轻型钢结构与其住宅的特点及发展

第34卷增刊 V01．34增刊 河北工业大学学报 JOI瓜NAI，OFHEBEII小7IVERSITYOFTECHNOLOGY 2005年8月 August2005 轻型钢结构与其住宅的特点及发展 张子陶 (清华大学土木工程系，北京100000) 摘要：本文谈及了钢结构近些年的发展，主要关注轻型钢结构的特点、设计问题及其应用．在此基础上分析了轻 型钢结构体系住宅的发展与前景，并提出了一些建议． 关键词：轻型钢结构；设计问题；轻型钢结构住宅 O 引言 轻钢结构是指冷弯薄壁型钢结构、热轧轻型钢结构、焊接或高频焊接轻型钢结构、轻型钢结构、板壁 较薄的焊接组合梁及焊接组合柱构成的钢结构．轻钢结构的发展很快，其工程建设量已从原来的100´； 104´m2年，发展到现在的400´，104´；m2年，涉及范围也从原来的单层工业厂房，发展 到现在的多层工业厂房、办公楼和住宅等．近年我国钢结构的发展十分迅速，建设部已制定国家建筑钢结 构产业“十五”计划和2015年发展 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 纲要，力争“十五”期间我国建筑用钢量达到全国钢总产量3‰ 到2015年达6％． 1轻型钢结构 1．1我国钢结构发展历史及现状 我国房屋钢结构50年发展过程大体上分为初盛时期、低潮时期、发展时期三个阶段．．初盛时期为20 世纪50～60年代，借助苏联经济和技术的支援，冶金、重型机械、制造等重型工业工厂的大部分厂房采 用钢结构．主要形式由钢柱和钢屋架组成的单层钢框架或排架．煤炭行业落地式井架及大跨度的输煤栈桥， 也大多采用钢结构形式．低潮时期为20世纪60年代中后期至70年代，我国冶金工业虽然有了较大发展， 但各部门需要的钢材量也越来越多．国家提出了在建筑业节约钢材的政策，限制了钢结构的合理使用与发 展．钢结构设计、制造和安装队伍也逐渐萎缩．这段时间在国务院和有关部委推动下，开发了冷弯薄壁型 钢结构及圆钢和小角钢组成的适用于跨度较小的轻钢屋盖，有了较广泛的应用．发展时期指20世纪80～ 90年代，随着以经济建设为中心的改革开放政策走入轨道，尤其是90年代推行有中国特色的社会主义市场 经济，建筑钢结构呈现出50年来未曾有过的兴旺景象：①从发展钢结构的主要物质基础来看，自1996年 开始我国钢的总产量超过1亿吨，居世界首位，而且随着钢材产量和质量持续提高，其价格正逐步下降， 钢结构的造价也相应有了较大幅度的降低．⑦从国家政策来看，建设部明确提出了发展建筑钢材、建筑钢 结构和建筑钢结构施工工艺的具体要求，使我国长期以来实行的“节约钢材”政策已转变为“合理用钢” 的政策．这将进一步促进我国建筑产品结构的调整，使多年来由混凝土和砖石结构一统天下的局面向多种 材料结构合理使用的变化．o从发展钢结构的技术基础来看，普通钢结构、薄壁轻钢结构、高层民用建筑 钢结构、门式钢架轻型房屋钢结构、钢与混凝土组合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨(型钢)混凝土组合等 方面的设计、施工、验收MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715988554772_2规程及行业技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 已陆续出现．有关钢结构规范规程的不断完善，为钢结 构体系的应用奠定了必要的技术基础，为设计提供了依据．④从发展钢结构的人才素质来看，经过几年来 的发展，专业钢结构设计人员已经形成一定的规模，他们的专业素质在实践中得到不断提高．随着计算机 在工程设计中的普遍应用，国内外钢结构设计软件迅猛发展，软件功能日臻完善，为协助设计人员完成结 构分析设计，施工图绘制提供了极大的便利条件． 钢结构依其独特的优越}生得到迅猛发展，随着新技术、新材料的完善，新的钢结构体系也不断涌现．轻 钢结构，即以轧制或焊接轻型H型钢代替传统围护结构，大大降低了设计及施工难度，提高了质量保证， 收稿日期：2005．07416 作者简介：张子陶(1984．)，男(汉族)，本科生 万方数据 万方数据 增刊 张子陶，等：轻型钢结构与其住宅的特点及发展 219 施；运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 往往易于手算、概念清 晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算；同时它也是判断计算机内力分析输出数据可靠 与否的主要依据，此外，不同的软件会有不同的适用条件．混凝土设计课程的设计中我们就是以手算为主， 最后辅以电算的分析，取安全值．如果对于大型结构，常常要用多种软件，综合其结果取值． 1．4．2建立一体化设计理念 (D建筑结构设计一体化．传统钢结构建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设计，而 轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计完成 与结构设计同时完成．目前，国外知名的设计公司都是遵循这样一条理念，而国内的大多数设计院较为保 守，其建筑设计按传统设计方式进行，一方面很难完整地表现其建筑风格，另一方面也破坏了轻钢结构建 筑特有的建筑特色．这主要由于目前国内设计院缺少先进的设计软件的原因造成的．今后随着各种先进钢 结构设汁软件的引进与开发，这一问题会得到逐步解决．⑦配件系统与整体建筑系统设计一体化．在安装 时或基本安装结束时，地面上应没有多余的配件，建筑上也应没有缺少的配件．而实际施工中却是缺少或 多余配件，这是因为配件系统的设计与整个建筑系统的设计不统一的结果． 1．4．3端排刚架设计 轻型钢结构端排刚架，通常不另行单独设计．抗风柱作为端排刚架支点，限制了刚架梁的重直变形，与 中排刚架垂直变形不一致．实际即使抗风柱对端排刚架不起支撑作用，端排刚架垂直变形与中排刚架垂直 变形也不一样，因为端排刚架荷载中排刚架荷载不同． 抗风柱对端排刚架也不起支撑作用，只抗水平侧力并承担端墙自重．可减小其钢梁和钢柱断面，也司 减小H型钢翼缘的尺寸或板厚(此时在构造上端排外皮与中排柱外皮齐)．端排刚架承受屋面半载及端墙自 重荷载，端排刚架的中间支柱(抗风柱)承受风荷载通过横梁和撑杆传给屋面系统，此方案可减少用钢量． 1．4．4檩条可采用不等跨布置 屋面板和檩条的设计，现在通常是檩条等间距布置，檩条对屋面板是等跨支座，屋面板多按多跨连续 梁设计，其结果是屋面板端跨、跨中弯矩很大，而按端跨跨中弯距选用屋面板则中跨屋面板不能充分发挥 作用．建议檩条采用不等跨布置，檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大使屋面板的端跨 弯矩和中间跨弯矩比较接近，或由于檩条不等跨布置使屋面板支座反力比较接近，这样能充分发挥屋面系 统的材料性能，降低单位用钢量，降低造价． 2轻型钢结构住宅 2．1概述 轻钢结构建筑体系用于住宅建筑，从其在发达国家多年的实践中及我国一些研究单位、高校的研究资 料上分析，其建筑物的重量与其它类住宅通用体系相比可减轻30％，特别是在地质承载力低和地震烈度较 高的地区，其综合经济效益优于一般住宅建筑体系．如采用轻钢结构其使用面积可比砖混结构提高5％左 右，建 岣?％左右， 建造成本比混凝土结构降低10％以上．因此，在我国土地资源匮乏而钢产量相对充裕的现实情况下，国家 倡导轻钢结构住宅的建设是十分适宜的，且钢结构体系亦与可持续发展的“绿色住宅”理念相符．在美国 、El本、澳大利亚等发达国家和地区，早已把钢结构用于住宅．如美国普通低层住宅中，钢结构住宅 所占 比例由20世纪90年代初的5％发展到目前的25％左右，且技术已经较成熟．但其技术与我国规范、材料供 应、劳动力价格水平以及我国居住建筑现状、未来预测和政策导向等多方面因素均有距离．我国该方面的 研究起步于上世纪90年代末，制约其发展的关键是技术问题，包括经济钢型材、墙体材料及结构体系等诸 多问题． 2．2轻钢结构住宅及其特点包括 ①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 万方数据 河北工业大学学报 第34卷 合、钢木和混凝土混合结构三种．④轻钢结构住宅建筑具有空间布置灵活，能满足不同住户对住宅的多种 功能要求；采用材料轻质高强，抗震陛能好，安全I生高；可以实现住宅建设的工业化和产业化；施工方便 快捷，建设周期短；符合国家环保和可持续发展的要求；综合经济效益好：防火和防腐功能较差；设计和 施工的技术要求较高的优势． 2．3轻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、框支结构体系、框架剪力墙结构体系、钢混凝土组合 结构体系等．现简要介绍前两个体系． 2．3．1纯框架结构体系 纯框架结构体系在地震区一般不超过15层．框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较大的室内空间， 且结构各部分刚度比较均匀．框架结构有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震l生能 好．但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，因此不宜建的太高． 2．3．2框支结构体系 纯框架在风、地震荷载作用下，侧移不符合要求时，可以采用带支撑的框架，即在框架体系中，沿结 构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑．在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基本上与框架体 系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围设置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接， 形成一个支撑芯筒．采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构，能获得比纯 框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移． 2．4我国发展钢结构住宅的有利条件 目前国家已经重视钢结构住宅的发展，国家颁布的一系列政策、标准等正逐步实施和完善，例如《冷 弯薄壁型钢技术规范》(GB50018)、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 实体结构相对 应，从而可以得出实现所定总功能需要的实体解答．功能结霸蓖萋一釜薹篓iF荔丙杯蒿薹曼薹蒸， 萧薹藿霎萋眦存i坼名奏碥薹副彭蓄一驴#∞望哥，朝纠娶霪酲丝塑譬霹乏婴妻景|薹：巍萋一蓁墓薹黼基引， 管理局．建筑业lo项新技术实践与研究[M]·北京：中国水利水电出版社，2000 【2】2陈绍 蕃，顾强．钢结构基础上册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004． 【3】畅 通．轻型钢结构住宅体系综述[J]．钢结构，2004(4)． 【4]4冯艳 ．轻钢结构特点及在设计中应注意的问题【J】．天津冶金，2004(3)． 【5】王 元清，石永久．多层轻型房屋钢结构的设计与应用研究【J】．建筑结构，1999(6)：6-8． 【6】李必哲，王斌斌，吴杰．轻钢住宅应用与发展[J】．钢结构，2002(增刊)．【7】徐 ?? ?x 万方数据 轻型钢结构与其住宅的特点及发展 作者： 张子陶 作者单位： 清华大学,土木工程系,北京,100000 刊名： 河北工业大学学报 英文刊名： JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005，34(z1) 被引用次数： 1次 参考文献(7条) 1.杭州市建筑业管理局 建筑业10项新技术实践与研究 2000 2.陈绍蕃.顾强 钢结构基础上册 2004 3.畅通 轻型钢结构住宅体系综述[期刊论文]-钢结构 2004(04) 4.冯艳 轻钢结构特点及在设计中应注意的问题[期刊论文]-天津冶金 2004(03) 5.王元清.石永久 多层轻型房屋钢结构的设计与应用研究 1999(06) 6.李必哲.王斌斌.吴杰 轻钢住宅应用与发展 2002(zk) 7.徐凌.朱浮声 新型轻钢结构住宅体系及其应用[期刊论文]-鞍山科技大学学报 2004(04) 相似文献(9条) 1.期刊论文 许本东 轻型钢结构的应用及设计探讨 -四川建筑科学研究2005,31(2) 对轻型钢结构的应用和应用过程中易出现的设计问题进行了探讨.借此供各位指正及参阅. 2.会议论文 张子陶 轻型钢结构与其住宅的特点及发展 本文谈及了钢结构近些年的发展,主要关注轻型钢结构的特点、设计问题及其应用；在此基础上分析了轻型钢结构体系住宅的发展与前景,并提出了 一些建议。 3.期刊论文 杨凤第.周永麟.杨桦.潘国立 轻型钢结构房屋设计问题的探讨 -钢结构2004,19(5) 轻型钢结构在西部地区已被广泛使用,但在设计与施工中有些问题仍需重视,为此,讨论了轻钢结构的支撑系统、节点构造、屋面荷载取值等问题. 4.会议论文 许本东 轻型钢结构的应用及设计探讨 2004 随着人类社会的不断发展进步，人类对自身的居住环境要求也越来越高;高品质、高效、环保型的生产、生活场所应运而生。轻型钢结构建筑就是得 到广泛认可，并得到迅猛发展的建筑结构型式之一。本文对轻型钢结构的应用和应用过程中易出现的设计问题进行了探讨。 5.期刊论文 葛继贵 单层轻钢厂房的消防设计问题浅析 -四川建材2006,32(6) 轻钢结构建筑具有较多的优点,如建设周期短、造价低、结构自重小、强度高可作大跨度、外观造型美观、材料可再生利用、施工环境好、建筑造型 现代感强等,因此在现代民用和工厂建设中得到越来越多的采用.如随着钢结构设计理论、制造、安装等方面技术的迅猛发展,各地建成了的大量高层钢结 构建筑、轻钢结构、高耸结构、市政设施等.近年来,轻型钢结构在单层工业厂房中被广泛应用,如机械加工车间、电气装配车间、各类库房等.尽管单层 钢结构厂房应用的行业、建筑种类很多,工艺过程和设计标准的要求各不相同,但钢结构一个致命的弱点,那就是建筑本身消防问题,必须在设计中予以合 理解决.根据现行建筑设计防火规范的要求,由于无保护的轻钢结构耐火等级低,要满足大空间、大跨度厂房的使用要求,建筑内部除了必须划分成很多防 火分区间外,还必须对结构部件采用防火保护.这样一来,这类建筑不仅防火分区及其构造处理上存在困难,还影响工艺生产线的流畅;并且防火保护也增加 了建筑的成本,这极大地影响着轻钢结构建筑的上述特点发挥.因此,在钢结构的应用上必须加以经济比较,在钢结构建筑的消防设计上应因地制宜,针对不 同的建筑和生产类别,合理运用规范,借助消防管理部门的技术支持,采取合理有效技术措施,既能保证建筑消防安全,又能保证生产工艺的畅通,进而降低 建设成本,才能最大限度地发挥出轻钢结构建筑的优势.现根据本人的设计实践,就上述设计问题进行初步探讨: 6.会议论文 赵风华.杜建明 门式刚架轻型钢结构设计方法的探讨 2003 本文结合工程实际,对门式刚架轻钢结构的有关设计问题,如屋面系统受力分析、抗风柱的计算模型以及节点的构造与设计等进行分析与思考,并提出 建议性的设计方法与构造措施. 7.会议论文 廖新军.章军.李玉军.陈宏 大吨位吊车门式刚架轻钢结构工业厂房设计与分析 2000 本文参照国内外有关工程的经验,采用现行普通钢结构设计规范和轻型钢结构规程相结合的方法,成功地解决了大吨位吊车情况下轻型钢结构厂房的 设计问题,为解决类似的设计问题提供了成功的范例. 8.期刊论文 王元清.陈全.陈宏.石永久 大吨位吊车门式刚架钢结构厂房的轻型化设计 -工业建筑2002,32(7) 参照国内外有关工程的经验,采用现行普通钢结构设计规范与轻型钢结构规程相结合的方法,成功地解决了大吨位吊车情况下钢结构厂房的轻型化设 计问题.并通过一个工程实例介绍了设计全过程,重点强调了一些特殊处理措施,最后分析了吊车吨位和柱距对用钢量的影响,为解决类似的设计问题提供 了成功的范例. 9.会议论文 陈晓龙.陈春平.杨晓燕 大吨位大柱距门式刚架钢结构厂房的设计 2004 本文参照国内外有关工程的经验,采用现行普通钢结构设计规范与轻型钢结构规程相结合的方法,成功地解决了大吨位吊车情况下钢结构厂房的轻型 化设计问题，并通过一个工程实例介绍了设计全过程,重点强调了一些特殊处理措施，分析了吊车吨位和柱距对用钢量的影响,为解决类似的设计问题提 供了成功的范例。 引证文献(1条) 1.何延宏 轻钢结构住宅设计研究与探讨[期刊论文]-林业科技情报 2006(3) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hbgydxxb2005z1068.aspx 授权使用：北京建筑工程学院(bjjzgcxy)，授权号：254f7665-f5a0-4111-94bf-9e2c00d9c8b7 下载时间：2010年11月12日