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轻钢结构的发展
作者:塔里木油田建设工程有限责任公司 李宇顺
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钢结构工程, ...
自20世纪90年代以来,我国钢结构建筑的发展十分迅速,特别是一些代表城市标志性高层建筑的建成,为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。如世界第三高的上海88层、高420m的金茂大厦业已竣工,现已投入运营。据称世界第一高度的上海浦东环球金融中心,高460m,共95层,建筑面积达31万m2,现正在加紧建设中。由外商投资的大连总统大厦,正在加紧筹建之中,共95层,据称建成后其高度将名列世界前茅。

轻钢结构的发展则更是如火如荼,特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。从钢结构制造和施工企业数量的大幅增长就可窥见一斑,如上海市的钢结构制造和施工单位已由原来的几十家发展到现在的400多家,仅上海的宝钢地区就有近百家的钢结构制造厂。大好形势下,如何因势利导,抓好设计和施工质量,是当前一个十分迫切的问题。

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轻钢结构及其适用范围

所谓轻钢结构通常是指由下列钢材所构成的结构:冷弯薄壁型钢结构;热轧轻型钢结构;焊接或高频焊接轻型钢结构;轻型钢管结构;板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。

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1.适用范围

根据我国目前情况来看,这种结构由于其用度广、优势明显,已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。对单层工业厂房而言,通常以H型钢为主,采用焊接连接作为梁柱,以C形或Z形轻钢板作檩条,屋盖系统或楼面系统用压型彩色钢板作面层,上面可浇混凝土,压型钢板既可作为钢筋,必要时也可以再配钢筋。墙面围护也可采用单层或夹层压型钢板,夹层板内部可充填各种保温层。

2.主要优点

(1)施工周期短:轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装,对一般规模较小的工业厂房仅需45天至2个月,而若采用钢筋混凝土建筑则要8~12个月左右。

(2)综合经济效益好:由于施工周期短,可以提前投入使用,提前获取投资效益;而且由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板,美观华丽,改善了周边环境的动态感;因为建筑物本身的自重轻,一般情况下不需要做桩基,可以节省投资;由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后,使保温、隔热和隔章等效果良好。彩色钢板是以镀锌为基板又用硅酮作为表面,经两除两烘加工而成,耐久性也较好,根据目前我国的市场价格,轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构,当厂房的跨度越大时,其优势更为明显,这也是它赖以竞争的一大优势。

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(3)抗震性能好:由于钢结构属于柔性结构,自重轻,因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度,极有利于抗震。我国是一个多地震区国家,在地震区建筑中应多多推广应用钢结构,可大大减少地震灾害和人员伤亡。目前,天津市已正式启动轻钢结构住宅。

(4)宜于拆卸搬迁:一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化,整个建筑可在很短时间内拆迁,损失极小,而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的。

正是由于轻钢结构的诸多优点,而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现,已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点,使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。

材料选择和设计中的注意事项

轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构,其基本计算理论和后者基本相同。详细情况可参见上海市标准DBJ08-68-97《轻钢结构设计规程》和中国工程建设标准化协会标准CECS102:98《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》,这里仅着重强调几点:

1.在用材上应优先采用“H”形钢,它受力合理,拼接方便,加工容易。对于承重结构宜用Q235钢和低合金钢中的16Mn、15MnV或15MnV钢,但需注意Q235-A钢的含碳量不作为交货条件,可焊性无保证,故不宜采用作焊接结构。对于板厚大于25mm的梁翼缘与柱,现场焊接的梁柱节点不宜用Q235-B.F,应尽量选用Q235-B或Q235-B.b,对于特别重要结构宜选用Q235-C或Q235-D。

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2.对厚度为17~40mm的Q235钢的设计指标比现行GBJ17-88《钢结构设计规范》中的规定值提高5MPa(上海标准),焊缝强度也作了相应调整。
3.考虑了技术进步因素,将主要受力构件的壁厚调小,即在现行GBJ18-97《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的主要受力构件的壁厚不小于2mm调整为不小1.5mm,框架梁柱构件不小于3mm。

4.在风荷载作用下,门式刚架的侧移按GBJ18-87《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定为柱顶高度的1/150。在这2个规程中均作了细化规定并作相应调整,但具体数值不尽相同。设计者在使用时应予以注意。

5.在设计钢架、屋架和檩条等时,应考虑由风吸力作用所引起构件内力变化的不利影响。此时永久荷载分项系数取为1.0。这一规定主要是考虑到当设计的钢架、屋架、檩条在屋面材料较轻的情况下;若受风吸力作用,构件内力将会变号,会出现拉杆变为压杆的情况。在内力变号时永久荷载起减载作用,将永久荷载分项系数取为1.2,则会造成结构可靠度的降低,导致不安全因素。

蒙皮效应

压型钢板因其重量轻、强度高、外形美观、安装便捷等优点而广泛应用,国外不仅用手工业厂房,而且很多民用建筑也用它做屋面板和墙板等围护结构。

所谓蒙皮效应是指压型钢板在其平面内的抗剪能力,可称为受力蒙皮作用。如将压型钢板与构件进行可靠连接,则此蒙皮效应可使围护结构同时成为结构的重要组成部分,参与整个结构体系工作,为与之相连的受压、受弯压构件提供连续侧向支撑,从而提高这种构件的刚度及稳定承载力。美国的设计规范引进了蒙住支撑的设计方法。我国《冷弯型钢受力蒙皮结构设计规范》尚在编制中。

目前我国钢结构行业还存在不少问题,主要包括:

1.对钢结构产业是符合节能环保型、可持续性发展的行业认识还有待提高。最近几年日本、加拿大、英国政府和研究机构发表了很多文章,专门论述发展钢结构房屋的优点和措施,可供借鉴。

2.设计理念不能适应市场需要。如目前超高层和有特殊要求的建筑大都由国外建筑师的方案中标,他们在规划、环境、建筑以及功能上确有独特之处。但连接节点过于复杂,消耗过多的钢材并给制作和安装带来更多难题,也增加了工程成本。

3.部分地区钢结构企业盲目上马,一哄而起,导致产能过剩并浪费大量资源。

4.市场运行不规范,投标企业竞相压价加上钢材涨价,造成加工和安装企业亏损。

5.钢结构科研开发资金不足,标准及规范修订周期太长;标准及应用规范、规程缺项、滞后;钢材标准与工程设计、施工规范规程衔接不上。

6.钢结构加工厂和施工安装企业装备、计算机管理、劳动生产率还需进一步提高。

7.钢结构专业技术人员、技术工人缺乏,尤其在中小企业更短缺,企业技术质量和管理工作都不适应生产的需要。

8.行业协会作用和功能远未到位。特别在规范和引导市场秩序、服务于企业、开拓钢结构市场、标准规范的编制修订和专业人才的培养等方面,还有待完善。

今后一段时期内,我国几个领域的钢结构量将会增加,主要是火力电厂的建设还将加快,主厂房和锅炉钢架用钢量会增加(包括核电厂厂房用钢、风力发电用钢等);交通工程中的桥梁会有所增加,铁路桥梁均采用钢结构,近年来公路桥梁采用钢结构也成发展趋势,京沪高速、跨海、跨江大桥采用钢桥,高速公路中的护栏、收费站、交通标志的钢结构用量也不少。还有飞机场、火车站的新建和扩建;市政建设中采用钢结构的量会增加,地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等都越来越多地采用钢结构。尤其在北京、上海、天津、重庆和各大省会城市,经济发达的中型城市,钢材消耗量会明显增加。

如北京每年用于高架桥用钢约2万多吨。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会和深圳世青会的配套设施采用大量钢结构建筑;钢结构住宅大量增加。国家提倡建设节能省地住宅,有关钢结构住宅的设计规范及配套技术、材料基本具备。目前我国仅有几百万平方米的钢结构住宅,发达国家却达到40%~50%。如我国每年竣工6亿m2的城镇住宅建设有5%采用钢结构,按多层、高层建筑平均每平方米50kg钢材计,用钢量将达到每年150万t。上述数字还未将农村建筑用钢结构统计在内;由于我国钢材价格比国际价格低,劳动力成本低,钢结构制作质量优良,在国际工程市场有较强的竞争力,这几年国外企业在中国采购钢结构有所增加,许多钢构厂也承接了海外订单。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2/6/2009)
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