装配式建筑中钢结构技术的适用性分析论文_赖玲利

装配式建筑中钢结构技术的适用性分析论文_赖玲利

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摘要:本文对装配式钢结构建筑中钢结构技术现状进行了梳理。既然是支撑装配式钢结构建筑的技术,还是要围绕装配式建筑发展的目标和需求,即工厂的高效生产、现场的高效装配、与建筑装修的一体化协同和集成等发展目标,从结构体系、构件和节点等方面进行研究和实践,切实提高行业技术水平,推动装配式建筑的发展。

关键词:绿色装配式;钢结构建筑;适用性

1装配式钢结构建筑体系优势分析

结合目前的建筑行业来讲,由于城镇化进程的逐渐加快,城镇居民人口数量越来越多,在一定程度上推动了建筑行业的快速发展。在建筑工程施工过程之中,为了保证建筑物的各项功能得到更好发挥,更好的满足居民实际需求,提升建筑施工的安全性与时效性至关重要,保证建筑工程的功能性得到完美体现。绿色装配式钢结构建筑体系具有以下优势:第一,施工强度高、抗压强度高。从建筑工程结构角度来分析,钢结构和混凝土结构的差异较小,但钢材自身具备较强的抗压性能与抗拉性能,故在具体施工过程之中,其应用范围更加广泛,尤其是一些跨度特别大的建筑工程项目,该体系的应用效果更好。钢结构体系的出现,能够有效满足居民对居住空间的个性化需求,布置方式更加简单。第二,环保效果好。在运用钢结构建筑体系时,因为其环保效果佳,符合当下低碳社会的可持续发展需求。在钢结构建筑体系施工过程当中,施工作业人员仅将不同的钢构件组装,并将构件进行完美连接,不但减少施工后期的拆建量,降低施工拆建难度,而且安装更加便捷。第三,可实现循环使用。钢结构体系施工完毕后,各项钢结构能够实现循环再利用,针对之前投入到建筑施工中的各项钢构件,各项钢材的回收利用率能够得达到70.0%左右,有效减少了建筑垃圾量。与常规的混凝土建筑垃圾量相比较来讲,减少了大约60.0%,碳排放量大约减少40.0%,对工程项目周围的生态环境起到良好保护。第四,装配式钢结构体系施工采用装配式方法进行施工,对施工现场的要求较低,施工过程中产生的噪音也少,进而减小了建筑工程施工对周围居民日常生活产生的影响。

2结构体系

在居住和办公类装配式钢结构建筑中常用的结构体系有冷弯薄壁型钢、纯框架、框架支撑、框架剪力墙、框架核心筒结构等,也有一些异型柱框架和剪力墙结构、纯钢或组合结构,可解决露梁露柱问题。事实上,传统的结构形式,或是结构形式的一些变化,对于钢结构建筑体系的构成和支撑,并无突出矛盾。但是,如果行业的发展始终躺在“钢结构就是装配式”这一观点上,那就有些不思进取了。让装配式钢结构建筑的结构体系勉为其难地向传统现浇剪力墙住宅体系靠拢,简单套用混凝土剪力墙户型的传统钢结构体系,不仅体现不出优势,反而会变成劣势。仅仅是解决露梁露柱问题,而不是针对钢结构的特点,从房型、装修等方面综合考虑用户的接受度,向钢结构标准化、高效制作与安装发展,那很难取得大的技术进步。

3连接节点

钢结构工程中焊接的工作量还是很多。合格的焊接工人已成稀缺资源。由于人工费大涨,越来越多的工程提出了全螺栓连接的要求。事实上,满足这个需求并不难,传统钢结构全螺栓连接基本都可以实现,只是局部的螺栓连接可能影响楼板、墙板等的布置和安装,但不致命,可以处理。新版的JGJ1999—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》认为悬臂梁段式的梁柱刚性连接破坏率为梁腹板直接连接的3倍,不建议应用。这似乎有悖常理,直接否定了悬臂梁段式的现场全螺栓拼接方式。

3.1单边螺栓连接技术

单边螺栓技术结合端板,可用于钢结构封闭截面的梁柱连接,对大量使用钢管柱的钢结构高效装配是有力的支撑。同济大学目前已经在这方面做了大量的工作,宝钢也有相关的试验和工程实践。日本研发了一种梁柱连接节点的做法,将节点区域矩管截面通过高频波感应加热增厚,采用端板和单边螺栓连接,可解决节点刚度问题,同时安装效率很高,并将这一技术推向了市场。

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3.2节点的集成与成品化

探索钢结构的现场高效装配技术,可以按构件与节点分离的思路,将节点集成为成品,如国内研发的蝶形节点,国外也有类似的快速安装节点。日本日立公司的柱脚节点,作为标准化的建筑成品在市场上推广。我国装配式建筑的钢结构高效装配式节点,无疑也可向这一方向迈步。

4构件设计及防火防腐

4.1构件设计

建筑工业化的目标是为了解决传统建筑劳动效率和劳动力的问题。钢结构厂的构件加工,虽然实现了工厂预制,但也存在加工效率的问题。国外的钢结构普遍使用型钢。由于我国有用钢量控制,另外工程量计算一般是按吨位而不论构件截面形式,所以导致采用焊接截面的情况普遍。尽可能采用轧制型钢以及成品型材,少用焊接截面,是减小构件加工工作量的重要措施。钢结构加工厂的构件如能实现模数化、标准化,就是实现了装配式建筑的发展初衷,而不是停留在“钢结构就是工厂预制的”这一说法上。如型钢在钢厂经简单处理,绕过钢构厂,直接进入现场进行装配,将是高效装配的解决方案。

4.2构件的防火防腐

(1)防火涂料。装配式钢结构会采用防火防腐涂料进行防护。但是,涂料的寿命一般仅10余年,业主或用户远远不能接受(尤其是住宅)。除了常规的防火涂料之外,采用防火片材的粘贴包覆,同时结合装修一体化处理,在装配式钢结构建筑中,尤其是精装修住宅中,是一种很好的解决方案。(2)钢结构免涂装和一体化防火方案。这是解决防火防腐问题的根本途径。按照日本的工程经验,多高层钢结构构件在加工厂可不进行防腐涂装,仅在现场进行防火喷涂作业,或结合室内装修进行防火包覆,以保证防火性能。日本的技术人员认为,建筑物内封闭环境下钢材的腐蚀速度很慢,完全没必要涂装,预留一点腐蚀裕量即可,方便又环保。(3)钢结构锈蚀速度有限。根据《色漆和清漆防护漆体系对钢结构的腐蚀防护第2部分环境分类》,低碳钢在类似的腐蚀环境中,每年腐蚀厚度仅1.3μm。因此,考虑到钢结构在室内正常环境下锈蚀有限,即便初期的涂装年久失效,腐蚀也在可控范围,根本不会影响结构安全。美国和日本几十年前建造的钢结构建筑使用至今的经验已充分说明了这些问题。国内宝钢和同济大学联合开展过相关的课题研究,也给出了类似的结论。(4)耐候钢、耐火钢。双功能的耐火耐候钢在国内10余年前已开发成功,并有过工程的应用经验。然而,由于我国防腐防火要求和技术规范的制约,在后续工程中耐候耐火钢并未得到实质性的大面积推广应用。未来在装配式钢结构建筑技术的研发中,可做一些探索。

结束语

近年来,装配式建筑已经被提到了国家研发层面,作为建筑业转型发展的重点予以推进。国家及全国各地关于装配式建筑发展的工作目标、扶持政策陆续出台,装配式建筑项目如雨后春笋般在各地展开。装配式钢结构建筑以钢结构作为承重结构,是与装配式混凝土建筑、装配式木结构建筑并行的3种装配式建筑体系之一。钢结构是与围护、内装、设备管线等建筑部品部件的系统集成,是其主体结构。面对装配式建筑的发展方向,钢结构技术是否继续适用,如何更好地适应需求和发展,本文进行了深入研究。

参考文献:

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[4]李彬,高屹.针对岛礁装配式钢结构房屋梁柱节点探析[J].价值工程,2018,37(36):151-154.

论文作者:赖玲利

论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期

论文发表时间:2019/7/22

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