隨著時(shí)代的發(fā)展,國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃的穩(wěn)步推進(jìn),不少地方面臨拆遷重建,但舊房屋倒下,所產(chǎn)生的混凝土建筑垃圾無法處理消化。而對(duì)于新型的鋼結(jié)構(gòu)住宅,如果拆遷,將不會(huì)產(chǎn)生建筑垃圾,而是可以循環(huán)利用的材料,正向人們所說的“藏鋼于民”。人們對(duì)建筑物的節(jié)能要求逐步提高。鋼結(jié)構(gòu)是各類建筑工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu),高度高、跨度大的結(jié)構(gòu),荷載或吊車起重量大的結(jié)構(gòu),有振動(dòng)或有較高溫度的廠房結(jié)構(gòu),要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu),在地震多發(fā)區(qū)的房屋結(jié)構(gòu)等,均可考慮采用鋼結(jié)構(gòu)。
鋼結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)
1.1大跨鋼結(jié)構(gòu)
空間結(jié)構(gòu)從功能上講是指能夠形成較大的連續(xù)空間的結(jié)構(gòu)體系,主要包括網(wǎng)架、網(wǎng)殼、索-膜結(jié)構(gòu)以及組合、雜交結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是:連續(xù)的大跨度、大空間、大面積;、外觀輕巧、美觀、具有現(xiàn)代感的線型;抗震性能較好,結(jié)構(gòu)受力較為單純;構(gòu)件類型較少,建設(shè)周期短,易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化;綠色環(huán)保和可循環(huán)使用。
大跨鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在:體育館、會(huì)議廳、展館、活動(dòng)中心等大型公共活動(dòng)建筑、機(jī)庫(kù)、廠房、裝飾門廳。
空間結(jié)構(gòu)自60年代至今,一直穩(wěn)步發(fā)展??臻g結(jié)構(gòu)的新動(dòng)向是采用矩形鋼管桿件的網(wǎng)架增多。近年在航站樓廣泛采用空間衍架,其桿件多采用圓鋼管。弦桿多采用曲線形。弓形結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)引起了人們的興趣,但它的性能和應(yīng)用規(guī)模還應(yīng)進(jìn)一步探討。一些高校在對(duì)網(wǎng)架的錐頭等零件進(jìn)行研究和改進(jìn),目的是使產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)一步提高。隨著現(xiàn)代新結(jié)構(gòu)概念與新材料的更新,空間結(jié)構(gòu)有網(wǎng)架、網(wǎng)殼到正在發(fā)展完善中的索-膜、索張拉、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系等。
1.2鋼結(jié)構(gòu)住宅
鋼結(jié)構(gòu)住宅依其自重輕,基礎(chǔ)造價(jià)低,適用于軟弱地基,安裝容易,施工快,周期短,投資回收快,施工污染環(huán)境少,抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)而受到各方的重視。鋼結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等相比,在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合經(jīng)濟(jì)方面都具有優(yōu)勢(shì)。在住宅建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)利用鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn),設(shè)計(jì)可采用大開間布置,使建筑平面能夠合理分隔,靈活方便,創(chuàng)造開放式住宅,而能合理布置功能區(qū)間。
(2)相同建筑面積的建筑樓層,鋼結(jié)構(gòu)自重輕。根據(jù)比較,6層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的重量,僅相當(dāng)于4層磚混結(jié)構(gòu)住宅的重量。而且鋼材具有延性,能比較好地消耗地震帶來的能量,所以抗震性能好,結(jié)構(gòu)安全度高。
(3)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,可以實(shí)行工廠化生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)安裝。由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小,對(duì)周圍環(huán)境污染少,同時(shí),
施工機(jī)械化程度高,加快了施工速度。根據(jù)統(tǒng)計(jì),同樣面積建筑物,鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)工期,可縮短三分之一,而且可節(jié)省支模材料。
(4)由于自重輕,基礎(chǔ)費(fèi)用降低,總體用料減少,直接成本降低,建設(shè)工期短,間接費(fèi)用又可減少,所以綜合造價(jià)低。
(5)鋼結(jié)構(gòu)適宜工廠大批量生產(chǎn),工業(yè)化程度高,并且能將節(jié)能、防水、隔熱、門窗等先進(jìn)成品集合于一體,成套應(yīng)用,將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化,提高住宅產(chǎn)業(yè)化的水平。
從上面的分析中可以看出,鋼結(jié)構(gòu)是適合創(chuàng)新的住宅結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)可隨著人們審美觀的不同,使用功能要求的不同,設(shè)計(jì)各種造型、尺度、空間的新型房型。生產(chǎn)廠家能高精度、高質(zhì)量、高速度完成,使建筑物達(dá)到既美觀又經(jīng)濟(jì)的效果。
1.3輕型鋼結(jié)構(gòu)
輕型鋼結(jié)構(gòu)是只有圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)[1](這是相對(duì)普通鋼結(jié)構(gòu)而言的)。輕型鋼結(jié)構(gòu)的屋面荷載較輕,因而桿件截面較小、較薄。它除具有普通鋼結(jié)構(gòu)的自重較輕,材質(zhì)均勻,應(yīng)力計(jì)算準(zhǔn)確可靠,加工制造簡(jiǎn)單,工業(yè)化程度高,運(yùn)輸方便等特點(diǎn)外,一般還具有取材方便,用料較省,自重更輕等優(yōu)點(diǎn)。輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為8~15kg/㎡,接近在相同條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的用鋼量,且能節(jié)約大量木材、水泥及其它建筑材料,將結(jié)構(gòu)自重減輕為普通鋼結(jié)構(gòu)的70~80%,總的造價(jià)較低。
輕鋼結(jié)構(gòu)是近10年來發(fā)展很快的領(lǐng)域,在美國(guó)采用輕型鋼結(jié)構(gòu)占非住宅建筑投資的50%以上。這種結(jié)構(gòu)工業(yè)化、商品化程度高,施工快,綜合效益高,市場(chǎng)需求量很大,已引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員重視,這種結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、辦公室、工業(yè)廠房及體育設(shè)施。輕鋼住宅的研究開發(fā)已在各地試點(diǎn),是輕鋼發(fā)展的又一個(gè)重要方向,目前已經(jīng)有多種的低層、多層和高層的設(shè)計(jì)方案和實(shí)例。因其具有可做到大跨度、大空間,分隔使用靈活,而且施工速度快,抗震有利的特點(diǎn),必將對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)模式產(chǎn)生較大沖擊。
1.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)
鋼管混凝土(CFST),就是在鋼管中充填素混凝土制成的建筑構(gòu)件。它具有承載力高,抗震性能好,節(jié)約鋼材和施工簡(jiǎn)捷等突出優(yōu)點(diǎn),因而在高層和超高層建筑中得到了日益廣泛的應(yīng)用。其推廣與發(fā)展的速度十分迅猛,并將成為21世紀(jì)高層和超高層建筑群很為實(shí)用和主要的結(jié)構(gòu)形式。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:
(1)鋼管混凝土柱的抗壓和抗剪承載力高,相當(dāng)于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上;
(2)鋼管混凝土柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上,輪廓尺寸也比鋼柱小,擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積;
(3)柱子截面減小,自重減小,有利于結(jié)構(gòu)抗震,相當(dāng)于設(shè)防烈度下降壹級(jí);
(4)鋼管混凝土柱自重減少,減輕了地基承受的荷載,相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價(jià);
(5)鋼管壁薄便于選材,制造與現(xiàn)場(chǎng)焊接,是施工很為快捷的建筑結(jié)構(gòu);
(6)鋼管混凝土柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能,其耐火性優(yōu)于鋼柱,從而比鋼柱可節(jié)省耐火涂料50%以上;
(7)鋼管混凝土具有的核心混凝土三向受壓特性,利于剛剛問世的C60~80高強(qiáng)度混凝土安全可靠地推廣應(yīng)用。同時(shí)由于在高層建筑設(shè)計(jì)中,鋼管混凝土柱可以僅控制長(zhǎng)細(xì)比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好,還克服了普通鋼結(jié)構(gòu)鋼柱存在的局部失穩(wěn)的缺點(diǎn)。因此,與鋼筋混凝土柱相比,截面設(shè)計(jì)可以減少60%以上。
1.5 鋼結(jié)構(gòu)施工
隨著大跨度結(jié)構(gòu)及超高層結(jié)構(gòu)的不斷增多,施工技術(shù)的研究、施工技術(shù)的創(chuàng)新以及由此產(chǎn)生的施工力學(xué)問題日益突出。傳統(tǒng)的施工技術(shù)在高大精尖等復(fù)雜結(jié)構(gòu)中被慢慢淡出,隨之而來的是一些創(chuàng)新的施工技術(shù),如整體提升施工技術(shù)、整體頂升施工技術(shù)、整體滑移施工技術(shù)及其他特殊結(jié)構(gòu)施工技術(shù)等。它們的很大特點(diǎn):一是施工方案的創(chuàng)新與新結(jié)構(gòu)形式緊密結(jié)合,根據(jù)新結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和受力特點(diǎn)創(chuàng)新施工方案;二是施工力學(xué)問題的解決緊密依賴于計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,可以通過施工過程的仿真,真實(shí)地了解和掌握結(jié)構(gòu)在施工過程中的變形和內(nèi)力的變化過程。
施工技術(shù)的創(chuàng)新也包括在現(xiàn)有一些施工技術(shù)的基礎(chǔ)上注入新的技術(shù),如整體提升采用液壓穿心式千斤頂和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合,整體頂升技術(shù)應(yīng)用在攀達(dá)穹頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體安裝中等。一些特殊結(jié)構(gòu)形式的施工技術(shù),如摩天觀光輪,可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式具體對(duì)待,但就一般共性的問題可先進(jìn)行研究。新型施工技術(shù)的實(shí)施需要以模擬仿真分析的數(shù)據(jù)為指導(dǎo),同時(shí)分析的結(jié)果也是評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣的重要依據(jù)。