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    三維鋼構

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    鋼結構主要結構形式與特點

    2018-02-07瀏覽:
      隨著時代的發展,國家新型城鎮化規劃的穩步推進,不少地方面臨拆遷重建,但舊房屋倒下,所產生的混凝土建筑垃圾無法處理消化。而對于新型的鋼結構住宅,如果拆遷,將不會產生建筑垃圾,而是可以循環利用的材料,正向人們所說的“藏鋼于民”。人們對建筑物的節能要求逐步提高。鋼結構是各類建筑工程結構中應用比較廣泛的一種建筑結構,高度高、跨度大的結構,荷載或吊車起重量大的結構,有振動或有較高溫度的廠房結構,要求能活動或經常裝拆的結構,在地震多發區的房屋結構等,均可考慮采用鋼結構。
      
      鋼結構主要結構形式與特點
      
      1.1大跨鋼結構
      
      空間結構從功能上講是指能夠形成較大的連續空間的結構體系,主要包括網架、網殼、索-膜結構以及組合、雜交結構。其特點是:連續的大跨度、大空間、大面積;、外觀輕巧、美觀、具有現代感的線型;抗震性能較好,結構受力較為單純;構件類型較少,建設周期短,易于實現工業化;綠色環保和可循環使用。
      三維空間大跨度鋼結構案例
      大跨鋼結構主要應用在:體育館、會議廳、展館、活動中心等大型公共活動建筑、機庫、廠房、裝飾門廳。
      
      空間結構自60年代至今,一直穩步發展??臻g結構的新動向是采用矩形鋼管桿件的網架增多。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。弓形結構的出現引起了人們的興趣,但它的性能和應用規模還應進一步探討。一些高校在對網架的錐頭等零件進行研究和改進,目的是使產品的質量進一步提高。隨著現代新結構概念與新材料的更新,空間結構有網架、網殼到正在發展完善中的索-膜、索張拉、預應力結構體系等。
      
      1.2鋼結構住宅
      
      鋼結構住宅依其自重輕,基礎造價低,適用于軟弱地基,安裝容易,施工快,周期短,投資回收快,施工污染環境少,抗震性能好等綜合優勢而受到各方的重視。鋼結構與磚混結構、混凝土結構等相比,在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面都具有優勢。在住宅建筑中應用鋼結構的優勢主要體現在以下幾個方面:
      
      (1)利用鋼材強度高的特點,設計可采用大開間布置,使建筑平面能夠合理分隔,靈活方便,創造開放式住宅,而能合理布置功能區間。
      
      (2)相同建筑面積的建筑樓層,鋼結構自重輕。根據比較,6層輕鋼結構住宅的重量,僅相當于4層磚混結構住宅的重量。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,結構安全度高。
      三維鋼結構住宅案例
      (3)鋼結構構件,可以實行工廠化生產,現場安裝。由于現場作業量小,對周圍環境污染少,同時,
      
      施工機械化程度高,加快了施工速度。根據統計,同樣面積建筑物,鋼結構比混凝土結構工期,可縮短三分之一,而且可節省支模材料。
      
      (4)由于自重輕,基礎費用降低,總體用料減少,直接成本降低,建設工期短,間接費用又可減少,所以綜合造價低。
      
      (5)鋼結構適宜工廠大批量生產,工業化程度高,并且能將節能、防水、隔熱、門窗等先進成品集合于一體,成套應用,將設計、生產、施工一體化,提高住宅產業化的水平。
      
      從上面的分析中可以看出,鋼結構是適合創新的住宅結構體系。鋼結構可隨著人們審美觀的不同,使用功能要求的不同,設計各種造型、尺度、空間的新型房型。生產廠家能高精度、高質量、高速度完成,使建筑物達到既美觀又經濟的效果。
      
      1.3輕型鋼結構
      
      輕型鋼結構是只有圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼組成的結構[1](這是相對普通鋼結構而言的)。輕型鋼結構的屋面荷載較輕,因而桿件截面較小、較薄。它除具有普通鋼結構的自重較輕,材質均勻,應力計算準確可靠,加工制造簡單,工業化程度高,運輸方便等特點外,一般還具有取材方便,用料較省,自重更輕等優點。輕型鋼屋蓋結構的用鋼量一般為8~15kg/㎡,接近在相同條件下鋼筋混凝土結構的用鋼量,且能節約大量木材、水泥及其它建筑材料,將結構自重減輕為普通鋼結構的70~80%,總的造價較低。
      三維輕鋼結構廠房案例
      輕鋼結構是近10年來發展很快的領域,在美國采用輕型鋼結構占非住宅建筑投資的50%以上。這種結構工業化、商品化程度高,施工快,綜合效益高,市場需求量很大,已引起結構設計人員重視,這種結構被廣泛應用于倉庫、辦公室、工業廠房及體育設施。輕鋼住宅的研究開發已在各地試點,是輕鋼發展的又一個重要方向,目前已經有多種的低層、多層和高層的設計方案和實例。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,必將對我國傳統的住宅結構模式產生較大沖擊。
      
      1.4鋼管混凝土結構
      
      鋼管混凝土(CFST),就是在鋼管中充填素混凝土制成的建筑構件。它具有承載力高,抗震性能好,節約鋼材和施工簡捷等突出優點,因而在高層和超高層建筑中得到了日益廣泛的應用。其推廣與發展的速度十分迅猛,并將成為21世紀高層和超高層建筑群很為實用和主要的結構形式。
      
      這種結構的特點是:
      
      (1)鋼管混凝土柱的抗壓和抗剪承載力高,相當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,有利于結構抗震,相當于設防烈度下降一級;
      
      (4)鋼管混凝土柱自重減少,減輕了地基承受的荷載,相應降低了地基基礎造價;
      
      (5)鋼管壁薄便于選材,制造與現場焊接,是施工很為快捷的建筑結構;
      
      (6)鋼管混凝土柱內的混凝土可大量吸收熱能,其耐火性優于鋼柱,從而比鋼柱可節省耐火涂料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高強度混凝土安全可靠地推廣應用。同時由于在高層建筑設計中,鋼管混凝土柱可以僅控制長細比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好,還克服了普通鋼結構鋼柱存在的局部失穩的缺點。因此,與鋼筋混凝土柱相比,截面設計可以減少60%以上。
      
      1.5  鋼結構施工
      
      隨著大跨度結構及超高層結構的不斷增多,施工技術的研究、施工技術的創新以及由此產生的施工力學問題日益突出。傳統的施工技術在高大精尖等復雜結構中被慢慢淡出,隨之而來的是一些創新的施工技術,如整體提升施工技術、整體頂升施工技術、整體滑移施工技術及其他特殊結構施工技術等。它們的很大特點:一是施工方案的創新與新結構形式緊密結合,根據新結構的構成和受力特點創新施工方案;二是施工力學問題的解決緊密依賴于計算技術的發展,可以通過施工過程的仿真,真實地了解和掌握結構在施工過程中的變形和內力的變化過程。
      
      施工技術的創新也包括在現有一些施工技術的基礎上注入新的技術,如整體提升采用液壓穿心式千斤頂和計算機控制技術相結合,整體頂升技術應用在攀達穹頂網架結構和網殼結構的整體安裝中等。一些特殊結構形式的施工技術,如摩天觀光輪,可以根據其結構形式具體對待,但就一般共性的問題可先進行研究。新型施工技術的實施需要以模擬仿真分析的數據為指導,同時分析的結果也是評價方案優劣的重要依據。

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