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      钢木砼复合结构住宅体系论文
      三亚美爵度假酒店---钢木砼复合结构
      钢木砼复合结构的特点
      相对传统建筑结构的优越性
       
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      钢木砼复合结构住宅体系论文

      作者:胡尚同 发布时间:2009-9-21 
      钢木砼复合结构建筑体系
       
      胡尚同
                     海口磊安新钢结构工程有限公司,海南 海口)
       
        要:  系统分析了以钢管混凝土为主要承重构件的钢木砼复合结构体系并和传统钢筋砼结构及钢-混组合结构进行了全方位的技术、经济比较,得出了钢木砼复合结构体系相对传统钢筋砼结构造价低20%以上的结论。并在此基础上对传统钢结构的螺栓连接和钢承板构造方式提出质疑;原创性的提出了梁式楼梯的新式做法;对一直困扰钢-混组合结构发展的外墙外挂围护体系进行了可操作性设想;多年的工程实践证明:钢木砼复合结构结合了传统钢筋砼结构及钢-混组合结构的优点并克服了其不足,经过对主要构件和节点的优化组合,极大的简化了施工工艺,提高了生产效率,释放出了巨大的社会财富和劳动力资源,具有辽阔的市场前景。
       
       关键词:钢管混凝土;梁式楼梯;外挂围护体系;经济分析;
       
      一、简介
      钢木砼复合结构是在综合各种传统建筑结构基础上发展而来的一种新型永久性结构,它采用钢管砼技术,充分发挥钢材、木材、砼等传统建筑材料的物理力学性能和耐久性特点,利用结构力学原理组合而成的一种全新结构。
      二、结构体系
      1、承重柱:一般采用薄壁钢管砼构件。采用钢管砼作为柱子构件现在已经是很成熟的技术,但是,钢木砼复合结构中柱内的砼是在楼面钢筋绑扎完成后,在浇筑楼面砼时同时分层灌注,使梁、柱、板成为一个现浇的砼整体。
      构造措施:在柱高、梁的位置须预留砼浇注孔以便安装梁柱节点加强连通钢筋和使梁、板、柱在混凝土浇筑后成为一个有机的连通整体;在混凝土浇筑后,须在柱底和柱顶部采用电钻钻适量通气孔洞以排出柱内砼残留的水分以及作为消防散热通道。
      2、承重梁:采用带翼开口方钢管,采用薄壁钢板加工成型。在浇筑楼面砼时同时灌注梁内混凝土。
      3、楼面结构体系:
         A、现浇砼形式:利用带翼钢管梁焊接形成井字梁结构,将装饰模板整块用自攻钉安装固定于梁挑出平台部位,形成一闭合梁板体系。在梁内及板上绑扎、焊接梁板钢筋,然后整体浇筑梁板柱砼。由于模板跨度较大,在砼浇筑时承载力不足,因此在砼浇筑前须加设临时支撑系统。浇筑梁板砼后,所用装修模板作为结构的一部分,不需要拆除,由于木板处于结构的受拉区,而木板本身具有较强的抗拉强度和整体性,(结构设计时仅考虑作为安全储备)在和现浇混凝土整体浇筑后对整个结构的整体性和承载力具有重大贡献,同时又是一个天然的人性化装修面层。(如图)
       
      钢木砼复合结构楼板效果()
       
      钢木砼复合结构楼板效果()
       
      钢木砼复合结构楼板支撑体系

      钢木砼复合结构板面钢筋
       
       
      B、预制板形式 由于梁板砼浇筑前临时支撑体系比较耗费工时,影响整体结构的施工工期;而且由于次梁的存在降低了房间的使用高度,因此考虑根据房间大小采用整块预制钢—混复合轻质楼板。在梁柱体系安装施工完成后,将预制钢—混复合轻质楼板直接吊装于钢梁平台上,将梁、板结合部焊接,板间再设置罗纹钢筋拉杆对焊连接,最后只须浇筑梁柱内、板间砼,即可形成梁、板、柱的刚接,其结构的整体性和综合力学性能理论上不逊于整体现浇结构。
       
      4、楼梯结构体系:
             由于建筑物楼梯承担日常交通和突发事件疏散的重要任务,传统建筑结构的楼梯做法一直是设计和施工的难点和重点,不但工艺复杂而且质量不容易控制(踏步模板容易变形)。钢木砼复合结构中采用一种梁式楼梯的新型做法,采用带翼开口方钢管作为楼梯梁,在带翼开口方钢管内部按照设计踏步高度焊接垂直于地面的角钢,然后采用自攻螺丝将踏步模板和侧面模板固定于角钢上,在楼梯钢筋帮扎完毕后灌注楼梯混凝土,待混凝土初凝后即可将自攻螺丝退出,踏步模板和侧面模板材料可周转使用。实践证明:采用这种方法施工,楼梯形状非常规则(如图),而且工艺非常简单,甚至根本不需要专业木工。
       
      钢木砼复合结构楼梯模板安装
       
      钢木砼复合结构楼梯
       
      5、围护体系:
      围护结构体系采用外挂式带扣槽预制轻质混凝土墙板;由于钢木砼复合结构基本采用钢板外包砼结构形成,钢材暴露于空气中,故此,外墙围护体系宜采用外挂式,利用外钢圈梁的外挂构件固定外墙板,将梁柱等受力构件处于室内状态,可以减少建筑结构的维护费用,延长建筑物的使用寿命。
      钢木砼复合结构中,采用建筑物周边圈梁的特殊做法将外挂体系与周边圈梁连接成一个整体。丝丝入扣,天衣无缝,而且工艺简单,造价低廉。如图:(外挂体系图)
       
       
      三、与钢筋砼结构的经济成本分析比较:
      现代建筑科技的发展,已经证明钢-混组合结构体系在结构可靠性、安全性和抗震性能方面相对于钢筋砼结构拥有毋庸置疑的优越性。但是由于现行的钢-混组合结构住宅体系造价偏高而导致市场萎靡也是不争的事实。在很多的专业著作中,都是强调由于钢-混组合结构工期短,投资回收快、资金利息低,所以综合造价低于钢筋混凝土结构;这个结论给人感觉有些勉强,底气不足。因为如果不考虑工期的因素,直接的造价是偏高的!这种状况成了困扰钢-混组合结构行业发展的瓶颈。而钢木砼复合结构的出现,给钢-混组合结构的发展出现了重大的转机,是建筑史上的一次革命性的突破。下面就以表格形式对其框架结构部分进行经济成本分析比较,见附表:(表中的数据是海口地区2009年的建筑成本市场行情),分析的结果表明:采用钢木砼复合结构技术,在满足同样的安全度和使用要求下,直接成本较钢筋砼结构降低20%以上,尚未包括由于工期的缩短而带来的间接经济效益以及原材料及人力资源的节省而带来的巨大社会效益。
       
      框架结构部分成本分析对照表
       
       
      费用名称
      钢筋砼结构(/m2)
      钢木砼结构现浇(/m2)
      -混结构预制(/m2)
      备注
         
       
      200
      158
      180
       
      模板\顶木系统摊销
      40
      25
      5
       
      95
      65
      60
       
           
      钢筋制作绑扎
      23
      5
       
       
      木工、模板、顶撑
      40
      10
      5
       
      砼浇筑
      18
      12
      3
       
      电焊、安装(含吊装)
       
      25
      35
       
         
      防腐、防火
       
      25
      20
       
      运输、吊装费
       
      5
      15
       
       
        
      411/m2
      330/m2
      323/m2
       
       
       
      现行的钢-混组合结构体系成本高在那些方面呢?
      那么,现行的钢-混组合结构体系成本到底高在何处呢?经过深入的研究和实践探索,结论是:第一是螺栓连接;第二是纯钢结构件的防火、防腐费用居高不下。此两点是导致行业不能快速发展的主要因素。
      首先,在梁、柱主要节点部位,是否必须采用螺栓连接呢?回答是否定的!实际工程中完全可以采用对焊连接加加劲板的技术措施来处理,而且现有的实验数据也充分支持这样的处理方式。在钢木砼复合结构中,梁、柱均为连通的空心钢管,在砼浇筑前可以根据设计要求任意穿通节点加强钢筋,因而节点更加容易处理。那为什么现在钢结构行业中高强螺栓及栓钉的连接方式如此盛行甚至到了不可或缺的地步呢?这不得不归咎于国外工业化思维的影响,由于钢结构行业起源于西方国家,是西方工业化革命的附属物。西方学者将机械制造的思路自然的引用到了建筑行业,并写入了相关的规范。而我国在引进技术的同时没有全方位的消化。对其优缺点和经济性没有进行比较,才造成了如今的局面。所以不管对于任何技术我们都应该进行原创性思维和技术经济比较,吸收其精华,剔除其糟粕,行业才能得到真正的发展。
      其次,当采用工厂化生产的型钢作为梁柱构件,相对来说施工当然简捷方便;然而其主要缺点就是防火、防腐费用居高不下,在一些高层建筑的实践中,其造价甚至超过钢结构本身。
      再次,采用工厂化生产的型钢作为梁柱构件,由于其自身质量轻,导致整体结构固有频率偏低,在人们日常走动时,带来轻微晃动的不适感。而为了消除这种不适感,提高结构的固有频率,必须成倍的提高用钢量,从而无端造成造价的飙升。
      五、结论和建议
      所以,为了降低成本,在不降低结构综合安全度的基础上,在对影响钢-混组合结构体系造价的主要因素进行研究探讨后,得出如下结论和建议:
      第一,      尽量减少或取消螺栓连接:在现行的钢结构体系中,高强螺栓,特别是栓钉的成本高昂,安装精度要求高,工艺复杂。在钢衬板楼盖体系中,为了保证梁板的连接,栓钉的成本甚至超过承重钢梁本身,完全是一种喧宾夺主的状态。
      第二,      尽量采用钢管混凝土构件作为梁柱承重构件:由于钢管混凝土构件具有比传统钢结构更加优越的防火性能,因而,其防火、防腐费用可以大幅度降低。同时钢管混凝土构件在力学性能上又具有良好的塑性和韧性,因而抗震性能良好。(《现代钢管混凝土结构技术》,韩林海,2007)。另外,钢管混凝土构件由于混凝土的存在并和外包钢管能够共同工作,其结构的整体稳定性和刚度大大增强,结构的固有频率接近钢筋混凝土结构;工程实践证明,由于采用了钢管混凝土构件作为承重梁,彻底消除了在使用过程中的晃动不适感,完全能够满足使用要求。
      第三,      尽量取消钢承板作为永久性模板:建议用装修模板或者预制型钢-混凝土板替代。在国外,钢承板作为永久性模板已经是一种很成熟且配套的技术。但从国内外的应用状况来看,还是不太理想。首先是成本偏高,再者钢板的天棚让用户产生不适感,必须再做装修吊顶;而木板的天棚则非常人性化,不需进行二次装修,给人以返朴归真的感觉,是现代建筑的一种追求和向自然回归的趋势。在对木板面层做适当的防腐防火处理后,是不必担心其使用寿命的。
                总之,钢木砼复合结构作为一种新型组合结构,在多年工程实践磨练中已经形成了一个完整的建筑结构体系。无论是结构的安全性能和经济指标,都较传统结构有了长足的进步,而且在工程的施实过程中,基本上不需要木工工种,钢筋和泥水工种也大大减少,使得建筑业从劳动力密集型产业中解脱出来,在为社会节省能源的同时释放出巨大的劳动力资源,具有广阔的市场前景。
      六、存在的问题和解决办法:
      钢木砼复合结构作为一种新兴的钢-混组合结构,尚处于发展的初级阶段,尽管经过多年比较成功的实践,但是,由于尚未进行系统的理论、实验研究,缺少有说服力的科学实验数据。因而暂时无法提出相应成熟的结构计算理论和公式。现阶段的工程实践只能参考现行钢筋混凝土结构和钢管混凝土结构技术规程。做为一个有着广阔前景的新兴产业,还有大量的理论和实验研究工作要做,远不是个人或者一个企业所能够胜任。本着服务社会、造福民生的责任和义务,真诚的希望有志之士的热心参与、合作,共同研究和完善。

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      参考文献
      (1)      韩林海 扬有福  .现代钢管混凝土结构技术 中国建筑工业出版社,2007
      (2)      童根树.         钢结构设计方法      中国建筑工业出版社,2007
      (3)      丁芸孙  刘罗静 . 钢结构设计误区与释义百问百答 人民交通出版社,2008
       
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