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H型鋼結構住宅建筑體系研究的可行性報告

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    一、 課題的提出：

    1、H型鋼結構住宅屬于綠色生態環保建筑

    H型鋼結構住宅建筑以采用H型鋼做梁柱、板材做圍護結構為主要建筑特征，因為這種結構形式的住宅具有重量輕、抗震性能好，施工周期短，濕法作業少，宜于工廠化生產，適宜產業化發展等突出優點，屬于綠色生態環保建筑，有利于國民經濟可持續發展的戰略要求。

    2、國內外發展現狀

    長期以來，我國一直處在鋼材短缺的經濟條件下，從產業政策和規范要求上都追求建筑選材中少用鋼。所以，雖然近幾年鋼材產量出現結構性過剩，但是建筑鋼結構用鋼量占全國鋼材總產量的比重很小，與發達國家相比差距很大，尤其鋼結構住宅在建筑市場中所占份額接近于零。

    目前我國的綜合經濟實力已具備研究開發鋼結構住宅建筑體系的條件，特別是建筑用鋼材的主要材料H型鋼在馬鋼、萊鋼等廠家的相繼投產和多家墻板生產線的建成，及有關住宅體系開發的其它研究成果，更使研究開發鋼結構住宅建筑體系成為發展住宅產業化的迫切需要。

    在發達國家，鋼結構住宅特別是小高層、高層鋼結構住宅較為普遍。柱采用H型鋼，H型鋼鋼骨砼柱，方管鋼柱，圓管鋼柱和鋼管砼柱；梁一般采用H型鋼，梁柱的接點連接采用高強螺栓或兩者并用。樓板一般為鋼承板現澆砼組合樓板，維護結構主要采用標準化預制墻板。防火主要采用防火涂料或防火板包裹，他們寧愿以較貴的材料去換取較少的人工，以達到綜合造價低的目的。

    而在我國勞動力資源豐富，人工費用低廉，因此簡單套用國外的建筑用材其綜合造價偏高，市場無法接受，所以我們有必要根據自己的國情開發自己的鋼結構住宅體系，重點是對圍護材料與技術、樓板形式及相關配套產品的研發應用，以實現鋼結構住宅的高性能價格比，解決鋼結構住宅啟動階段的合理定位，只有這樣，住宅發展的新階段才會順利啟動。

    二、課題的研究

    二十一世紀的主題是節能，環保和可持續發展，我們萊蕪鋼鐵集團有限公司研究開發的H型鋼結構住宅建筑體系廣泛采用目前已經開發成熟的新材料、新技術，使其性能在鋼結構住宅體系中得到更好的體現。并重視研究開發新的材料、新的技術使鋼結構住宅體系具有更強的生命力。

    1、本體系的主要構成及關鍵技術

    （1）外墻：

    方案一：采用輕質復合墻板，可為蒸壓輕質加氣混凝土板、鋼絲網水泥夾心板，GRC夾心復合板、鋼筋混凝土夾心復合板等。

    方案二：砌塊填充，采用加氣混凝土砌塊，輕骨料混凝土小型空心砌 塊，或混凝土小型空心砌塊等。

    （2）內墻：

    方案一：采用輕質板材，如紙面石膏板，纖維石膏板，加氣混凝土板，玻璃纖維增強水泥板等。

    方案二：復合板材，如鋼絲網架水泥夾心板，發泡夾心聚苯乙烯復合墻板。

    方案三：砌塊填充。

    （3）防火處理：

    鋼柱：采用防火板包裹，或厚涂型防火涂料，可以根據實際情況及價格比較進行選擇，以達到不同結構構件耐火極限的要求。

    鋼梁：H型鋼梁翼緣內填充加氣混凝土砌塊，再用金屬網抹25厚蛭石砼包覆，或防火涂料或防火板。

    （4）結構形式：可比較采用H型鋼框架結構、H型鋼框架支撐結構，鋼框架砼剪力墻結構等多種形式。

    梁采用H型鋼，柱可采用H型鋼、鋼管砼，方管及鋼骨砼柱等。

    鋼材可采用Q235、Q345材質。
    （5）、構件連接可采用高強螺栓連接、焊接連接或栓焊混合的連接形式。

    （6）、樓板。可采用普通現澆砼樓板，預制鋼筋砼迭合樓板，壓型鋼板現澆砼組合樓板。

    （7）、采暖通風設計采用先進的分戶計量方式，可比常規供暖方式節能10%，結合H型鋼構件的截面特點進行管線的隱蔽設計，將管線設計在H型鋼的凹面內，避免由于采用分量計量帶來的戶內管線多，既不美觀又占用正常使用空間的矛盾。

    （8）、給排水設計考慮，生活污水的無公害凈化處理，減少對環境的污染，設計采用節水設備，可考慮中水的處理利用，節省使用水資源。

    （9）、采用智能化設計，設計考慮綜合布線系統。樓宇智能化管理系統實現電話、傳真、有線電視和微機上網等家庭辦公的自動化。

    2、試點工程：

    試點工程包括一座小高層住宅，兩座多層住宅。

    （1）、高層住宅（1#樓）建筑面積12000平方米，共12層，地下一層，層高3.9米，地上12層住宅，層高均為2.9米。建筑總高度34.8米，采用鋼框架??現澆砼剪力墻結構。柱采用直徑300鋼管內灌C50砼，梁采用H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    一幢多層住宅（4#樓）六層，一層商店，層高3.9米.二至六層為住宅，層高2.8米，建筑面積1200平方米，采用鋼框架支撐結構。梁柱均采用和H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    另一幢多層住宅（南區4#樓）為七層住宅，一層為藏間，層高2.2米，二至七層為住宅，層高均為2.8米，總建筑面積約4720平方米，采用鋼框架--預制砼剪力墻結構。梁柱均采用H型鋼，鋼材全部采用Q345。

    （2）、1#樓外墻采用鋼絲網水泥夾芯板，板芯為EPS苯乙烯發泡板，外面抹35厚1：3水泥砂漿，具有結構性能好、質輕、保溫、隔熱、防火性能好、施工簡便等優點。分戶墻、廚房、衛生間采用玻璃纖維增強水泥板、內隔墻采用改性石膏砌塊，隔音效果好。

    4#樓外墻采用200厚蒸壓輕質加氣砼板，這種板材容量小、導熱系數低，耐火性好，施工簡便易于操作。內墻采用蒸壓加氣輕質制砼內墻板。

    南區4#樓采用蒸壓加氣砼砌塊為外墻，內分戶墻體材料，戶內分隔墻體采用厚度75MM的輕砼墻板。

    （3）、1#樓采用普通現澆砼樓板；4#樓采用預制鋼筋砼迭合樓板；南區4#樓采用預制預應力砼空心板加砼現澆層。

    （4）、保溫：為達到建筑物節能50%的標準，采用了如下措施：

    屋面:屋面保溫采用現噴硬質聚氨脂發泡保溫技術

    周邊地面：采用聚苯保溫。

    外墻： 采用保溫復合外墻板或導熱系數低的外墻材料。

    外墻：采用單框雙玻窗保溫窗。
    （5）防火：

    鋼柱：采用防火板包覆，已達到耐火極限2.5小時；鋼梁：H型鋼鋼梁翼緣內填充加氣混凝土砌塊，再用金屬網抹25厚蛭石包覆，達到耐火極限1.5小時。

    （6）試點工程在采暖通風設計采用了分戶計量方式。

    （7）經濟技術指標

    H型鋼住宅建筑試點工程主體鋼結構小高層約為33.2Kg/m2：多層約為35KG/m2。

    按山東省定額計算，工程預算造價多層760元/m2，鋼筋混泥土結構多層住宅約為650元/m2,節能建筑造價增加8%,約為52元/m2,扣除節能建筑增加的部分,鋼結構多層住宅造價為708元/M2,比鋼筋混凝土多層住宅增加約為9%;小高層為1100元/M2,鋼筋混凝土結構小高層住宅,約為1000元/M2,節能建筑造價增加8%,約為80元/M2,扣除節能建筑增加部分,鋼結構小高層住宅招架為1020元/M2,與鋼筋混凝土小高層住宅基本持平.

    3.正在研究的相關技術:

    在試點工程的基礎上,我們繼續開展了幾個方面的研究,并有2項技術已申報專利.

    (1) 整體外墻板

    研究開發輕質保溫整體外墻板,可采用一個房間的外墻作為一塊墻板,這樣可以減少小塊墻板拼裝產生的接縫所帶來的裂縫、滲漏等問題。

    （2）小波紋壓型鋼板組合樓板

    　　我們研究開發了一種新型的、與鋼結構建筑相適應、能夠采用工業化生產，同時又能適應住宅建筑使用要求的組合樓板形式??小波紋壓型鋼板組合樓板。具體采用0.4－0.6mm厚的鍍鋅鋼板壓成型，波紋肋高一般在10－15mm之間，這種壓型鋼板造價低，可作為施工模板使用，不考慮結構受力，但與主體鋼結構連接的整體性好?，F澆板鋼筋，根據使用階段的強度要求，計算出配筋量，采用工廠化生產方式，將鋼筋與壓型鋼板焊接成型，工地安裝后，連續板支座處現場綁扎支座負筋，這樣一是減少了現場綁扎鋼筋的工作量，提高了工廠化制作程度，滿足了鋼結構建筑施工速度快，樓板多層同時澆注的要求，同時又降低結構高度，增加建筑的可利用空間，鋼筋與壓型鋼板的工廠化成型又能滿足了小波紋壓型鋼板在施工階段的強度要求。

    （3）、萬能托架

    普通現澆砼樓板常規施工方法與鋼結構建筑的快速施工，多層同時澆注不相適應，為解決這一矛盾，我們實驗開發了一種支撐模板采用的萬能托架。這種托架長度可調整，兩端與H型鋼梁緊固連接，拆裝方便。（此項技術已申請專利）

    （4）、模塊化的設計、施工

    鋼結構住宅建筑的最大優勢在于可以工廠化生產，形成產業化的發展模式,因此設計上的標準化、模塊化更能促進鋼結構住宅體系的產業化。結構構件，連接節點的標準化設計有利于工廠化和機械化生產，模塊化的設計又能加快安裝速度的提高。構件不再是單柱單梁工廠生產，現場拼裝，而是按模塊化的設計形式，把住宅中一戶或一個單元作為一個部件進行設計、生產，部件可以采用工廠化生產，（也可以采用零件工廠化生產、部件現場拼裝，再進行吊裝）這種方式的優點在于提高了工廠化生產的程度，減少人工操作，尤其降低高空作業量，模塊化設計中應考慮整體空間剛度，合理選擇吊點，并驗算模塊強度避免吊裝過程中產生變形。

    部件的構件連接可全部采用焊接，由于全是工廠化操作，焊接質量容易保證，現場拼裝全部采用高強螺栓連接，避免高空焊接造成的質量隱患。

    (5)、繼續研究開發高強度、焊接性能好的H型鋼及輕型H型鋼、并研究開發耐火鋼和耐候鋼。

    三、課題開發的預期目的

    對H型鋼結構住宅建筑體系的研究開發，目的是能夠完成一套H型鋼結構住宅建筑體系具有代表性的設計；摸索出一套與該體系相適宜的施工方法；研發和配制一套能使該體系適應市場的建筑材料；總結一套該體系高性能價格比的特征參數。
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