裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)計(jì)算探究,建筑結(jié)構(gòu)論文

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)計(jì)算探究,建筑結(jié)構(gòu)論文摘要：為了更好地發(fā)展裝配式鋼構(gòu)造建筑,對(duì)鋼構(gòu)造技術(shù)的適用性進(jìn)行分析和研究。圍繞構(gòu)造體系、構(gòu)件設(shè)計(jì)和防火防腐、連接節(jié)點(diǎn)三方面的技術(shù)展開討論,指出裝配式鋼構(gòu)造建筑存在的問題以及技術(shù)發(fā)展方向,為其鋼構(gòu)造技術(shù)的發(fā)展提供一些思路和參考。本文關(guān)鍵詞語：裝配式鋼構(gòu)造建筑;構(gòu)造體系;連接節(jié)點(diǎn);防火防腐;近年來,裝配式建筑已經(jīng)被提到了國家研發(fā)層面,作為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重點(diǎn)予以推進(jìn)。國家及全國各地關(guān)于裝配式建筑發(fā)展的工作目的、扶持政策陸續(xù)出臺(tái),裝配式建筑項(xiàng)目如雨后春筍般在各地展開。裝配式鋼構(gòu)造建筑以鋼構(gòu)造作為承重構(gòu)造,是與裝配式混凝土建筑、裝配式木構(gòu)造建筑并行的3種裝配式建筑體系之一。鋼構(gòu)造是與圍護(hù)、內(nèi)裝、設(shè)備管線等建筑部品部件的系統(tǒng)集成,是其主體構(gòu)造。面對(duì)裝配式建筑的發(fā)展方向,鋼構(gòu)造技術(shù)能否繼續(xù)適用,怎樣更好地適應(yīng)需求和發(fā)展,本文從構(gòu)造體系、構(gòu)件設(shè)計(jì)和防火防腐、連接節(jié)點(diǎn)三方面進(jìn)行闡述。1構(gòu)造體系在寓居和辦公類裝配式鋼構(gòu)造建筑中常用的構(gòu)造體系有冷彎薄壁型鋼、純框架、框架支撐、框架剪力墻、框架核心筒構(gòu)造等,也有一些異型柱框架和剪力墻構(gòu)造、純鋼或組合構(gòu)造,可解決露梁露柱問題。事實(shí)上,傳統(tǒng)的構(gòu)造形式,或是構(gòu)造形式的一些變化,對(duì)于鋼構(gòu)造建筑體系的構(gòu)成和支撐,并無突出矛盾。但是,假如行業(yè)的發(fā)展始終躺在鋼構(gòu)造就是裝配式這一觀點(diǎn)上,那就有些不思進(jìn)取了。讓裝配式鋼構(gòu)造建筑的構(gòu)造體系勉為其難地向傳統(tǒng)現(xiàn)澆剪力墻住宅體系靠攏,簡單套用混凝土剪力墻戶型的傳統(tǒng)鋼構(gòu)造體系,不僅具體表現(xiàn)出不出優(yōu)勢,反而會(huì)變成劣勢。僅僅僅是解決露梁露柱問題,而不是針對(duì)鋼構(gòu)造的特點(diǎn),從房型、裝修等方面綜合考慮用戶的接受度,向鋼構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化、高效制作與安裝發(fā)展,那很難獲得大的技術(shù)進(jìn)步。1.1分離式構(gòu)造體系就鋼構(gòu)造體系而言,豎向承重和抗側(cè)力分離的構(gòu)造體系,對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效裝配目的是一個(gè)很好的選擇局部構(gòu)造構(gòu)成抗側(cè)力體系(能夠是支撐、剪力墻等),其余部分的構(gòu)造無需抗側(cè)能力,只要具備豎向承重能力即可,因而構(gòu)造處理更為方便。這實(shí)際上可以能是一種單一抗側(cè)力構(gòu)造體系。除了鋼框架-核心筒混合構(gòu)造體系(事實(shí)上效率并不低),當(dāng)前國內(nèi)正在從事新體系的探究。以支撐框架為代表的單一抗側(cè)力體系,也是一種不錯(cuò)的選擇。典型的例子有日本大和房屋株式會(huì)社主推的支撐框架體系:梁貫穿,梁柱按鉸接處理(半剛性),完全由支撐提供抗側(cè)剛度,實(shí)際上是一種分離式構(gòu)造體系,經(jīng)同濟(jì)大學(xué)研發(fā),構(gòu)成了整套技術(shù)體系,命名為分層裝配式鋼構(gòu)造體系[1](見圖1),用于低多層裝配式鋼構(gòu)造建筑,裝配效率可大大提升。然而,根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行的GB500112018(建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范〕設(shè)計(jì),要求構(gòu)造宜有多道抗震防線。詳細(xì)到鋼框架-支撐構(gòu)造中,框架部分有相應(yīng)的抗震措施和構(gòu)造要求,需保證延性,并承當(dāng)不低于總水平地震作用的25%(基本給這種構(gòu)造體系判了死刑),導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)必須設(shè)計(jì)有一定抗彎剛度,以構(gòu)成框架來承當(dāng)部分水平地震力。圖1分層裝配式鋼構(gòu)造體系這就很尷尬了,明明是因地震頻發(fā)的國家廣泛應(yīng)用的構(gòu)造體系,怎么在國內(nèi)就不行了呢?是國內(nèi)地震設(shè)防十分嗎?假如講在日本經(jīng)過大地震檢驗(yàn)是可靠的,那么根據(jù)我們的規(guī)范,卻以為是不安全的,是這個(gè)構(gòu)造體系不合理,還是我們的規(guī)范不合理呢?實(shí)際上參考美國的構(gòu)造規(guī)范,支撐框架作為單一抗側(cè)力體系是允許的。況且,鋼框架-支撐體系中,即使框架部分全是鉸接沒有抗側(cè)剛度,同一方向上的多道支撐事實(shí)上也是抗震的多道防線。1.2構(gòu)造體系的其他問題由于現(xiàn)行的(建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范〕關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的要求,所以直接導(dǎo)致H型截面柱的框架(橫向框架+縱向支撐框架,或者部分鋼柱旋轉(zhuǎn)90布置實(shí)現(xiàn)雙向抗側(cè)的純框架)無法實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上橫向框架+縱向支撐框架的構(gòu)造形式在工業(yè)建筑中一直被普遍應(yīng)用,在民用建筑中是不是就真的不可行?H型截面柱的雙向純框架也真的不行?可美國的鋼框架這么做的還挺多,包括特殊抗彎框架。另外,遠(yuǎn)大可建科技有限公司(遠(yuǎn)大可建)因裝配高效而引起轟動(dòng)的鋼構(gòu)造建筑(見圖2),構(gòu)造體系[2]集合了鋼柱、斜撐和集成式組合樓板,實(shí)際上是一種桁架梁支撐框架體系,但這么多年來構(gòu)造體系很難被規(guī)范和工程界接受,能否真的不行?或是有其適用的條件、解決的出路?在裝配式鋼構(gòu)造建筑的構(gòu)造體系方面,事實(shí)上還有很多值得討論的地方,不僅僅僅是一些合適裝配式建筑的鋼構(gòu)造新體系的研發(fā),還有我們國家相關(guān)規(guī)范的梳理和改良。圖2遠(yuǎn)大可建的鋼構(gòu)造體系2構(gòu)件設(shè)計(jì)及防火防腐2.1構(gòu)件設(shè)計(jì)建筑工業(yè)化的目的是為了解決傳統(tǒng)建筑勞動(dòng)效率和勞動(dòng)力的問題。鋼構(gòu)造廠的構(gòu)件加工,固然實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制,但也存在加工效率的問題。國外的鋼構(gòu)造普遍使用型鋼。由于我們國家有用鋼量控制,另外工程量計(jì)算一般是按噸位而不管構(gòu)件截面形式,所以導(dǎo)致采用焊接截面的情況普遍。盡可能采用軋制型鋼以及成品型材,少用焊接截面,是減小構(gòu)件加工工作量的重要措施。鋼構(gòu)造加工廠的構(gòu)件如能實(shí)現(xiàn)模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化,就是實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑的發(fā)展初衷,而不是停留在鋼構(gòu)造就是工廠預(yù)制的這一講法上。如型鋼在鋼廠經(jīng)簡單處理,繞過鋼構(gòu)廠,直接進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行裝配,將是高效裝配的解決方案。2.2構(gòu)件的防火防腐(1)防火涂料。裝配式鋼構(gòu)造會(huì)采用防火防腐涂料進(jìn)行防護(hù)。但是,涂料的壽命一般僅10余年,業(yè)主或用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能接受(尤其是住宅)。除了常規(guī)的防火涂料之外,采用防火片材的粘貼包覆,同時(shí)結(jié)合裝修一體化處理,在裝配式鋼構(gòu)造建筑中,尤其是精裝修住宅中,是一種很好的解決方案。(2)鋼構(gòu)造免涂裝和一體化防火方案。這是解決防火防腐問題的根本途徑。根據(jù)日本的工程經(jīng)歷體驗(yàn),多高層鋼構(gòu)造構(gòu)件在加工廠可不進(jìn)行防腐涂裝,僅在現(xiàn)場進(jìn)行防火噴涂作業(yè),或結(jié)合室內(nèi)裝修進(jìn)行防火包覆,以保證防火性能。日本的技術(shù)人員以為,建筑物內(nèi)封閉環(huán)境下鋼材的腐蝕速度很慢,完全沒必要涂裝,預(yù)留一點(diǎn)腐蝕裕量即可,方便又環(huán)保(見圖3)。圖3日本鋼構(gòu)造工程現(xiàn)場的防火和防腐做法(3)鋼構(gòu)造銹蝕速度有限。根據(jù)(色漆和清漆防護(hù)漆體系對(duì)鋼構(gòu)造的腐蝕防護(hù))[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.[7]江磊鑫.一種裝配式的新型自鎖節(jié)點(diǎn)以及性能研究[J].施工技術(shù),