浅谈钢结构在住宅建筑中的应用

浅谈钢结构在住宅建筑中的应用
摘要结合钢结构在民用高层建筑中的应用,介绍了钢结构体系的组成、设计原则,详细地阐述了高层钢结构建筑施工工艺流程及操作要点,并提出了安全措施,以推广钢结构在民用建筑中的应用。

关键词民用建筑;钢结构;优化设计;施工技术
钢结构具有轻质高强、抗震性好、基础造价低、施工周期短、质量易保证、商品化程度高、建筑布局灵活合理等一系列优点。

在我国,为了满足人民群众日益增长的住房需求,推进住宅产业现代化,建设部已将钢结构住宅列为重点推广项目。

1高层钢结构住宅的承重体系
1.1 体系的分类
(1)钢框架(梁柱包括异型柱)结构体系。

其特点是受力明确,平面布置灵活,为建筑提供较大的室内空间,且结构各部分刚度比较均匀,具有较大的延性,自振周期较长,因而对地震作用不敏感,抗震性能好,结构简单,构件易于标准化、定型化,施工速度快。

但框架结构属典型的柔性结构体系,其侧向刚度差,易引起非结构构件的破坏。

(2)钢框架—支撑结构体系。

支撑设置的位置要合适,为了与建筑设计相协调,一般布置在窗台下至下层窗顶之间,既隐蔽又能满足支撑体系的需求。

为了有效地提高钢框架的侧向刚度,支撑应沿建筑物同一平面四周环向封闭布置,以形成一个封闭的加强箍。

偏心支撑在地震作用下具有较好的延性和耗能性能,可在强震区采用。

(3)新型抗侧力体系。

包括钢框架—抗剪桁架结构体系,结合电梯井、管道井或楼梯间墙体的布置而形成的钢框架—混凝土核芯筒(剪力墙)结构体系和钢框架—抗剪钢板剪力墙结构体系等。

使钢框架主要承担竖向荷载,而钢框架与抗剪桁架、剪力墙协同工作承担水平荷载,以确保结构水平位移控制在规范允许值内。

抗侧力构件可为抗剪桁架、混凝土核芯筒(剪力墙)或抗剪钢板剪力墙。

设计时可根据建筑物高度及水平力作用情况采用不同的抗侧力体系。

1.2 设计原则
承重钢结构体系的结构设计宜遵循强柱弱梁、强节点弱构件的一般设计原则,在具体设计时,若较难满足强柱弱梁的设计公式,则满足轴压比要求也可。

框架主梁的材料一般可选用热轧或高频焊接H型钢,次梁可以有多种作法。

框架柱子的材料一般可选用热轧或焊接工字钢、H型钢、方(箱形)钢管、圆钢管或冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢(当柱子受力较小时)。

为了节约钢材,降低造价,框架柱也可
采用在空钢管内浇筑高强素混凝土而形成的钢管混凝土框架柱。

由于钢管混凝土柱结合了钢柱与混凝土柱的优点,具有良好的受力性能、抗震性能和耐火性能。

其单柱的轴向承载力大幅提高,使钢柱截面尺寸大幅减小。

与H型钢柱相比,用钢量可节省约50%,造价约降低45%。

2工艺流程及操作要点
2.1 加工制作钢结构构件
钢结构构件全部采用场外加工,其中钢柱每节按3层分段。

在加工过程中要做好质量控制,并按照设计施工图和《钢结构工程施工及验收规范》的规定进行验收。

2.2 钢结构安装
(1)构件验收、矫正
钢构件在进入安装现场后,由专业质量检测人员对构件的质量进行检查。

弹出钢柱的安装轴线,若发现在运输过程中钢构件发生变形缺陷后,马上进行矫正和处理。

(2)地脚螺栓安装工艺
将地脚螺栓全部用上、下螺帽固定在钢套板上,用Ф8mm的钢筋将地脚螺栓焊接固定在基础主筋上,加固完成后进行混凝土浇筑。

待上部结构安装调整完成后对所有钢柱底板下的间隙用C40细石混凝土进行二次灌注。

2.2.3安装与校正
(1)安装顺序。

按结构平面形式分区段绘制吊装图,吊装分区先后次序为:先安装整体框架梁柱结构后楼板结构,平面从中央向四周扩展,先柱后梁、先主梁后次梁吊装,使每日完成的工作量可形成一个空间构架,以保证其刚度,提高抗风稳定性和安全性。

(2)钢柱的安装。

为了便于调整柱的垂直度,在预埋螺栓上先拧上数个螺母(至少4个),全部拧到接触基础面,并用水平仪找平后,开始吊装钢柱。

吊装钢柱时,为了防止意外事故出现(如雷雨天气,必须停工),在柱的上端活系两根缆风绳,可以4个方向临时固定,也可用来调整垂直度,测量校正。

(3)主次横梁的安装。

在第一个空间受力单元的4根钢柱安装完后,便可安装柱之间的主横梁和次横梁。

在吊装过程中对吊点进行计算和试验。

安装过程中先用撬棍插入钢梁两端的螺孔内,再将临时螺栓拧入,待结构安装精度调整达到标准规定后,将高强度螺栓自由穿入栓孔内。

(4)焊接。

梁、柱安装采用手工电弧焊。

原则是采用结构对称、节点对称、全方位对称焊接。

多层焊接宜连续施焊,每一层焊道焊完后应及时清理检查,清除缺陷后再焊。

焊接接头要求熔透焊的对接和角接焊缝。

多层梁柱焊接时,应根据安装情况先焊顶层柱与梁节点,其次焊底部柱与梁节点,最后焊中间部分的柱与梁节点。

在焊接顶层柱与梁节点时,应先焊柱顶垂直偏差较大的部位,以利用焊接后收缩变形应力达到减少柱顶垂直偏差。

焊接顺序宜从中间轴线柱向四周扩散施焊。

3安全措施
(1)设立管理组织体系,委派专人负责工程项目及有关安全防火工作,专人了解各工种的安全操作规程,设立各级安全生产岗位责任和定期安全检查制度、安全教育制度等。

(2)施工前对管理人员、施工人员进行现场教育,介绍有关安全生产管理制度及规定和要求。

(3)施工人员进入施工现场,必须佩戴安全帽,高空作业要有安全带。

冬季构件表面结霜,在构件上行走应系好安全带,穿防滑鞋。

拆除的临时螺栓、手头工具应拿稳当或装入工具袋,严禁随意乱扔。

穿着防护用品,如电焊手套、护目面罩、绝缘胶鞋。

(4)吊装前检查起重设备、吊具是否符合安全要求,否则不得使用。

(5)吊装现场地面平整坚实,松软的土层要夯实或加垫木以保证吊装机器稳定作业。

4结语
钢结构住宅是一种环保型绿色住宅建筑体系,它在国内外的快速发展符合住宅产业化的发展趋势。

住宅建筑的钢结构体系具有轻质高强、抗震性好、基础造价低、施工周期短、质量易保证、商品化程度高、外形美观、适用性广、建筑布局灵活合理、增加有效使用面积、提高建筑使用功能、节约能源、符合环保等明显的技术、经济和社会综合效益。

参考文献
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