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H型钢结构住宅建筑体系研究的可行性报告

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    一、 课题的提出：

    1、H型钢结构住宅属于绿色生态环保建筑

    H型钢结构住宅建筑以采用H型钢做梁柱、板材做围护结构为主要建筑特征，因为这种结构形式的住宅具有重量轻、抗震性能好，施工周期短，湿法作业少，宜于工厂化生产，适宜产业化发展等突出优点，属于绿色生态环保建筑，有利于国民经济可持续发展的战略要求。

    2、国内外发展现状

    长期以来，我国一直处在钢材短缺的经济条件下，从产业政策和规范要求上都追求建筑选材中少用钢。所以，虽然近几年钢材产量出现结构性过剩，但是建筑钢结构用钢量占全国钢材总产量的比重很小，与发达国家相比差距很大，尤其钢结构住宅在建筑市场中所占份额接近于零。

    目前我国的综合经济实力已具备研究开发钢结构住宅建筑体系的条件，特别是建筑用钢材的主要材料H型钢在马钢、莱钢等厂家的相继投产和多家墙板生产线的建成，及有关住宅体系开发的其它研究成果，更使研究开发钢结构住宅建筑体系成为发展住宅产业化的迫切需要。

    在发达国家，钢结构住宅特别是小高层、高层钢结构住宅较为普遍。柱采用H型钢，H型钢钢骨砼柱，方管钢柱，圆管钢柱和钢管砼柱；梁一般采用H型钢，梁柱的接点连接采用高强螺栓或两者并用。楼板一般为钢承板现浇砼组合楼板，维护结构主要采用标准化预制墙板。防火主要采用防火涂料或防火板包裹，他们宁愿以较贵的材料去换取较少的人工，以达到综合造价低的目的。

    而在我国劳动力资源丰富，人工费用低廉，因此简单套用国外的建筑用材其综合造价偏高，市场无法接受，所以我们有必要根据自己的国情开发自己的钢结构住宅体系，重点是对围护材料与技术、楼板形式及相关配套产品的研发应用，以实现钢结构住宅的高性能价格比，解决钢结构住宅启动阶段的合理定位，只有这样，住宅发展的新阶段才会顺利启动。

    二、课题的研究

    二十一世纪的主题是节能，环保和可持续发展，我们莱芜钢铁集团有限公司研究开发的H型钢结构住宅建筑体系广泛采用目前已经开发成熟的新材料、新技术，使其性能在钢结构住宅体系中得到更好的体现。并重视研究开发新的材料、新的技术使钢结构住宅体系具有更强的生命力。

    1、本体系的主要构成及关键技术

    （1）外墙：

    方案一：采用轻质复合墙板，可为蒸压轻质加气混凝土板、钢丝网水泥夹心板，GRC夹心复合板、钢筋混凝土夹心复合板等。

    方案二：砌块填充，采用加气混凝土砌块，轻骨料混凝土小型空心砌 块，或混凝土小型空心砌块等。

    （2）内墙：

    方案一：采用轻质板材，如纸面石膏板，纤维石膏板，加气混凝土板，玻璃纤维增强水泥板等。

    方案二：复合板材，如钢丝网架水泥夹心板，发泡夹心聚苯乙烯复合墙板。

    方案三：砌块填充。

    （3）防火处理：

    钢柱：采用防火板包裹，或厚涂型防火涂料，可以根据实际情况及价格比较进行选择，以达到不同结构构件耐火极限的要求。

    钢梁：H型钢梁翼缘内填充加气混凝土砌块，再用金属网抹25厚蛭石砼包覆，或防火涂料或防火板。

    （4）结构形式：可比较采用H型钢框架结构、H型钢框架支撑结构，钢框架砼剪力墙结构等多种形式。

    梁采用H型钢，柱可采用H型钢、钢管砼，方管及钢骨砼柱等。

    钢材可采用Q235、Q345材质。
    （5）、构件连接可采用高强螺栓连接、焊接连接或栓焊混合的连接形式。

    （6）、楼板。可采用普通现浇砼楼板，预制钢筋砼迭合楼板，压型钢板现浇砼组合楼板。

    （7）、采暖通风设计采用先进的分户计量方式，可比常规供暖方式节能10%，结合H型钢构件的截面特点进行管线的隐蔽设计，将管线设计在H型钢的凹面内，避免由于采用分量计量带来的户内管线多，既不美观又占用正常使用空间的矛盾。

    （8）、给排水设计考虑，生活污水的无公害净化处理，减少对环境的污染，设计采用节水设备，可考虑中水的处理利用，节省使用水资源。

    （9）、采用智能化设计，设计考虑综合布线系统。楼宇智能化管理系统实现电话、传真、有线电视和微机上网等家庭办公的自动化。

    2、试点工程：

    试点工程包括一座小高层住宅，两座多层住宅。

    （1）、高层住宅（1#楼）建筑面积12000平方米，共12层，地下一层，层高3.9米，地上12层住宅，层高均为2.9米。建筑总高度34.8米，采用钢框架??现浇砼剪力墙结构。柱采用直径300钢管内灌C50砼，梁采用H型钢，钢材全部采用Q345。

    一幢多层住宅（4#楼）六层，一层商店，层高3.9米.二至六层为住宅，层高2.8米，建筑面积1200平方米，采用钢框架支撑结构。梁柱均采用和H型钢，钢材全部采用Q345。

    另一幢多层住宅（南区4#楼）为七层住宅，一层为藏间，层高2.2米，二至七层为住宅，层高均为2.8米，总建筑面积约4720平方米，采用钢框架--预制砼剪力墙结构。梁柱均采用H型钢，钢材全部采用Q345。

    （2）、1#楼外墙采用钢丝网水泥夹芯板，板芯为EPS苯乙烯发泡板，外面抹35厚1：3水泥砂浆，具有结构性能好、质轻、保温、隔热、防火性能好、施工简便等优点。分户墙、厨房、卫生间采用玻璃纤维增强水泥板、内隔墙采用改性石膏砌块，隔音效果好。

    4#楼外墙采用200厚蒸压轻质加气砼板，这种板材容量小、导热系数低，耐火性好，施工简便易于操作。内墙采用蒸压加气轻质制砼内墙板。

    南区4#楼采用蒸压加气砼砌块为外墙，内分户墙体材料，户内分隔墙体采用厚度75MM的轻砼墙板。

    （3）、1#楼采用普通现浇砼楼板；4#楼采用预制钢筋砼迭合楼板；南区4#楼采用预制预应力砼空心板加砼现浇层。

    （4）、保温：为达到建筑物节能50%的标准，采用了如下措施：

    屋面:屋面保温采用现喷硬质聚氨脂发泡保温技术

    周边地面：采用聚苯保温。

    外墙： 采用保温复合外墙板或导热系数低的外墙材料。

    外墙：采用单框双玻窗保温窗。
    （5）防火：

    钢柱：采用防火板包覆，已达到耐火极限2.5小时；钢梁：H型钢钢梁翼缘内填充加气混凝土砌块，再用金属网抹25厚蛭石包覆，达到耐火极限1.5小时。

    （6）试点工程在采暖通风设计采用了分户计量方式。

    （7）经济技术指标

    H型钢住宅建筑试点工程主体钢结构小高层约为33.2Kg/m2：多层约为35KG/m2。

    按山东省定额计算，工程预算造价多层760元/m2，钢筋混泥土结构多层住宅约为650元/m2,节能建筑造价增加8%,约为52元/m2,扣除节能建筑增加的部分,钢结构多层住宅造价为708元/M2,比钢筋混凝土多层住宅增加约为9%;小高层为1100元/M2,钢筋混凝土结构小高层住宅,约为1000元/M2,节能建筑造价增加8%,约为80元/M2,扣除节能建筑增加部分,钢结构小高层住宅招架为1020元/M2,与钢筋混凝土小高层住宅基本持平.

    3.正在研究的相关技术:

    在试点工程的基础上,我们继续开展了几个方面的研究,并有2项技术已申报专利.

    (1) 整体外墙板

    研究开发轻质保温整体外墙板,可采用一个房间的外墙作为一块墙板,这样可以减少小块墙板拼装产生的接缝所带来的裂缝、渗漏等问题。

    （2）小波纹压型钢板组合楼板

    　　我们研究开发了一种新型的、与钢结构建筑相适应、能够采用工业化生产，同时又能适应住宅建筑使用要求的组合楼板形式??小波纹压型钢板组合楼板。具体采用0.4－0.6mm厚的镀锌钢板压成型，波纹肋高一般在10－15mm之间，这种压型钢板造价低，可作为施工模板使用，不考虑结构受力，但与主体钢结构连接的整体性好。现浇板钢筋，根据使用阶段的强度要求，计算出配筋量，采用工厂化生产方式，将钢筋与压型钢板焊接成型，工地安装后，连续板支座处现场绑扎支座负筋，这样一是减少了现场绑扎钢筋的工作量，提高了工厂化制作程度，满足了钢结构建筑施工速度快，楼板多层同时浇注的要求，同时又降低结构高度，增加建筑的可利用空间，钢筋与压型钢板的工厂化成型又能满足了小波纹压型钢板在施工阶段的强度要求。

    （3）、万能托架

    普通现浇砼楼板常规施工方法与钢结构建筑的快速施工，多层同时浇注不相适应，为解决这一矛盾，我们实验开发了一种支撑模板采用的万能托架。这种托架长度可调整，两端与H型钢梁紧固连接，拆装方便。（此项技术已申请专利）

    （4）、模块化的设计、施工

    钢结构住宅建筑的最大优势在于可以工厂化生产，形成产业化的发展模式,因此设计上的标准化、模块化更能促进钢结构住宅体系的产业化。结构构件，连接节点的标准化设计有利于工厂化和机械化生产，模块化的设计又能加快安装速度的提高。构件不再是单柱单梁工厂生产，现场拼装，而是按模块化的设计形式，把住宅中一户或一个单元作为一个部件进行设计、生产，部件可以采用工厂化生产，（也可以采用零件工厂化生产、部件现场拼装，再进行吊装）这种方式的优点在于提高了工厂化生产的程度，减少人工操作，尤其降低高空作业量，模块化设计中应考虑整体空间刚度，合理选择吊点，并验算模块强度避免吊装过程中产生变形。

    部件的构件连接可全部采用焊接，由于全是工厂化操作，焊接质量容易保证，现场拼装全部采用高强螺栓连接，避免高空焊接造成的质量隐患。

    (5)、继续研究开发高强度、焊接性能好的H型钢及轻型H型钢、并研究开发耐火钢和耐候钢。

    三、课题开发的预期目的

    对H型钢结构住宅建筑体系的研究开发，目的是能够完成一套H型钢结构住宅建筑体系具有代表性的设计；摸索出一套与该体系相适宜的施工方法；研发和配制一套能使该体系适应市场的建筑材料；总结一套该体系高性能价格比的特征参数。
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