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鋼結構預制構件拼接建筑結構的應用和發展(完)

2013年9月9日

由預制的鋼結構柱梁構件連接而成的承力結構框架作為建筑主體,圍護部件(幕墻)牢固連接其上,與之合而為一,形成受力蒙皮結構,從而充分調動空間結構潛力,高效抗側力。其屋面、幕墻節點如下圖(圖 6、圖 7)所示:

玻璃面板與鋼結構預制構件承力框架連接

圖 6 玻璃面板與鋼結構預制構件承力框架連接

幕墻板材與鋼結構預制構件承力框架連接

圖 7 幕墻板材與鋼結構預制構件承力框架連接

鋼結構預制構件拼接建筑的幕墻材料可根據建筑造價高低和外墻要求不同選用輕質混凝土板、金屬板(或金屬夾芯板)、石材、玻璃等各種建筑外墻防火裝飾材料,從而形成各種效果和外觀。在室內進行簡單的裝飾,即可交付使用。

普通建筑的幕墻,僅作為一種圍護部件,起防風、防雨、隔熱、防寒等防護作用,然后幕墻板材作為平面構件時具有很強的抗剪能力。鋼結構預制構件拼接結構的幕墻,可輔助承受樓層水平剪力,又可輔助承擔預制構件鋼結構框架在傾覆力矩作用下引起的豎向剪力,故而兼有防護和承力兩種功能。同時鋼結構預制構件作為承力框架,從而進一步節省了鋼結構預制構件的截面尺寸,降低了建造成本;更可以直接將幕墻板材固定在鋼結構預制構件上,在工廠即可實現幕墻單元拼裝,現場只需吊裝及簡單的連接即可,減少了幕墻現場施工量,降低了幕墻施工成本,提高了幕墻施工速度和施工質量。

2、綜合性能

2.1 優良的抗震能力

1)鋼框架允許梁-柱節點域的板件能產生一定量的剪切屈服變形,從而提高整個框架的延性,鋼框架的“強柱弱梁”、“強焊弱鋼”、“強節弱桿”設計更有利于提高框架的防倒塌能力和整個構件的延性。

2)預制鋼構件的連接更是增加了結構的超靜定次數,從而增多了塑性鉸的形成數量,構成多道抗震防線,不僅提高了結構的抗震可靠度,更延長了結構進入倒塌的過程。即使是純框架結構(類似于汶川校舍建筑)之類的樓房,也能大大提高其抗震能力。

2.2 施工方便工期短

預制鋼結構構件組裝式高樓,由各個預制構件組成,各構件均為工廠內完成,工業化程度高,現場大量減少了混凝土的使用,鋼結構預制構件和幕墻板塊可以直接在工程中根據層高制成吊裝單元,工人只需進行吊裝和各單元組件的連接操作。大大縮短了施工工期,施工速度快;尤其是在災后重建工作中,具有極大的建造速度優勢。

2.3 自重輕

采用預制鋼結構構件的高樓,自重可參考鋼結構高樓自重,約為8?11KN/m3,要比鋼筋混凝土高樓的自重(約為15?18KN/m3)減輕40%。建筑自重減輕,使得地震作用(FEK=βEαMAXG)進一步變小,使構件內力減小。同時上部結構減輕40%,可以使基礎造價出現較大幅度的降低。

2.4 結構面積小

由于鋼結構強度高,鋼結構受力構件截面僅為鋼筋混凝土的1/3??稍黾咏ㄖ行褂妹娣e。

2.5 降低層高

高層建筑內部管道較多,混凝土梁一般不能開洞,管道只能從梁下通過,而預制鋼結構構件組裝式高層建筑,由于大量采用允許在腹板上開洞的鋼結構梁柱,層高得以降低。在建筑總高度相同的情況下,可以多出兩三層的建筑面積。

2.6 防火

臨時安置房(活動板房)由于承力框架采用薄壁輕鋼結構,并采用夾心符合板材作為圍護結構,故而在防火處理上有較大的隱患,而鋼結構預制拼接結構以進行過防火涂料處理的實腹式或格構式構件為主要承力構件,外墻圍護更是以施工技術比較成熟的幕墻干掛為主,也考慮了防火要求。整體結構均可達到國家相關規范要求。

2.7 造型

由于鋼結構構件具有強度高,重量輕的特點,可以做成跨度較大的結構;同時鋼結構預制構件在工廠制成,便于機械化制造,更容易做成各種空間造型。

2.8 節能

由于鋼結構預制構件全部在工廠制作完成,精度較高,同時在工廠制成吊裝單元,組裝方式靈活,可以較好地將節能材料固定于鋼結構預制構件上,從而改善圍護結構的熱工性能,提高鋼結構預制構件拼裝框架的密閉性能,減少傳熱損失和空氣滲透耗熱量。

2.9 維修

鋼結構預制構件全部采用工廠標準化生產,且構件單元之間采用拼接,在結構遭受地震等不可抗因素而出現問題的時候,可直接進行更換或返修,十分方便。

3、綜述

在最近的幾十年里,各行各業的制造方法都有了重大改進,逐步采用半自動化乃至自動化的制造工藝,以較低的成本獲得更高的質量。而建筑施工工藝改進卻微乎其微工人素質均有一定的要求,建筑質量受人為影響較大,同時建筑耗費較大,建筑垃圾較多,施工周期較長,施工質量容易出現隱患;而采取預制鋼結構構件組裝施工,更多的采取了工業化生產,施工周期短,現場施工簡潔方便,施工質量也更容易保證。

隨著我們經濟建設的快速發展,盡管鋼筋混凝土結構由于造價較低仍為建筑的主要結構類型,但隨著鋼結構設計和制造技術的進步,二者造價上的差距日漸縮小。加之鋼結構構件的材料強度高,構件截面尺寸小,使建筑有效使用面積相對增大,增加了建筑的經濟效益;鋼結構構件的工業化生產,使其建造速度高于鋼筋混凝土結構,建筑的提前投入使用又增加建筑的收益,同時高層建筑特別是超高層建筑,基礎費用約占總造價的1/3,鋼結構由于自重輕,使基礎費用較大幅度的降低,特別是沿海一帶的深厚軟土地區,經濟效益更加顯著。

調查資料表明,鋼結構的破壞率和震害程度均低于鋼筋混凝土結構,而且鋼結構拼接建筑完全由預制構件構成,其震后的修復工作也簡單、快捷。

綜上所述,鋼結構預制構件拼接結構體系完全可以運用于具體工程實踐,而其優良的抗震能力更是值得在四川等地震多發地帶廣泛推廣,從而減少類似汶川地震中,校舍倒塌悲劇的發生和人員的傷亡。

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