浅谈钢结构在建筑工程中的使用:钢结构厂房造价

发布时间:2020-02-15 来源: 感恩亲情 点击:

  中高层钢结构住宅是钢结构建筑产业化推广的重要组成部分,也是今后中高层住宅发展的主要方向。本文中对钢结构住宅体系进行了综合技术性分析,目的是确定该建筑体系的合理使用范围,为住宅钢结构设计提供理论依据,减少投资的盲目性,为我国的经济建设尽一份力。
  
  钢结构与其它结构――砖混结构、砼结构相比,在使用功能、设计、施工,以及综合经济方面都具有优势,在建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面:1)能合理布置功能区间;2)自重轻、抗震性能好;3)施工方便、工期短;4)综合造价低;5)符合住宅产业化和可持续发展的要求。因此,我国的钢结构建筑发展十分迅速。
  1.钢结构材料的选用
  钢结构有很多优点,但其缺点是导热系数大,耐火性差。随着冶金技术的提高,耐火钢的研究成功并投入生产,为钢结构的进一步发展创造了条件。目前宝钢投入生产的有B400RNQ和B490RNQ两种型号的耐火钢,其物理力学指标、化学性能及抗冲击韧性和可焊性,都能达到结构钢的要求。普通钢材当达到600℃的高温时已完全丧失承载能力,宝钢生产的这两个品种钢材当达到600℃时其屈服强度还有150~220Mpa。
  一般高层和超高层建筑当采用框―剪、框―筒结构体系时的经济性统计为:钢结构造价=钢材费用(约占40%)+制作安装费用(约占30%)+防火涂料费用(约占30%),防火涂料所占总造价的比重较大。如果使用高强度耐火钢虽价格略有上升,但防火涂料价格有较大幅度下降,可望部分抵消由此带来的成本上升,而且可靠度及安全性有了一定的保障。
  2. 钢结构选型与结构布置
  在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。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。
  钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
  结构选型时,应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落(切线50度内需考虑雪载)。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则的高层中,不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱,核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者,对抗震不利。
  结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。
  框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁,但是这会使主梁截面加大,减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消,此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。
  3. 钢结构的节点设计
  连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法。具体设计主要包括以下内容:1)焊接:对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235,E50对应Q345.Q235与Q345连接时,应该选择低强度的E43,而不是E50。焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定;2)栓接:铆接形式,在建筑工程中,现已很少采用。普通螺栓抗剪性能差,可在次要结构部位使用。高强螺栓,使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12.常用M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构的连接;3)连接板:可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等;4)梁腹板:应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压;5)节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。此外,还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定;6)节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。
  3. 结语
  随着我国经济的长足发展和钢产量的大幅提高,钢结构在我国的应用将日渐广泛,而钢结构本身所具有的许多优越特点正逐渐被重视,这也是钢结构工程日益增多的原因之一。为此,国家建筑技术政策也随之发生了变化,即由以往限制使用钢结构转变为积极合理推广应用钢结构,从而进一步促进了钢结构工程的发展。
  
  参考文献
  [1] 雷淑忠.《钢结构的检测鉴定与加国加固改造》. 中国建筑工业出版社,2006(6).
  [2] 赖建民. 论钢结构设计在两层工业厂房中的应用. 建材与装饰(下旬刊), 2008(4).
  [3] 张斌. 论高层建筑钢结构的设计步骤及思路[J]. 中国新技术新产品,2009(1):119.
  (作者单位:中机十院国际工程有限公司)

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