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钢结构的特点以及在住宅上的应用论文

时间：2024-07-29 16:32:56 论文范文我要投稿

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钢结构的特点以及在住宅上的应用论文

　　摘要：

钢结构的特点以及在住宅上的应用论文

　　本文简单介绍了钢结构的优点及其在住宅上的应用，给了给工程设计人员一定的帮助。

　　关键词：钢结构住宅体系结构

　　2001年经国家经贸委批准，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，正式列入国家级重点技术创新项目，钢结构住宅引起社会各界广泛关注。现在，建设部科技司组织的36项钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题，正在深入开展攻克关键技术、总结试点工程经验进一步推广阶段。目前在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、南京、上海、广州和深圳等地开展低层、多层、高层钢结构住宅试点工程，已建成100多万平米。在钢结构住宅试点示范工程实施中，各有关设计、供应商、房地产公司等克服了各种困难，做了大量工作，取得了显著的成绩。

　　为了凸现钢结构住宅的优点，本文简单介绍了钢结构的优点及其在住宅上的应用。

　　一、钢结构的优点

　　一般来说，材料的特性是推出新型建筑形式的出发点。钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。和其它材料的结构相比，钢结构有如下一些特点。

　　1.材料的强度高，塑性和韧性好

　　钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。另一方面，由于钢材的强度高，做成的构件截面小而壁薄，受压时需要满足稳定的要求，强度有时不能充分发挥。

　　2.材质均匀，与力学计算的假定比较符合

　　钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制，材质波动的范围小。

　　3.钢结构制造简便，施工周期短

　　钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作，因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。

　　4.钢结构的重量轻

　　钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远地区的工程，重量轻也是一个重要的有利条件。

　　当然任何一种材料都不是十全十美的，钢材的耐腐蚀性和耐火性就较为欠缺，在对结构进行防护时费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题也并不严重。近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用，并取得了良好的效果。钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石喷涂层或石膏板等加以防护。

　　二、钢结构在住宅上的应用以及推广价值

　　与砖混结构、混凝土结构相比，在住宅中应用钢结构主要具有以下几方面优点：

　　1.结构自重轻。

　　根据比较，相同的建筑造型，六层钢结构住宅重量仅相当于四层砖混结构住宅的重量。建筑总质量小，地震力效应小，且延性好，相应抗震性能优良。历次大地震灾害资料对比都说明了这一点。

　　2.材料各向同性，符合力学假定，提高了设计精度。

　　3.由于工厂化加工制造，精度高，易于保证质量，与混凝土相比，更符合结构设计要求。同时施工速度快，工期缩短40%以上，可使建筑物更早的投入使用，提早产生效益。

　　4.在设计中由于业主的要求，经常要进行变更，采用钢结构较易配合变更。施工时干式作业减少了对环境的污染，且构件运输方便，费用低。

　　5.可在梁腹板处开孔走管道，不像混凝土结构在梁底通过。因此在楼层高度一样的情况下，采用钢结构可提高层间净高。

　　6.对新疆而言，钢结构住宅的优势更为明显。钢材的耐腐蚀性较差，而新疆气候干燥，降水少，蒸发量大，对于钢材的“湿腐蚀”具有天然的防护作用。此外，新疆冬季较长，不利于施工。钢结构施工速度快的优势就明显地体现了出来，既保证了建筑结构的工期质量，又减少了因冬季施工所带来的温度等方面的问题。

　　7.轻质高强，简单实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。传统结构（砖混、混凝土）由于受材料限制，其开间一般在3.0m、3.3m、3.6m、4.2ｍ。如果需要更大开间，则会造成“肥梁胖柱”，房高也会受到影响。而在梁高相同的情况下，钢结构开间可比混凝土大50%。在梁柱等强度条件下，可增加建筑有效使用面积5%~7%。

　　8.新疆冬季时间长，室外温度低，因此室内都通过暖气来取暖，采暖期长达半年。这就要求外墙要有良好的保温措施，否则对能源是一种很大的浪费。钢结构住宅的墙体一般选用与之配套的板材，与传统的砖墙相比具有较好的保温性能，在建筑节能方面有明显的优势。由此可见，钢结构住宅不仅加快了国家和城市的发展速度，带动了与之相关的其它行业的发展，还提高了住宅质量和人们的居住水准，而且它作为一种商品综合经济效益高，可使买卖双方都获得利益。钢结构住宅还促进了住宅产业化的发展进程，尤其是使用材料的环保性，给社会带来良好的综合效益，而与之相比的钢混和砖混等传统结构住宅越来越暴露出它们的缺点，和对发展的阻碍，取而带之的钢结构已经到了势在必行的阶段，这也正是现阶段发展钢结构住宅的原因。

　　三、钢结构布置

　　钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。按照上述原则，根据实际案例原建筑设计的布置和功能要求，综合考虑了结构的经济性、建筑设计的特点和施工合理性等因素，采用钢框架—支撑和钢框架--剪力墙结构体系，并分别进行了布置。

　　1.梁柱体系

　　平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接H形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为H形截面单跨简支梁，设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。

　　2.抗剪体系

　　分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，上述结构体系局部刚度较弱，因此钢框架—支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架—剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。

　　3.楼盖体系

　　一般各层楼(屋)盖均采用钢筋混凝土楼(屋)盖，楼板厚度依结构计算定为110mm,140mm。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。

　　4.基础形式

　　钢框架—支撑采用柱下独基，钢框架—剪力墙采用柱下独基与筏板基础。

　　5.内外墙体系

　　框——剪采用蒸压轻质加气混凝土板材(简称ALC板材)，外墙板厚为200mm，内墙板厚100mm。框-支采用陶粒硂砌块。

　　总之，钢结构住宅符合国家住宅产业化的目标，符合可持续性发展的战略，并对保护耕地、提高城市建设水平有较大作用。有了国家政策的支持、技术的保证，钢结构住宅具有光明的前景。

　　参考文献：