、层高、使用荷载、所处环境不同以及蒙皮效应、空间协同作用等的影响而有所不同。

二、选择合适的建筑材料和设计好节点的构造

轻钢结构工业建筑的适用性、安全性、美观性、经济性受建筑材料的选择和节点构造的设计影响。

1. 适用

轻钢结构工业建筑的适用性是指在室内物理环境上满足职业卫生和生产人员的劳动安全的要求, 在空间上要满足生产工艺的需求。而在实际的工程中, 室内物理环境的质量常常有许多地方没有达到人们的基本要求, 人们在设计中往往比较重视空间设计。空间设计一般体现在声环境、热环境、光环境几个方面。

(1) 声环境

轻钢结构工业建筑室内噪声的来源可以分为三类:振动噪声、雨水撞击声及空气噪声。根据其噪音的来源不同, 采取的阻断方式也就不同。对于振动噪声, 一般采取的办法是采取阻断振源。除了在主体钢结构与振源间设隔振沟之外, 还对设备自身采取一定的减振措施, 使其提高隔断效果。雨水撞击声的阻断方式, 则是采用一定具有隔断声音措施的材料来达到降低噪音的目的。为了减少空气带来的噪声, 对轻钢结构建筑一般采用的是50厚的岩棉夹芯板。这种岩棉夹芯板可隔声降噪大约达到29 dB (A) 。

(2) 热环境

是指由太阳辐射、气温、周围物体表面温度、相对湿度与气流速度等物理因素组成的作用于人、影响人的冷热感和健康的环境。轻钢结构工业建筑主要是通过通风和保温隔热来控制室内热环境的。通风可以在靠屋脊的位置安装通风器, 保温隔热主要是通过采用特殊的隔热材料来满足要求的。

(3) 光环境

轻钢结构工业建筑对于室内的采光要求很高, 一方面可以节约室内照明, 一方面可以保证生产的安全。采光材料的选择应与采光要求和其他围护构件的耐久年限相适应, 采光材料一般为玻璃纤维聚酯 (FRP) 采光板和聚碳酸酯 (PC) 采光板。

2. 安全

轻钢结构工业建筑安全一般指的是防腐、防火、抗风、抗震、防爆及防雷等, 本文主要结合笔者自身的结构专业经验, 对轻钢结构工业建筑防火设计进行了简要的分析。

安全设计是轻钢结构工业建筑设计中一个比较重要的设计步骤, 工业建筑的火灾危险性是根据产品的性质特点、原料在整体中所占面积比例和生产工艺及其原料来确定的。此外, 建筑耐火等级的确定还需要结合工程规模来确定。在设计中为了节约工程造价, 其戊类厂 (库) 、多 (单) 层丁房采用轻钢结构时一般是可以不做防火保护的。对于那些需要做防火处理的钢构件, 则在建筑中一般采用的措施是刷薄涂型防火涂料。另外, 在建筑中所采用的防火涂料的各项性能指标都需要满足《钢结构防火涂料应用技术规范CECS24:90》中的要求。其施工技术也需要严格按照规范实施, 所有钢构构件的耐火极限都需要满足《建筑设计防火规范GBJ16-87》的要求。轻钢结构工业建筑 (除甲、乙类外) 一般规模都较大, 往往在厂房中附设仓库和办公用房, 并设有夹层。大多数为综合性厂房, 需分成多个防火分区。在设计和施工中, 钢结构构件的防火问题一般会得到重视。而建筑物中, 水平和垂直方向防火分隔构件的完整性往往会被忽视。

如工业建筑中常见的防火隔墙, 笔者在校对施工图纸和验收工程中看到过许多外墙屋盖与内隔墙间的空缝并没有采取有效的封堵措施的情况。封堵材料可采用钢板刷防火涂料或防火板, 耐火极限应根据该防火隔墙上的防火门窗的要求来确定, 构件间的缝隙应满嵌防火密封胶。

3. 经济

优化建筑方案的设计是控制轻钢结构工业建筑经济的最佳手段。其优化设计一般需要根据生产的特点和企业的要求实施, 这其中就包括项目的选址、规划总图位置、划分防火分区、选择建筑材料、确定建筑耐火等级和耐久年限、控制单体规模和设计建筑造型等方面。除了需要满足结构上多方案的比较、得出最优的柱距和断面之外, 还需要结合建筑美观、保温隔热等要求选择强度高的夹心板, 适当减少用钢量, 增大檩距。为了降低用钢量, 还需要配合建筑、电、水、工艺、暖通等专业的要求适当增加吊挂荷载 (尽可能均布) 。尽量采用定型的产品, 减少异型构件带来的造价增加。尽量考虑压型钢板等构件的模数尺寸, 减少材料损耗。对装饰性等方面要求低的建筑, 墙面板选用低波压型彩钢板, 屋面板选用低波压型镀锌板, 保温隔热材料可选用低容重的岩棉或玻璃棉, 底 (内) 衬材料可选用加筋铝箔。总之, 要根据业主和建筑功能要求, 在满足规范要求的前提下, 尽可能用经济、可靠的方案来构造材料。

4. 美观

轻钢结构工业建筑的特点是形体简洁、规格统一、体量较大、构建的类型较少, 因此轻钢结构应该根据其自身的特点, 尽可能的采用较少的构架。它对避雷针、点支玻璃雨棚、企业名称等可起到画龙点睛的作用;对外墙板, 如弧形彩钢板、大型氟碳涂层水平安装夹芯平板、高 (低) 波压型彩钢板、小型彩钢竖直安装平板等材质的变化、光影效果和线条对比也会形成韵律感。

三、结语

在轻钢结构工业建筑设计的过程中, 我们应严格按照和采用相关的设计标准。同时随着轻钢结构设计技术的日趋成熟, 设计师也要紧跟时代步伐, 坚持与时俱进。只有这样, 才能设计出结构合理、经济环保的轻钢结构工业建筑, 满足经济建设发展的要求。

参考文献

[1]GB50016-2006, 建筑设计防火规范[S].

[2]张国荣.钢结构建筑设计的构思及其稳定性问题分析[J].建材发展导向, 2011 (11) .

轻钢结构工业建筑设计浅析 篇8

1 结构体系

轻钢结构是以热轧轻型H型钢、轻型焊接型钢、冷弯薄壁型钢等薄壁型材现场全装配的轻型钢结构体系, 被广泛应用于多种建筑领域。在工业建筑中, 轻钢结构有以下三种形式:排架结构、网架结构、刚架结构。排架和网架一般用在大跨度、高空间的建筑设计中, 而对于单跨在9 m～36 m, 高度在4.5 m～9 m之间的工业厂房, 通常会选择单跨或多跨门式刚架结构。门式刚架是沿建筑长向布置一榀一榀刚架的结构体系, 其间距一般在6 m～12 m之间。刚架由钢梁钢柱组成, 梁柱连接为刚接, 柱与地面之间可为刚接或铰接。建筑的横向作用力由刚架承受, 纵向作用力则由纵向支撑承担。每隔一段距离, 在两榀刚架之间要做柱间和屋面支撑, 具体间距按计算和构造要求得出, 支撑体系是满足钢结构纵向整体稳定性的必要构件。刚架之间还设有连系杆, 连系杆仅承受沿杆方向传递的力, 不承受竖向压力。刚架、支撑、连系杆共同作用, 形成了主要刚架结构体系。在满足设计、施工规范的前提下, 还应注意以下三点:

1) 重视对钢柱的保护, 做好柱脚处理, 防止烂根现象, 在车辆通道两侧的钢柱, 应考虑设置防撞保护。

2) 一旦钢结构安装完毕后, 尽量减少在承重构件应力状态下直接施焊, 例如安装管线吊件等, 以防止因施焊而造成变形, 影响建筑整体稳定性。

3) 如果建筑中抽柱就要进行结构转换, 设置托梁, 在计算净空高度和管线汇总中需要重点考虑。

2 外墙体系

轻钢结构的内外墙以非承重墙为主, 外墙体系一般采用组合墙, 1 m～1.4 m以下为砌块墙, 以上采用彩色压型钢板。压型钢板是用镀锌或镀铝锌钢板压制而成, 有大波小波横板竖板之分, 将钢板压出波形来主要是为了提高刚度和自身稳定性。外墙施工顺序如下:主钢构施工完后, 在柱子上安装横向墙檩, 根据柱子跨度不同, 檩条大小及疏密程度也不同, 墙檩固定好后挂压型钢板, 墙板与墙檩之间压入起保温作用的超细玻璃丝绵。出于美观考虑, 在墙檩内侧需要再挂一层内衬钢板, 将墙体骨骼系统包起来。在板型选择上, 横板比较美观、大气, 但竖板的稳定性较好, 也更经济。除了普通压型钢板外, 现在越来越多的厂房开始用复合板, 也称三明治板, 它是由两层压型钢板中间加高密度保温材料压制而成。复合板也要做墙檩, 但对于钢板板型没什么要求, 波形板、平板、压花板都可以。这种板保温效果良好, 平整度高, 美观耐用, 可以做出仿铝板、仿石材等效果, 价格上要贵一些, 往往受到合资品牌老板的青睐。轻钢结构外墙的最大特点是开窗自由, 由于柱子与墙面分离, 墙面不会被柱子打断, 所以开窗不受约束, 带形窗、角窗等都可以做, 这为厂房外立面设计提供了较大发挥空间。

3 屋面做法

轻钢结构厂房屋面和墙面一样, 屋面板分为单板和复合板两种, 做法是在钢梁上安装檩条, 檩条上铺板, 如果是用单板的还要在檩条与外板之间压入保温材料, 檩条下加装内衬板。对于屋面防水的处理, 传统做法是压型钢板自防水, 上面不再做防水层。这种做法如果钢板质量过关, 施工质量较好, 三四年是可以保证基本不漏雨的。但在一些交接缝或铆钉处, 长时间暴露在室外总会锈蚀, 漏雨在所难免。施工时应选用优质钢板, 在满足稳定性前提下少用铆钉, 板材用大块整板, 减少拼缝, 拼缝处要用卷边机进行180°或360°卷边, 将两块钢板卷在一起。近些年, 为了解决钢屋面漏雨问题, 越来越多的厂房开始在屋面上附加防水层, 常见的做法是铺PVC, SBS等防水卷材。铺卷材屋面板要求用比较厚的大波压型钢板, 至少0.8 mm。这种做法在两块卷材交接处一定要用热熔焊接, 将拉铆钉藏在接缝两层卷材之间, 普通胶粘是不可行的。卷材屋面应注意天沟、天窗和屋面设备、风机等部位的防水做法, 尽量满铺防水层, 薄弱部位附加防水层, 其中最麻烦的是屋面设备和风机的处理, 它们都是为厂房内使用, 有很多管线、风道穿出屋面, 防水比较难做, 加之设备本身防雨性能较差, 雨水会通过设备里面进入厂房, 想完全不漏水是很困难的。过去也尝试过在设备外加遮雨篷或防水雨罩, 但对于建筑物立面效果影响较大。

4 楼、地面做法

轻钢结构楼面首先要在钢梁上铺压型钢板, 然后绑钢筋, 以钢板作为底模上浇混凝土, 将二者浇为一体, 钢板可以做下层受拉构件考虑。地面做法分为配筋地面、构造配筋地面和不配筋地面。配筋地面是根据地面承载力大小计算出配筋量, 通常地面有比较重的荷载或地基土质较差的需要配筋, 无特殊要求的地面可采用构造配筋, 这种做法不用计算承载力, 仅配单层构造钢筋网即可。如果厂房面积较小, 荷载均布不大, 可以不配筋。面层处理通常有以下几种:金属 (矿石) 骨料耐磨面层、钢纤维地面、聚氨酯地面和混凝土固化剂地面等, 可以通过配钢丝网来提高面层抗裂能力。虽然楼地面有垫层、面层之分, 但最好两层一起浇捣, 表面随打随抹平, 机械压光。我曾做过一个厂房, 由于地面分层考虑, 刚封顶就开始裂, 还伴随着大面积起鼓现象。通过对事故分析发现, 在做面层之前垫层表面没处理干净, 致使两层没能粘结在一起, 由于面层较薄又没配筋, 收缩的过程中就会开裂, 开裂后水通过裂缝渗进面层就会起鼓。两层一起浇捣, 统一配筋能较好的解决开裂、空鼓现象发生。对于大面积的地面、楼面, 规范要求按一定距离分缝, 缝按缩缝考虑。《建筑地面设计规范》要求混凝土垫层“纵向缩缝应采用平头缝或企口缝, 其间距可采用3 m～6 m”“横向缩缝宜采用假缝, 其间距可采用6 m～12 m”, 面层要求“细石混凝土面层的分格缝, 应与垫层的缩缝对齐”。规范只规定了一般情况下的分缝要求, 但对于配筋地面、楼面如何做, 并没详细说明。我认为无论地面还是楼面, 如果分两层浇筑, 配筋层可以设后浇带来解决混凝土收缩问题, 面层设缝;如果是一体浇筑的, 后浇带自然必不可少, 纵横两向还要设置假缝, 但假缝不要切断钢筋, 并在钢筋表面留出一定厚度保护层, 缝中填弹性材料。

下面谈一下地面平整度问题, 《建筑地面工程施工质量验收规范》规定:水泥混凝土面层是每2 m可偏差5 mm。但由于工业建筑工艺要求, 特别是一些高架库, 货架比较高, 地面稍有不平就会影响其稳定性, 所以应根据不同使用功能对地面平整度做出限定, 适当高出规范值, 以避免不必要的损失。

5 立面设计

工业建筑平面一般都方方正正, 立面造型也不会有太多变化, 这实际上是给建筑师提出了一个难题, 如何将立面做的既简洁又不简单, 并能体现时代精神。有的建筑师对于工业建筑设计不重视, 总是说做得再好也就是个厂房, 而我觉得不然, 能将简单的东西做好才是水平。这些年, 我一直想摆脱老厂房立面设计的呆板, 让它们拥有轻钢结构独特的气质。我刚参加工作时做的一个厂房, 甲方资金比较紧张, 我做了3个方案, 最终选定在墙面上画色块的效果, 并用大写M来体现公司名称的第一个字母。还有一次, 和日本一家立面公司合作, 厂房平面很简单, 立面公司并没有做夸张的造型处理, 只是用材很精致, 建成后效果不错。

6 防火问题

工业建筑的防火措施与民用建筑有所区别, 主要有4个特点:

1) 厂房不单有耐火等级的分类, 还有火灾危险性分类, 从甲到戊共5类, 其中甲类是易燃易爆的厂房或仓库, 戊类的定义是“常温下使用或加工不燃烧物质的生产”。

2) 从使用性质不同, 工业建筑分为厂房、仓库两种。工业厂房一般流水线比较长, 人员比较稀疏, 防火分区面积、疏散距离的要求相对宽松。例如:丙类单层厂房, 耐火等级二级的防火分区面积可以做到8 000 m2。库房由于长时间堆放货物, 易引起火灾, 要求比较严格。

3) 轻钢结构厂房主结构、墙体、屋面等都是钢质的, 钢的耐火极限仅有0.25 h, 远远不能满足防火要求, 所以主要钢构架均应喷涂防火涂料或做其他防火措施。

4) 一般来说, 防火墙与墙面屋面相交处应用防火材料进行封堵, 然而对于轻钢结构来说, 即使堵实火焰也会烧破钢板窜到另一个防火分区, 况且由于板是波形的还有檩条、支架的存在, 封堵本身都很难。规范明确规定, 对于这种情况防火墙应凸出屋面、外墙面至少0.4 m, 在设计中应给予充分重视。

总之, 轻钢结构工业建筑在设计和施工中有其自身的特点, 它并不如公共建筑复杂, 但也并不简单、乏味, 其实重要的是用心, 用心体会、用心理解、用心学习、用心创新, 只要用心去做建筑, 再简单的房子也能创造出亮点, 焕发生机。

参考文献

钢结构建筑工业化 篇9

工业化、产业化是很大的概念

建筑业作为第二产业,在我国一直作为工业行业存在,“建筑工业”同样是很普遍的提法,如JG标准全称就是“建筑工业行业标准”。与电子业、机械制造业等行业相比,建筑业属于劳动密集型行业,资源能源消耗大,高新技术含量相对低,这些行业特点可能是强调提出“建筑工业化”的原因,对手工作业的依赖也让整个建筑行业往往会怀疑自己的“工业属性”。

“住宅产业化”的概念相对要空一些,行业内部分观点认为《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》(国办发[1999]72号)是其纲领性文件,但该文件仅是《关于进一步深化城镇住房制度改革加快住房建设的通知》(国发[1998]23号)的后续配套文件之一,与现在行业的发展热点基本无关。本世纪以来全国住宅建设量与人均住宅面积大幅度提升,主要是国发[1998]23号取消福利分房并施行住宅商品化的效果,其中“住宅产业化”工作的效果并不明显。

工业化、产业化都是很大的概念,是否合适作为口号来提出很难评说。从行业可持续发展的角度出发,将新型(现代)建筑工业化、住宅产业化作为发展目标的出发点是好的,但这些“大事儿”涉及的领域与方向很多,不是装配式混凝土结构所能承载。从装配式混凝土结构的自身特点出发,针对技术与管理的共性问题进行研发,以形成成熟的技术路线并辅以政策支持,是更加稳妥、健康的发展方式。

装配式混凝土结构的特点

与现浇混凝土结构相比,装配式混凝土结构将部分现场工作量移入工厂,可节约大量劳动力、减少施工耗材消耗、缩短工期,但预制构件的连接费用、运输费用及预制构件生产的管理费用、税费等也会增加。混凝土结构是否采用装配方式建造及预制构件的应用比例(预制率指标),主要由建筑综合成本来决定。发达国家劳动力成本高,施工现场环保要求高,很多情况下预制装配的建造方式经济效益明显。

我国的住宅大多为高层、多层混凝土结构,而国外普遍为独栋或低层(美国90%的住宅为木结构House),国外经验为我们可借鉴的并不多。在地震烈度相当的条件下,日本与我国台湾地区有高层装配式混凝土结构住宅的工程实例,且均为装配式框架结构。

从设计到建造的各个环节,装配式结构都对从业人员提出了更高的专业技术要求。建造装配式结构,无论在设计费,还是专业工人的薪酬方面都比现有水平更高,并需要投入更多的管理与监控措施。

从预制构件自身角度来看,产生直接经济效益的两个必要条件是预应力技术与高强混凝土,这两者的应用能减小构件截面、减少构件配筋,如果将现浇混凝土结构方案直接拆分为非预应力混凝土构件,工程土建造价很难低于现浇结构。

我国装配式混凝土结构行业发展的主要问题

我国研发并应用装配式混凝土结构(以下简称“装配式结构”)始于上世纪50年代末,开始主要学习苏联经验,到上世纪70年代末80年代初,基本建立了以标准预制构件为基础的应用技术体系,包括以空心板等为基础的砖混住宅、大板住宅、装配式框架及单层工业厂房等技术体系。由于当时的技术体系成本控制过低,存在整体性差、使用功能不良等问题,再加上装配式结构建造的各个环节无法满足上世纪90年代开始的大规模建设需求,最终使装配式结构的比例迅速降低并造成行业萎缩,预制构件生产企业数量急剧减少。

本世纪以来,北京榆构等单位完成了多项公共建筑外墙挂板、预制体育场看台工程。2005年之后,国内万科集团、瑞安集团、中南集团、宇辉集团等单位在借鉴国外(境外)技术及工程经验的基础上,从应用住宅预制外墙板开始,成功开发了具有中国特色的装配式剪力墙住宅结构体系。近年来,随着全社会、全行业对资源、环境问题的不断关注,装配式结构被赋予了更多的意义,并真正成为行业的热点。但任何事物的发展,“热”并不意味着“健康”,笔者认为目前装配式结构发展存在以下问题:

技术体系仍不完备。

目前行业发展热点主要集中在装配式混凝土剪力墙住宅,框架结构及其他房屋类型的装配式结构发展并不均衡,无法支撑整个预制混凝土行业的健康发展。

装配式剪力墙住宅发展为主流,主要原因是其发展动力源于房地产开发,并受到我国住宅多采用剪力墙结构的习惯影响,根源还在于按“现浇改预制”的技术思路。目前国内装配式剪力墙住宅大多采用底部竖向钢筋套筒灌浆或浆锚搭接连接,边缘构件现浇的技术方案(见图1),此技术方案在其他国家基本没有使用。图1方案的优点在于传力方式、受力性能接近现浇剪力墙,便于设计与拆分,不足在于关键技术问题仍需明确、连接施工手工作业多、施工操作与质量控制难度大、无法充分发挥装配式结构优势等。在工程造价方面,也很难低于现浇剪力墙,根据《关于确认保障性住房实施住宅产业化增量成本的通知》(京建发[2013]138号),采用夹心墙板的剪力墙住宅成本增加400元/m2左右。

基础研究缺乏。

国内装配式结构的发展看似红火,但基础研究仍有不足,如就上文提到的装配式剪力墙,钢筋竖向连接、夹心墙板连接件两个核心应用技术仍不完善。

作为主流的装配剪力墙竖向钢筋连接方式,套筒灌浆连接(见图2)相当长一段时间内作为一种机械连接形式应用,但在接头受力机理与性能指标要求、施工控制、质量验收等方面对三种材料(钢筋、灌浆套筒、灌浆料)共同作用考虑并不周全。施工及验收仅能参照行业标准《钢筋机械连接技术规程》JGJ107,在行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398-2012、《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408-2013编制完成后,针对其特性编制的行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》预计2014年底才会正式颁布实施。而对钢筋浆锚搭接连接方式,其实际搭接长度普遍小于《混凝土结构设计规范》GB 50010中关于钢筋100%搭接的具体规定,虽然《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014对浆锚搭接适用范围略有加严,但其设计依据、构造要求、施工操作及验收要求在工程界并无统一认识。

夹心墙板连接件是保证“三明治”夹心保温墙板(本文简称“夹心墙板”)内外层共同受力的关键配件。在此领域,国外在研发与工程应用方面积累了几十年的经验与教训,连接件产品设计不仅要考虑单向抗拉力,还要承受夹心墙板在重力、风力、地震力、温度等作用下传来的复杂受力,且长期老化、热胀收缩等性能要求很高。我国的夹心墙板虽然应用时间不长,但已开发出替代进口产品的纤维增强塑料(FRP)连接件。目前行业产品标准《预制保温墙体用连接件》在编中,在该标准未实施前,连接件合格检验仍以相关的企业标准为准。除连接件产品标准外,连接件如何布置、设计的应用技术目前也处于空白,工程中连接件的布置主要根据企业提供的参数,对建筑所属地区(地震、风、温差)、类型、高度等因素考虑并不充分。

从以上简述的两个问题,就可以判断行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014编制工作历时10年的原因,包括住宅在内的装配式结构,需要研发的产品和解决的技术问题还很多。技术是行业发展的根基,基础打不好,何以盖高楼?行业发展必须重视技术研发、重视安全与质量,避免弯路、错路给整个行业带来负面的影响。

在上世纪80年代完成的单层装配式混凝土厂房系列图集,可以根据不同跨度、高度、地震烈度直接选用构件,系列图集为我国工业厂房建设提供了可靠依据。图集由原国家建委(建设部)统一组织,全行业多个单位共同参与编制。在2002版规范修订后,虽然该系列图集仍修订了一次,但修订后的图集已退化为构件图集,并无法直接整体选用,增加了设计人员选用的工作量。希望新时期装配式结构发展能继续做出更多踏踏实实的工作,为整个行业的发展提供技术支撑。

标准规范支撑不够。

标准规范的重要性已被全社会、全行业所认识。俞正声主席在2013年全国政协“推进建筑产业化”协商座谈会上提出“推动建筑产业化、加强标准规范的集成研究”,仇保兴副部长在2014年国际绿色建筑与建筑节能大会上提出“我国装配式住宅存在的三大瓶颈问题是技术标准滞后、建造成本偏高、项目建设管理体制不利”。

目前行业主要的工程技术标准如表1所示,由于缺乏基础性研究与足够的工程实践经验,标准中部分技术内容仍处于空白,亟需补充完善。地方标准方面,各省市地方先后编制了住宅体系(上海)、装配式结构技术规程(深圳、辽宁)、剪力墙结构技术规程(北京、黑龙江、江苏、安徽)、外墙技术规程(深圳)、构件制作及质量验收(上海、北京、辽宁、四川)、施工及质量验收(上海、北京、四川)等标准,但地方标准的编制程序、参与度、研究依据等各方面多显不足,其中的内容能够为国标、行标修订所参考的并不多。

笔者建议我国装配式结构需要补充完善的标准技术内容或标准规范项目主要如表2所示,无论是工程标准,还是产品标准,需要完善的内容还很多。如前文所述,夹心墙板本身仍缺少一本完善的产品标准或应用技术规程。

行业可持续发展基础不良。

一个行业是否能够可持续发展,与行业内的企业是否有持续的盈利能力有关。如前述装配式剪力墙结构本身的造价一定时期内不会低于现浇剪力墙,在不考虑政策补贴的情况下,此种技术是很难发展的。近年来发展起来的只做装配式住宅的预制构件生产企业,没有一个企业是完全以销售构件为单一业务,均为房地产开发商、总承包企业投入建设,单独考核其预制构件部分投资很难收回。

预制构件行业的其他例子已为我们提供了启示。管桩已实现了工业规模化生产,其生产企业大多只生产一个品种,行业内最大的生产企业已上市并实现百亿产值;双T板作为一种综合经济性较好的预制构件,其生产企业中过半为仅生产一个品种,全国的双T板生产企业95%以上均为民营企业,且少有亏损。

采用先进的建造方式,需要更先进的行业管理机制、技术人员与操作者。这里借用一位同行的话,“建筑工程本应是工业化的标准化产物,如今在中国却采用着农业化的生产方式,部分生产方式甚至比农业还原始”,不得不承认这是我们建筑业的现实。装配化后一线工人是否有变化,是否能够满足更高的施工控制要求,这些都很令人担心。

设计同样也需要专业化。装配式结构需要设计人员投入更多的精力,需要建设方给予更多的时间与设计费,但这些可能都是理想的情况。实践中,设计、总包单位在承接了装配式结构工程后,并不能保证下一个工程还由有经验的单位(队伍)、设计师来承担。

鼓励政策尚不够完善。

国内现有的鼓励政策均针对住宅,10省市的鼓励政策摘录见表3。在各项政策中,面积或容积率奖励最为直接,各地基本为按装配式建筑面积奖励开发商3%的面积(不支付土地出让金或很少的费用)。虽然多省市均出台了政策,但目前3%奖励真正落地的只有北京。也可从另一个角度考虑下3%的经济性问题,按400元的土建造价增量考虑,只有土地楼面价达到1.3万/m2,3%的面积奖励才可带来经济效益,在国内只有北上广深才有可能。全国的鼓励政策中,只有北京在各部门联动、细则配套及管理落实等方面做得最好,其他很多地区的政策还很“粗放”,给推广工作带来很大难度。

除了鼓励政策,北京等地区还出台了要求在保障房中全部或部分采用工业化建造方式,也有在地产项目土地出让中提出强制要求的。装配式结构住宅的土建造价会提高,但只有北京通过文件确认了增量成本,并由政府支付保障房建设的此部分费用。对于政府财力不如北京的地方,政府不出真金白银而仅通过喊口号在保障房中推广装配式结构,再考虑当地可能还缺乏专业企业与专业技术人员,这种“又让马儿跑、又让马儿不吃草”的发展方式有待商榷。

政策不完善的另一个方面,是所有奖励均给予开发商,各地政策都与发展房地产、地方GDP密切相关,而对行业技术发展的培育却不够重视。透过3%的奖励政策,可看出政策制定者对房价上涨、土地稀缺的自信,而如果房价长时间稳定或下跌,大家都搞装配化,都拿到3%面积奖励实际上的经济收益会小很多。

由第三产业(房地产)引导第二产业(建筑业)的技术进步与行业发展,从逻辑上有悖常理。鼓励政策应能吸引更多的企业进入装配式混凝土行业,而不仅仅是开发商、总包单位(多带有开发业务,或者为了承接其他工程而进入)。从另一个角度思考,只有鼓励政策撤退后行业还能持续发展,行业才是健康的。

建议与展望

发展前景看好。

虽然前面谈到行业发展的种种技术问题,但笔者认为行业发展的前景是光明的,主要原因就在于综合成本。

从劳动力成本方面,目前仅仅是每小时薪酬的上涨,但一线作业缺少青壮年工人的现状大家都有所了解,未来上涨的不仅是薪酬,劳动者会要求更好的福利、合理的作业时间与居住环境,这些都会带来劳动力价格的翻番增长。发达国家房屋建筑土建成本中人力成本超过5成,我国目前仅3成左右,还有很大的上涨空间。劳动力价格增长后,现场必然会采用减少手工作业的施工方式,现在普遍采用的扣件钢管模板支架(脚手架)、手工绑扎钢筋都会减少,装配化施工也是必然。

除了劳动力成本,城市作业场地狭小、环保要求高也会促进装配化建筑的应用。图3为全世界最高的装配混凝土框架结构(位于日本东京银座地区,住宅,地下2层,地上58层,总高193.5m,总建筑面积38万m2),其土建直接成本仍高于现浇结构,采用装配的主要原因就是市中心施工场地不足、环保要求高。在我国一线城市,未来同样也要面对与东京一样的问题。

技术体系多样化。

仅发展装配式剪力墙住宅,无法支撑整个行业的健康发展。仅从住宅角度来看,在考虑各地鼓励政策落实的情况下,钢结构住宅的优势也很明显,钢结构天然就是“装配化”的。尤其对于一、二线城市之外的保障房,很多70m2以下的小户型建筑并不受欢迎,未来几十年不是没有改造、拆迁的可能,从这个角度考虑钢结构的优势更大。

大开间框架结构结合精装修任意分割布置,远胜剪力墙结构的呆板户型。对于开发高档住宅的国内一线城市开发商,日本、台湾发展的装配式框架结构住宅、公共建筑具有很好的借鉴意义,图4为润泰集团建设的台湾最高装配式住宅建筑。图3、4的两个建筑均为采用了隔震技术的装配式框架结构。

除住宅之外,在公共建筑、工业建筑、仓储建筑领域,装配式结构同样具有更广阔的发展空间。在这些建筑中,装配式结构更便于采用高强混凝土和预应力技术,方便实现大跨、重载的使用功能要求,与现浇结构施工相比可节省大量现场施工的模板及支架费用。

停车库是国外应用装配式结构的典范,图5是典型的采用大跨度双T板的装配式车库,其最大的优点是车位布置合理,停车位横向不设柱。在相同车位数量的情况下,双T板车库可比我国传统的8m柱网车库节约建筑面积30%,经济效益显著,目前双T板在我国地上、地下车库中都已有应用。未来我国物流建筑、展会建筑会有大量发展,装配式结构相比钢结构在综合造价、结构耐久性等方面具有更大的优势,具有广阔的推广空间。

行业管理进一步完善。

发展装配式结构,行业管理同样与之相适应。从现有的行业管理来看,混凝土结构设计、施工完全是按照现浇施工来管理,在上世纪预制行业萎缩后,行业主管部门对预制构件生产企业的管理也逐渐减弱,行业管理甚至不如预拌混凝土、钢结构行业完善。预制构件生产企业、安装企业资质管理、行业质量管理均相对缺失,在政府部门管理减弱的情况下,相关行业协会可在今后的工作中积极组织,弥补这部分缺失。

“像造汽车一样造房子”近来是行业内的热门,这句话最早提出是20世纪初(来自于德国著名建筑师格罗皮乌斯),当时汽车工业与建筑业都在发展,而经过100年的发展,汽车业已实现了真正的“工业化、现代化”,建筑业发展的步伐要慢了很多。将该口号与我国目前发展装配式结构结合在一起,反应了从业者、管理者在思考上的错位。如今,能做到“像汽车”的是模块化的钢结构、木结构房子,日本、美国都很多,但在我国短期内规模推广的可能性很小。针对中国自身的特点,寻找适合我国的发展模式,不能像搞运动一样推广技术、发展产业,光伏等行业已有的教训应该吸取。

发展装配式结构的另一个有效措施是真正落实设计施工一体化,即由施工总包单位根据建筑方案完成施工图。设计施工一体化是国际上普遍实行的工程承包方式,有利于从综合成本节约的角度采用装配方式建造。目前行业内反对设计施工一体化的主要理由是防止施工单位为经济利益而偷工减料,但笔者认为只要行业管理体制完善,这些问题似乎不应该成为阻碍行业发展与进步的原因。

无论是否采用设计施工一体化的方式,装配式结构的设计都需要充分考虑预制因素。按现浇结构设计,再拆分为预制构件的方式并不合理,也很难发挥装配式结构的优势。未来的行业发展,设计是促进的主要因素,也需要行业给予设计更多的激励政策,包括给予更重要的地位,给予足够的设计费与设计时间。

参与企业要思考。

对于整个装配式结构行业,参与的企业要保持足够的冷静,要考虑如何能保证自己的收益与发展。如果无法从房地产、总承包等方面得到收益,在目前的情况下是否值得进入这个行业,都是值得思考的问题。

对于装配式结构,笔者曾经提出过“四流企业按方卖、三流企业按米卖、二流企业按个卖、一流企业按体系卖”的观点,只有掌握了技术,创造了体系,才能有足够的资本在行业中立足。从经营角度,也可考虑多种发展。既参与装配式住宅的建设,也做一些工业建筑、公共建筑,并生产如空心板、双T板、预制楼梯等标准构件,做到多种经营、风险分担。

技术与质量是企业发展的基础,无论是生产技术还是应用技术,都是参与企业必须重视的问题,并依靠技术与管理确保产品、结构的质量与安全。

目前看,装配式结构发展最大的动力来自于政策支持,同时最大的风险也是政策。业内企业应该了解市场,了解形势,既能做到在涨水时畅游,也能在退潮后自由行走。

以上是笔者从结构专业从业者角度提出的个人看法,其中负面观点居多且很多可能都是片面的,部分认识也许早已落后于行业的发展,在此仅供各位同仁参考,欢迎给予批评、指正。笔者一直从事装配式结构领域研究与标准工作,真心希望在大家共同的努力下,装配式结构行业的明天会更好。

钢结构建筑工业化 篇10

1、联盟成立

2011年7月28日联盟成立大会同期召开了联盟理事会预备会, 国家科技部、住建部领导和上海市住房保障局、科委领导及23家联盟成员单位代表约80人参会, 人民日报、新华社、第一财经等16家知名媒体对会议进行了跟踪报道。会议讨论通过了装配式钢结构民用建筑产业技术创新战略联盟协议。

联盟成员单位有宝钢集团有限公司、中国建筑股份有限公司、中国冶金科工股份有限公司、同济大学、中国建筑标准设计研究院、上海现代建筑设计 (集团) 有限公司、浙江杭萧钢构股份有限公司、青岛海尔家居集成股份有限公司、北新房屋有限公司、成都交大房产开发有限责任公司等。

2、装配式钢结构民用建筑技术发展研讨会

在宝钢集团和同济大学的大力支持下, 秘书处精心策划, 于2012年3月28日, 在上海召开了“装配式钢结构民用建筑技术发展研讨会”, 国家科技部、住建部、上海市科委领导及23家联盟成员单位代表参会。研讨会采取主题报告与分组讨论相结合的形式。同济大学、中冶科工、中国建筑、中国建筑标准设计院、宝钢建筑等五家单位的专家从不同角度对如何发展装配式钢结构民用建筑产业以及如何发挥联盟作用, 做了主题报告。

3、联盟技术创新目标

突破装配式钢结构民用建筑产业的共性和关键性技术瓶颈, 形成具有较高市场竞争力的装配式钢结构民用建筑产品, 实现钢结构民用建筑的设计标准化、制造工厂化、施工装配化, 使我国钢结构民用建筑向工业化建造方式转变, 从而提升钢结构民用建筑的核心竞争力, 促进建筑产业结构的优化和升级。

近期目标:研发出满足建筑功能、便于现场装配、造价合理的民用钢结构建筑体系;研发出适合装配式钢结构民用建筑要求的墙面板、楼面板和屋面板体系;研发出能大大提高钢结构民用建筑装配率的连接技术;研发新的施工工艺和施工工法以提高钢结构民用建筑现场装配化施工速度;研发出低成本、易施工的钢结构防火、防腐措施;研究新材料在装配化钢结构民用建筑中的应用技术;研究低碳环保技术在装配化钢结构民用建筑中的应用转化及钢结构民用建筑的回收利用技术。

远期目标:形成装配式钢结构民用建筑的成套技术, 建设装配式钢结构民用建筑的示范工程, 编制装配式钢结构民用建筑的技术标准;开发出适合装配式钢结构民用建筑的专门的设计软件;建设装配式钢结构民用建筑关键部品的生产基地;建设国家级的装配式钢结构民用建筑的产业化基地和工程技术中心。

4、广泛开展技术科研合作

联盟自成立以来已开展多项课题合作, 其中包括:宝钢建筑与同济大学关于钢筋桁架自承式楼板研究项目, 宝钢建筑与南京旭建新型材料有限公司关于组装ALC大板应用研究项目, 同济大学与中国建筑关于新型装配式钢结构民用建筑体系研究项目, 同济大学与杭萧钢构关于新型装配式钢结构体系研究项目等。

主要研究内容包括:

4.1 钢结构住宅户型研究

在我国, 剪力墙是现有高层住宅的主流结构形式, 而面对住宅PC生产的路线选择时, 剪力墙与框架结构各有拥趸。不过, 更多业内人士认为, 框架结构大梁大柱的特点并不符合中国人的居住习惯, 因而更倾向于剪力墙结构。

但是, 框架体系其实更具灵活性, 也更有利于提高抗震性能。目前, 国内一些企业所尝试的住宅PC化生产, 多类似于WPC施工法, 也就是日本在PC的最初始阶段所采用的体系。

钢框架结构住宅, 较为适合套内的灵活分割、形成骨架与填充的分离。 (见图1、2)。

宝钢适合工业化的住宅房型研究: (见图3)

中国建筑标准设计研究院全国公租房优秀设计方案:

其主要理念是, 住宅建设方式就是住宅产业化。好处是可以大大缩短施工时间, 并通过大宗采购降低成本, 也便于未来的房屋维护, 尤其适合公租房建设进度要求高、资金紧张的现实要求。 (见图4)

4.2 结构体系研究

4.2.1 冷弯非薄壁方管柱受压性能研究

(1) 研究冷弯非薄壁方管 (壁厚大于6mm) 在各种参数条件下因加工引起的纵横向残余应力分布特性

(2) 研究冷弯非薄壁方管因加工引起的残余应力数值模拟方法

(3) 研究冷弯非薄壁方管在各种参数条件下因冷弯工艺引起的强度提高效应

(4) 研究冷弯非薄壁方管柱考虑冷弯效应的强度特性及其设计方法

(5) 研究冷弯非薄壁方管柱轴心受压的整体稳定性能及其设计用整体稳定系数 (见图5)

4.2.2 冷弯方管柱-H型钢梁节点性能研究

(1) 研究无加劲冷弯方管钢管柱-H形钢梁直接焊接节点的合理构造形式

(2) 研究无加劲冷弯方管钢管柱-H形钢梁直接焊接节点的承载力和刚度及计算方法

(3) 研究无加劲冷弯方管钢管柱-H形钢梁直接焊接节点的滞回性能

(4) 研究外套筒式冷弯方管柱-H形钢梁节点的构造和滞回性能 (见图6)

4.2.3 抗侧力体

(1) 研究 (钢板剪力墙、内藏钢板剪力墙) 合理的结构形式和构造措施;

(2) 研究墙板的受力特性、破坏模式、刚度、承载力、滞回性能;

(3) 研究带竖缝钢板剪力墙的设计方法。 (见图7)

4.3 各类混凝土叠合楼板性能研究

(1) 研究能够满足承载和刚度要求的预制预应力混凝土叠合楼板性能

(2) 研究预制预应力混凝土叠合楼板的构造措施和设计方法 (见图8)

4.4 墙板体系研究

宝钢与旭建合作, 研究A L C蒸压加气混凝土板的地面预拼装、预涂装、整体吊装, 整体安装的方法, 并进行了试验楼的安装。 (见图9、10)

4.5 装配化外墙保温装饰一体化系统

采用宝钢生产的镀锌板、镀铝锌板、印花板、氟碳彩涂板制作的外墙保温装饰一体化系统, 进行了研发和展示。

仿石材和仿金属幕墙, 其主要特色为:外观高档、施工简便、耐久性能佳、外墙防水保温好、围护方便、无需满堂脚手架即可施工。 (见图11、12)

4.6 防火防腐耐久性研究

4.6.1 钢材腐蚀对住宅钢结构性能影响的研究与评估

包括:

(1) 研究钢材受腐蚀后的力学性能

(2) 研究钢构件在未涂装和涂装条件下的腐蚀情况及其承载力

(3) 比较住宅环境条件下的钢构件与混凝土构件的耐腐蚀寿命

(4) 评估腐蚀对住宅钢结构性能的影响

4.6.2 钢框架加气混凝土片材黏贴包覆工法的研究

宝钢与旭建合作, 利用自产的无机粘结剂, 研究钢框架加气混凝土片材黏贴包覆工法。解决钢结构的防火、防腐、装修的问题。 (见图13)

(1) 防火性能大幅提升

防火装饰一体化构造, 在天津消防所进行了权威检测, 结果证明钢结构采用此方法包覆完全能满足建筑规范要求的耐火极限。

(2) 防腐蚀性能好

新型包覆采用的粘结剂及加气片材均为无机材料, 特别是黏贴用的无机粘结剂, 直接涂覆于钢材表面, 起到密闭隔绝作用, 阻止水汽及氧的进入。同时无机粘结剂为强碱性材料, 能够保护钢材, 使钢材在表面形成一层钝化膜, 进一步阻止钢材发生锈蚀。通过2000小时盐雾对比试验证明、具有很好的防腐蚀功能。

(3) 施工方便、二次装修简单

在钢框架安装完成后即可进行黏贴包覆, 施工速度快。加气片材本身表面平整度好, 无需抹灰等工序, 直接批挂腻子、涂料即可完成, 省工省时。

(4) 防冷桥、隔音性能好、综合成本较低

与现有市场上的各种用于钢结构防火及维护的材料相比, 加气片材的价格最低, 同时自主研发的粘结剂价格也低于同类市场产品, 总体造价完全具有竞争力。

4.7 钢铁业资源回收绿色建材的研究

“宝钢钢结构住宅关键技术”研究项目是集成创新与研发创新相结合、以集成创新为主的课题。其中、资源回收利用绿色建材也是关键课题。 (见图14、15、16、17、18)

4.8 钢结构住宅建筑体系研究

同济大学研究以一般商品房和经济适用房为目标的、建筑与结构相协调、适合钢结构体系、具有标准化、预制化、模数化的住宅建筑体系

5、发展装配式钢结构民用建筑产业的思考

5.1 密切响应政府政策

在国家对节能减排日益重视、老百姓对房屋质量和舒适性的要求不断提高的大背景下, 装配式钢结构民用建筑除充分利用其相对传统钢筋混凝土建筑在抗震以及工业化建造方面的比较优势的基础上, 还应着力提高其质量和舒适性, 从而为其打造一个性能好、品质高且节能环保的社会印象, 以紧跟国家政策方向和市场需求。

5.2 积极影响政府决策

新产业在发展初期或多或少都需要政府的扶持, 部分地方政府目前已经出台若干针对装配式钢筋混凝土建筑 (主要是外墙) 的优惠政策, 但对于更易实现工业化建造的装配式钢结构民用建筑, 目前却还无特殊的优惠政策。联盟应通过与政府的积极沟通, 引导其在税收、容积率、一体化资质等方面对该新型产业给以相应的优惠和扶持政策。

5.3 灵活的发展路径

鉴于目前的实际情况, 钢结构民用建筑的市场开拓可优先聚焦于那些相对规整简单的建筑类型如办公、校舍、医院、酒店等建筑, 并在市场份额、社会影响力以及客户接受度得到一定程度提高的情况下, 再逐步聚焦到量大面广的居住类建筑上, 即装配式钢结构民用建筑的市场开拓应采取迂回的发展战略。

5.4 创新合理的市场模式

发展装配式钢结构民用建筑的最终目标是由系统集成商为客户提供一个高性价比的建筑产品, 系统集成商最重要的工作是集成, 实现像造汽车一样造房子, 即把建筑的部品和组装方法设计好, 并分解到部品供应商, 而不是亲自参与每个部件的制作过程。系统集成商的模式更有利于装配式钢结构民用建筑的发展。

5.5 建设高标准的示范工程

多层钢结构工业厂房设计与实例 篇11

关键词钢结构工业厂房;设计;节点;分析

中图分类号TU391文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0099-01

1多层钢结构工业厂房的结构布置

1.1常用的结构体系

l)框架—支撑体系。即横向设计成刚接框架,纵向设计成柱—支撑体系,用柱间支撑抵抗水平荷载。这种体系经济节约,但柱间支撑可能会影响使用。这种形式特别适用于纵向较长,横向较短的厂房。

2)纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架,不设置柱间支撑。其优点是使用空间不受影响,缺点是柱不宜采用工字型柱,而要采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式(如箱形柱),使用钢量增加。

3)钢架加支撑的混合体系。这种形式与第一种形式不同之处在把纵向设计成钢架和支撑混合的型式,靠两者共同抵抗水平力。这种形式可以有效地减少柱的纵向弯矩,但要求楼面刚度大,否则柱子间的变形不协调,无法充分发挥柱间支撑的作用。

1.2柱网布置

厂房内大型设备的布置对确定柱网起着决定性的作用,一般柱距在6m左右,但根据实际需要可以采用4.5～12m的柱网。在重型设备的周围最好均匀地单独布置一圈柱,并使柱与设备中心重合,以减少大型设备在地震力作用下产生的巨大倾覆力矩对支承梁的不利影响。

1.3楼盖布置

楼盖主要有压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板,装配整体式预制钢筋混凝土楼板,装配式预制钢筋混凝土楼板,普通现浇混凝土楼板或其它楼板。

1.4支撑体系

在不影响生产操作的前提下,应沿厂房四周设置水平及垂直支撑。支撑的布置遵循抗侧力中心与水平地震作用力接近重合的原则。其中最为重要的柱间支撑分为中心支撑和偏心支撑。一般的多层钢结构工业厂房宜采用中心支撑。中心支撑宜为交叉支撑、人字支撑或单斜杆支撑,不宜采用K型支撑。但中心支撑适用于地震力小构造简单的结构。当厂房为高层钢结构或在强震区时,宜采用延性和耗能能力更好的偏心支撑。

1.5节点构造

钢结构的节点主要有以下几类:柱与柱的接头、梁与梁的连接节点、梁柱的节点、支撑构件的节点以及柱脚节点等。近年来,针对以前典型的栓焊连结型梁柱刚接节点的不足,又出现了以下几种新的梁柱刚接形式:盖板式节点、托座式节点、狗骨式节点和切缝式节点。对于一般的多层钢结构工业厂房仍可采用典型的栓焊连结型梁柱刚接节点。但在强震区宜使用设计思想先进,能将塑性铰自梁端外移的狗骨式节点。

2使用软件分析结构内力的特点

2.1网格生成平面简化

由于工业厂房的网格布置复杂,在应用软件时,完全按实际情况建模会产生大量的近节点,对分析结果不利。需要利用一些简化手段,但是同时应注意与实际出入不能太大。

2.2利用柱间支撑调整结构

纵向周期柱间支撑不能简单地被看为构造措施,必须把它作为一种受力杆件输入到模型中,支撑的刚度直接影响到厂房纵向的周期与水平位移。如果有柱间支撑仍按纯框架模型计算,其结果会偏“柔”,低估了地震力,而且由于纯框架模型侧移大,柱的用钢量反而比有支撑的模型大。支撑斜杆的两端连接节点虽然按刚接设计,但由于其承担的弯矩小,在模型中支撑构件可按两端铰接模拟。

2.3弹性楼板模型的确定

由于工业厂房楼板开洞较大,且与钢梁间的约束较弱,因而在建模时可将工业厂房的楼板设定为弹性楼板。

2.4主次梁节点应设定为铰接点

由于钢梁整体失稳模型为平面外的弯扭失稳,而且钢梁的抗扭模量很小。若次梁的端部存在弯矩,该弯矩会对主梁形成扭矩。为了防止主梁平面外的弯扭失稳,应将主次梁节點设计为铰接。

3工程实例

某工程是一用于冶炼电石的多层钢结构厂房,总建筑面积近400m2。首层层高4.4m,二层标高12.0m。局部二层分别为:7.0m,16.0m。局部一层为10.5m,夹层层高4.5m,建筑高度22.2m。为满足工艺要求,柱距纵向为5～11m,横向为4～15m;为设备承重需要,在每台设备四周设置4根箱形柱;为节约造价,所有箱形柱在12.0m以上仅承受屋面荷载,截面变为工字型柱,其余的框架柱均为工字型柱。柱与独立基础刚性连接。屋面采用薄壁C型钢双拼擦条,墙面采用外挂夹芯板。由于使用功能的限制,仅在厂房外围纵向两轴设有交叉型柱间支撑。楼面采用普通现浇混凝土楼板以节约造价。梁柱节点采用典型的栓焊连结型。

3.1设计分析计算

1)计算荷载。基本风压0.3kN/m2,地震烈度Ⅶ度,地震加速度0.10g,阻尼比取为0.35主要荷载见表l。

2)荷载工况。按《建筑结构荷载规范》规定,该工程应考虑X方向地震力作用、Y方向地震力作用、X方向风力作用、Y方向风力作用、恒载作用、活载作用下的标准内力。

3)计算方法。结构分析,采用STS空间建模,并用SATWE软件完成框架杆件的强度和稳定、自振周期和节点强度等计算。

3.2结果分析

1)结构振型与自振周期。结构水平方向的主要振型无明显突变,说明结构沿高度方向的质量和刚度分布合理,X、Y方向及考虑扭转耦联时基本自振周期见表2。

2)主要构件尺寸。本结构框架梁柱除受主要设备集中力的8根柱子采用箱形柱外,其余均采用焊接工字形截面,框架柱间支撑采用双槽钢支撑。主要梁柱尺寸见表3。

3.3计算结果

1)构件的强度、刚度、稳定性。计算分析表明,各种梁、柱设计应力均控制在规范允许设计限值的90%,结构构件的强度、刚度、稳定性好。各类节点验算也符合规范的要求。

2)结构水平位移。结构的水平位移主要计算结果如表4、表5。

上结果均满足侧移的要求。

4结论

工业建筑结构设计要点分析 篇12

在现代化工业生产、工艺不断更新的要求下, 许多过去在生产中单一功能的厂房已被多功能的综合厂房所代替, 工业建筑的结构体系日趋多样化, 建筑布置与竖向体型也越来越复杂, 设计要求也越来越高。工业建筑在建筑设计领域占有举足轻重的地位, 它具有一般建筑的共性, 但在设计和施工方面又具有自身的特点。由于工业建筑是以工业生产为导向, 它的外形、内部构造与我们熟知的常规形式和固有类型差别很大, 处处彰显出功能主义的气息, 表现出很强的经济适用性、灵活性和高科技特征。可以说, 一个优秀的工业建筑设计作品, 既要满足库存、运输、设备安置等生产要求, 还要能提供适宜的劳动环境。

工业建筑的受载情况复杂, 这对诸多构件的材料和结构组合提出特殊要求。同时工业建筑具有大量的预埋件, 一有遗漏就需要立即在现场进行修补, 不仅增加了成本, 而且放慢了施工速度。结构设计就是用基础、墙、柱、梁、板、楼梯等结构元素来构成建筑物的结构体系, 以下对现场施工中遇到的问题, 结合笔者设计经验, 简要论述结构设计应注意的一些问题。

1 地基

工业建筑的投资大、占地面积广、地质情况复杂多变, 故在设计时需采用多种地基形式。载荷较大的地方采用桩基、独立基础、条形基础、弹性地基梁等。工业建筑的输送皮带支架一般采用底部铰接形式, 传给地基的只有剪力和轴力, 所以一般把地基设计为桩下条形基础。从设计角度而言, 混凝土标号应符合结构耐久性要求 (一般采用C25) 。地基的配筋应尽量降低配筋率。条基交接部位的钢筋设置要有详细的工程图。条基交叉处的基底面积只能单独使用, 不可重复使用, 并要合理调整基宽。砌体结构局部墙体作用有较大的集中载荷, 应根据具体要求适当加大地基宽度。另外需特别注意的是柱下条形基础, 如果基础的翼缘板采用缓坡形式, 应注意坡角不可过于陡峭, 否则施工工艺性较差。

2 梁和板件的合理设计

工业建筑受载较大, 为保证强度要求, 常把梁和柱的截面积设计得较大, 钢筋粗而密, 给施工造成不同程度的困难。某些设计人员为了控制截面高度, 将配筋率提高到2.5%, 实际中很难做到这一点。如果钢筋分布过于稠密, 在梁柱结点区, 混凝土很难浇注密实, 无法插入探棒, 造成钢筋严重移位, 留下安全隐患。在设计时, 应首先考虑增加截面高度, 降低配筋率, 在特殊场合可适当增加截面宽度。为了方便施工, 尽量避免在梁柱交接处出现大量钢琴堆积的情况。在没有特殊载荷的情况下, 配筋率应小于1.7%, 利于梁结构塑性铰的形成, 提高抗震性能。

挑梁的自重相对总载荷比较小, 做成变截面对减轻自重贡献不大, 所以应尽量将挑梁做成等截面形式。在计算挑梁钢筋率时, 应预留合适的安全系数。当挑梁载荷大、悬挑大、挠度大时需适当加大底筋。砌体结构挑梁深入墙体的托梁长度应满足构造要求, 并计算抗倾翻临界条件。

过梁的设计可以按标准图选用, 但要在施工图中特别标明选用方法和具体图号。如果门窗洞口较大或过梁作用有集中力时, 应通过具体计算验证过梁的受力强度。在设计时, 尽量将过梁与圈梁整体浇注, 既便于施工也利于抗震。过梁的钢筋不可配置过小, 以充分考虑地震时过梁墙体出现裂缝而无法形成支撑的作用。

现浇板配筋多借助软件自动生成, 例如常用的PMCAD。这样可以加快速度, 减少笔误。在计算配筋时, 应考虑塑性变形重分布, 将板上筋应力乘以0.8-0.9的折减系数, 将板下筋乘以1.1-1.2的放大系数。如果按弹性力学理论计算双向板钢筋应力, 结果偏于保守, 不必再人为放大。在给砌体结构的板件进行配筋时, 要注意支撑在外墙的板负筋不宜过大, 否则会对砖墙产生过大的附加弯矩。板配筋尽量采取大直径大间距形式, 间距值不小于200毫米, 板上板下钢筋宜均匀分布, 直径类型不宜过多。在设计时, 要注意将现浇挑板阳角配置辐射状附加筋, 同时要对现浇挑板阳角的板下配置斜筋。

3 柱形件的设计要点

工业建筑结构设计中, 轴向受力构件的应用极为广泛。柱截面选用时, 为了经济, 宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。如角钢、槽钢、工字钢和钢管, 也可用型钢或钢板制成组合截面柱。组合截面柱的腹杆体系有缀条式和缀板式两种。考虑到性价比, 在工艺允许的情况下可增加纵向系杆, 以减小厂房柱的平面外计算长度。

支撑杆件的结构通常设计为单拉杆, 或者是一镰一压杆件的组合形式。实际中根据受力大小和杆件长度灵活选用。单杆设计目前处于主流地位, 也即在前后片杆件之间不设置缀条, 这样便于架设中间穿行管道、楼梯和参观走廊。

4 楼梯的设计

工业建筑中的机房、宿舍和办公场所等生活区建筑楼梯多采用板式结构, 既美观大方也方便施工。但要给梯梁和梯板之间留下足够的高度, 尤其是建筑入口处。梯段高度差不大于20cm, 避免绊倒。休息平台与梯段板平行方向的上部筋应拉通, 且与梯段板的配筋相配合。特殊条件下, 例如板式楼梯跨度大于五米, 不容易满足挠度, 则要施工图中特别注明加大反拱。第一段梯板的基础要考虑沉降, 必要时需设置梯梁增强稳定性。

5 预埋件的合理埋设

工业建筑是一个载体, 其中安装有各种设备, 这就需要很多预埋件。在施工图中, 设计人员要在结施图中明确标明预埋件的大小规格和定位尺寸。某些单位在结施图中漏掉楼梯埋件, 需在现场补埋, 费时费力。技术交底时, 要特别向施工单位阐明埋件要求。埋件要可以承受一定的附加载荷。工业建筑筒体结构库壁的埋件安装要特别注意, 否则出现滑膜时会使埋件移位, 造成安装困难。

6 钢结构设计要点

工业建筑中钢结构较为常见, 钢结构的设计也应具有良好的工艺性, 方便施工和检修。例如某工程设计, 采用轻型门刚结构设计堆棚, 在斜梁与柱的交汇处采用高强度螺栓连接。在现场装配时, 最下部的螺栓未留够足够的扳手空间, 导致力矩扳手无法完全使用。假若设计时充分考虑施工方便, 留下扳手空间或采用其他柔性连接方法, 问题就能得到解决。水泥厂的窑尾大量采用钢结构, 高强度螺栓广泛应用于梁与柱、梁与梁的连接, 施工时要特别注意螺栓的位置排布。另外在结施图中要特别注意钢结构防锈处理、制作安装工序。

节点构造设计在钢结构设计中很重要, 杆件设计 (杆件内力分析) 与节点设计 (节点构造分析) 是钢结构设计的主要内容。钢结构的安全性在很大程度上取决于节点的构造设计。节点设计要力求构造简单、传力可靠、受力明确、工艺性良好。节点连接设计最好设定10%-15%的安全系数。应力较小的构件, 其连接焊缝长度通常大于120mm。在工业厂房钢结构设计中, 这些都是至关重要的。施工时不能随意加大杆件截面, 以免破坏节点构造的安全性。

7 结束语

总之, 工业建筑的结构设计所要考虑的因素越来越多, 形式也越来越复杂, 这里所谈到的只是浅显的一部分。作为建筑结构设计人员, 面对这种挑战, 应该更全面的去思考解决问题, 把握以人为本的原则, 善于反思和总结以往设计中的经验和教训, 使工业建筑设计跟上社会需求的步伐。

参考文献

[1]张润锋.浅谈工业建筑钢结构的应用与设计[J].建材与装饰, 2012, 22.