钢结构住宅设计的难点探讨.doc

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1、钢结构住宅设计的难点探讨张述诚1 , 朱龙滨1 , 黄茵2(11 上海冶金设计研究院 建筑分院 , 上海 200070 ; 21 上海宝山钢铁 (集团)公司 设计研究院 , 上海 201900)摘 要 : 对几个钢结构住宅项目设计施工中遇到的实际性问题进行了分析 ,并就其处理 方法进行探讨 。关键词 : 钢结构 ; 住宅 ; 建筑防火 ; 防腐 ; 设计中图分类号 : TU 391文献标识码 : ADiscussion on diff icult points f or design of steel structure housingZHA NG Shu2cheng , ZHU Long2b

2、in , HUA NG YinAbstract : The p ractical p ro blems enco untered in t he design and co nst ructio nof several steel st ruct ure ho using p roject s were analyzed , and t he t reat ment met h2o ds were also discussed1Key words : steel st ruct ure ; ho using ; building fire p rotectio n ; co rro sio n

3、 p re2ventio n ; design随着我国改革开放和生产力的不断发展 ,我国 的 钢 产 量 已 经 跃 居 世 界 钢 产 量 第 一 位 。1996 年以来 , 我国的钢产量已连续 7 a 突破了1 亿 t , 2002 年我国的钢产量达 116 亿 t 。大量 的钢产量带动了相关产业的迅速发展 , 而我国 的房地产业的迅速发展却没有能够非常好的促 进建筑用钢的发展 。怎样发展建筑用钢是摆在 我们面前的一个重要课题 。为此 , 建设部 、国 家冶金工业局成立了建筑用钢技术协调小组 , 制定了建筑用钢发展计划 : 争取到 2010 年我 国建筑钢结构用钢达到钢材总产量的 5 %左

4、右 (我国 1999 年建筑钢结构用钢占钢产量的比例 仅有 115 % , 发达国家建筑用钢占钢材产量的 比例都在 10 %以上) 。国家建设部已决定在全国住宅建筑中推广应用钢结构 , 上海市已制定了在房地产开发中鼓励采用钢结构的政策 。 我们先后设计了中福花苑一期 、中福城二期和中福城三期三个项目 , 总建筑面积分别为11 万 m2 , 6 万 m2 和 5 万 m2 。此三个项目均为 高层钢结构住宅 , 在设计与建设过程中遇到一 些有关 钢 结 构 的 技 术 问 题 , 有 的 已 经 得 以 解 决 , 有的仍在寻求更好得方法 。在此将这些问 题列举出来 , 以便在其它的工程中加以注意

5、 , 使这些问题能够得以更好的解决 。1建筑防火建筑防火问题一直是建筑设计中所需认真解决的重要课题 。特别是 “9111”事件发生以后 , 人们对钢结构的防火问题产生了一定的怀 疑 。然而 , 世贸中心毕竟是一个特例 , 笔者认 为 , 即使防火性能较好的钢筋混凝土结构 , 在 几万升的航空汽油的燃烧下 , 同样的悲剧也是收稿日期 : 2004 - 06 - 06作者简介 : 张述诚 (1971 - ) ,男 ,山东烟台人 ,上海冶金 设计研究院工程师 ,学士 ,主要从事建筑设建筑专家所潜心研究的课题 。这一领域中防火涂料的使用最为广泛 。111 防火涂料为了满足建筑设计防火规范 ( GBJ

6、16- 87) 规定 , 柱梁外的防火涂料只需根据各种 防火涂料的耐火性能及耐火极限要求 , 满足厚 度相应的厚度 。特别是在钢结构办公 、商业建 筑方面 , 此类防火处理方法尤为突出 。在钢结构住宅中 , 此种处理方法却有一定 的难度 。钢结构梁现在均为 “工”字型梁 , 经防 火涂料处理后 , 为了对防火涂料进行保护 , 外侧 需要加保护层 , 通常采用石膏板 , 以保证防火涂 料在装筑室内装潢时的完整性和美观性 。然而 , 防火涂料存在着一定缺陷 , 即其耐 久性远远低于建筑物本身 , 所以防火涂料的后期维护是非常重要的 , 然而在住宅中防火涂料 的维护是非常困难的 。112 防火板在西

7、方发达国家 , 防火板的应用已较为普 遍 。防火板可以根据梁柱的不同形状 , 对钢梁 进行包裹 , 使其达到所需的耐火极限 。防火板 的耐久性比防火涂料更长 , 其今后维护都比防 火涂料更为方便 , 然而防火板的初期造价比防火涂料要高 , 对于房产公司来说 , 房屋的投资成本不能不说是一个制约发展的障碍 。降低防 火板的造价 , 将大大促进防火板的应用 。113 外包砼在钢结构住宅设计中 , 外包混凝土是解决 钢梁及钢柱防火 、防腐的最好措施 , 这种方法利于防火层的耐久性及今后的维护 。然而钢结 构的特点应该是自重轻 、施工快 , 钢柱 、钢梁 外包砼后 , 增加钢结构的安装时间 , 模板浇

8、捣 混凝土 的 时 间 比 混 凝 土 结 构 的 时 间 一 点 没 减 少 , 钢结构的这些优势便失去了 。此种方法在 钢结构住宅中不宜推广 。114 耐火耐侯钢时间内也无法生产出无需保护就满足防火规范的钢材 , 但这毕竟是一种新的防火思路 , 怎样 充分利用这一特点还需做大量的研究 。对于此 种钢材与以上三种防火材料的共同作用下的防 火规定尚未出台 。不管采用以上四种哪种方法 , 有一个共同 点就是钢结构在进行防火处理时 , 其截面积都 人为加大了 , 这需要对钢结构防火处理进一步 加强研究 。钢结构的防腐相对于防火问题 , 防腐 处 理 要 简 单 的 多 。 然而防 腐 处 理 相

9、对 于 防 火 处 理 更 应 该 加 以 重 视 。因为钢结构经过温度的不断变化及水汽 、 电解质的影响 , 生锈老化的可能性在任何部位 都再发生 , 而且这种情况随时都在进行 。怎样 保证 50 a 中一幢建筑满足其应有的强度 , 首先 应该是使钢结构老化不能过重 。而且钢结构之 间的互相关联性 , 使每一个钢结构构件都需满 足其足够的强度 。宝钢的耐火耐侯钢从材料的 材质本身着手 , 不失为一种好的做法 。再配合 传统的利用防腐涂层的处理方法 , 钢结构的防 腐应该是能够很好解决 。23钢结构的配套墙体材料钢结构有自重轻的特性要求 。因此 , 与其相配套的墙体材料亦需要具有此特性 。在中

10、福地产置业公司的三个项目中 , 均采用了蒸汽砂 加气混凝土砌块或墙板 。此种材料在日本和欧 洲的用量很大 , 具有以下特点 : 自重轻 , 容重 为 400850 kg/ m3 , 仅为砖墙的 1/ 3 , 隔热性 能好 , 热传导率平均值为 01131 cal/ mh , 仅为 混凝土的 1/ 10 , 在当前所提倡的节能住宅中是 一种较为理想的材料 。耐火防火性能好 , 150 mm 厚该砌块墙的耐火极限已经达到 4 h 。此种 材料本身为无机物 , 不燃烧 , 不会产生有毒气 体 。隔声性能好 , 200 mm 厚表面未粉刷墙体 , 计权隔声量为 44 dB , 如双面粉刷 20 mm

11、水泥 砂浆 , 计权隔声可达 49 dB 。同时此种材料由 于块材本身在加工过程中尺寸误差小 , 所以具在钢材中加入多种合金材料 ,使钢材本身达到一定的耐火性能 , 这种钢材已经在宝钢加以生产 。此种钢材的耐火性能虽然有所提高 ,但与消防规范所规定的耐火极限相去甚远 , 短有较高的精确性 , 并可切锯 、镂线槽 , 易于加工 。在实际的设计及实践过程中 , 此类材料是 相配套的较好的建筑材料 , 作为内墙配套材料 具有更明显的优势 。而作为外墙材料时 , 由于 钢结构材质与砌块间的巨大差异 , 使这两种材 料的接缝处的防水是一个薄弱环节 。与其相配 套的 P E 棒可以处理这一难题 , 此种材

12、料弹性 好 , 是一种良好的接缝材料 , 但仍受到施工技 术所留缝宽及价格的影响 , 较难推广 , 且需要 经过时间的考验 。外墙钢梁的防护与处理是另一大难题 。由 于钢梁的特殊性 , 在中福城二期项目中 , 我们 尝试使用了南京旭建建筑材料公司生产的 AL C 板 (轻 质 加 气 混 凝 土 板 ) , 此 种 板 为 外 挂 板 , 利用钩头螺栓将此种板挂在钢梁的外部 , 较好 的解决了室外钢梁的外包问题 ( 见图 1) 。但此 种板在较高的建筑上的应用实例还较少 , 特别 在国内还没有 。各种管线与钢梁的关系(1) 由于第一个项目中经验不足 , 在中福 城二期项目中存在着电线电缆管线难

13、以穿过钢 梁的问题 。为了解决这个问题 , 中福城三期项 目设计时 , 在钢梁的翼缘板上每 1 000 mm 开 一个 25 mm 的圆孔 , 使电线管可以通过此孔 顺利地穿过并且不外露 (见图 3) 。4a1 翼缘无穿孔b1 翼缘无穿孔图 3 钢梁翼缘大样(2) 空调和消防喷淋管线的穿梁问题 。在 钢筋混凝土建筑或砖墙中 , 可以利用墙面穿孔 设备很方便地开凿出所需要的孔洞而对原有结 构基本不造成破坏 , 而钢梁上开洞却对原有结 构造成很大影响 。为了解决此问题 , 我们设计 时在钢梁的腹板上每根梁预留多个 110 mm 的 圆孔 , 这有利于空调管线顺利穿过钢梁 , 避免 了各种管线从梁下

14、穿过的尴尬 。二次装潢的配合对于不同的消费者有其不同的装潢需 求 , 使得对建筑的技术要求应该是利于建筑室内装 潢 , 特别是在各种装潢构件的固定方面应该是 方便快捷的 , 砖混结构及砼结构均具备了此种 特点 , 可以利用膨胀螺栓简单的做到这一点 。 由于钢结构的特性 , 使钢结构无法解决这一问 题 。在 设 计 中 , 首 先 要 从 住 户 的 角 度 进 行 设 计 , 在建筑设计过程中就考虑到装潢设计 , 考 虑到不同业主的各种装潢可能性 , 对钢柱钢梁 进行合 理 布 置 。然 而 此 种 做 法 必 然 有 其 局 限 性 。对于钢结构住宅 , 最好的建筑装潢应该是 菜单式的 ,

15、由开发商进行建筑装潢 , 这样可以 充分考虑到原有建筑的结构合理性 , 并配合土 建施工预留各种固定件和预留开孔 , 有利于建(下转第 17 页)5图 1 室外钢梁外包大样铝板 幕 墙 由 于 其 重 量 轻 、保 温 隔 热 性 好 , 立面美观等特性 , 在近几十年已经发展成为一种 成熟的建筑体系 。中福城三期项目中 , 我们将幕 墙引入了钢结构住宅 , 利用幕墙与钢结构的可靠 连接 , 对住宅本身的防水和建筑的立面效果都起 到了很好的作用 (见图 2) 。然而幕墙较高的价 格也是制约其推向住宅的一个不利因素 。图 2 幕墙与钢结构连接大样边坡工程部位严禁采用大爆破施工 。方法提出严格要求

16、 , 包括雨季施工的要求 ;(3) 对重点边坡 , 应设计并实施监测方案 ,监测成果指导设计施工 ;(4) 贯彻 “动态设计 、信息化施工”的原 则 , 加强对高边坡设计施工的管理 。 4 体会(1) 高边坡设计前需要收集详细的地质资料 , 包括稳定性计算的地质资料和工程地质类 比所需相关资料 , 充分可靠的基础资料是高边 坡设计成功与否的关键 ;(2) 考虑 高 边 坡 工 程 的 特 殊 性 和 风 险 性 ,除防治工程设计外 , 还应对高边坡施工程序和参考文献 :12GB 50330 - 2002 ,建筑边坡工程技术规范S 1CECS 22 :90 , 土层锚杆设计与施工规范S 1(上接

17、第 13 页)筑本身的合理性 , 并且避免了二次装修造成的 浪费 。随着人们意识的提高及房产事业的规范 发展 ,装修房的上市必然会给钢结构住宅的发 展提供一个良好的舞台 。以上是笔者近几年在进行钢结构设计的一点体会 ,希望钢结构住宅设计的同行们能在此得到一点启发 , 共同为我国的钢结构住宅发展 做出贡献 。 参考文献 :GBJ 16 - 87 ,建筑设计防火规范S 1GB 50045 - 95 ,高层民用建筑设计防火规范S 112大型建筑要执行超限高层抗震设防规定建设部近日下发有关通知 ,要求大型公共建筑要严格执行超限高层建筑抗震设防有关规定 。通知指出 ,凡在抗震设防区进行的 ,超出国家现行

18、规范 、规程规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程 ,体 型特别不规则的高层建筑工程 ,以及有关规范 、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程 ,建设单位应向工程所 在地的省 、自治区 、直辖市建设行政主管部门专项报审 ,由省级建设行政主管部门组织专家委员会 ,开展抗震设防专项 审查 ,并将审查意见作为施工图审查的依据 。要高度重视设计方案的评审 ,确保结构体系合理 。对设计方案要进行科学评审和优化 ,在考虑建筑造型要求时 ,要 把技术可靠性放在首位 。建筑方案评审应吸收结构设计方面专家 。对于异型结构 、大跨度结构 ,建设单位应组织专家 对结构设计方案仔细论证 ,必要时应进行模型试验

19、 。建设单位应在合同中约定 ,工程项目的结构设计负责人应到现场 检查工程重要结构部位的质量状况 。要严格执行施工图审查制度 。施工图设计文件完成后 ,须进行审查 ,审查的重点是地基基础和主体结构体系的安 全性 ,以及施工图设计文件是否符合工程建设标准强制性条文 。必要时 ,应采用不同的结构计算软件进行校核分析 。 施工图设计文件未经审查或审查不合格 ,不得用于施工 。(本刊通讯员)云南提出未来 1015 年内铁路建设目标按照国家 20032020 年“中长期铁路网规划”,将在云南境内改建中越国际铁路通道昆明 河口段 ,新建中老国际铁路通道昆明 景洪 磨憨段 ,新建中缅国际铁路通道大理 瑞丽段 ,新建滇藏铁路大理 丽江 香格里拉段 ; 同时 ,对既有路网进行改造 ,增建昆明 沾益二线 ,增建沾益 六盘水二线等 。以上铁路规划项目共需建设资金 900 亿元 ,将使云南省新增铁路里程 1900 km ,全省铁路总里程超过 4000 km ,让 铁路路网结构更加完善 。(本刊通讯员)简讯政策法规