轻钢结构建筑的施工工艺及其发展前景毕业论文.doc

毕业论文论文题目 轻钢结构建筑的施工工艺及其发展前景部（系） 建筑工程系 专 业 钢结构方向 姓 名 学 号 指导教师 2011年5月 10日轻钢结构建筑的施工工艺及其发展前景 【摘 要】 本文所称轻钢结构住宅主要是指以镀锌轻钢龙骨为结构件建造的住宅，这种结构在国外多为一、二层的独户式小住宅，也有用其建造六层以下集合式住宅的。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代(公元前246-219年)，就已经用铁做简单的承重结构， 而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪，我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。由于其明显区别于采用H型钢等厚壁钢材（因表面涂有防锈漆，俗称红钢）的结构，因而称为轻钢结构。 钢结构住宅是十五期间我国将重点推广的项目，其具有强度高、结构尺寸小、自重轻、施工速度快，抗震性能好及工业化程度高的特点。本文首先介绍了钢结构住宅的发展现状及它的特点，然后对钢结构住宅的发展前景进行了分析和展望。【关键词】难题 理念 遇到 建筑 发展 钢结构 我国 体系 欧美 技术 结构设计 钢结构 钢结构住宅 高层 发展前景 未来展望目 录绪 论 4一轻钢结构建筑的施工工艺与建筑理念4（一）钢结构的初步认识 4（二）轻钢结构的优点 4（三）轻钢结构建筑的施工 5（四）轻钢结构建筑的现代发展理念 6二轻钢结构建筑发展环境和前景 7（一）高层钢结构建筑 7（二）钢结构建筑及钢结构住宅发展环境 8（三）钢结构建筑先进住宅的优势分析 9（四）钢结构建筑发展难题分析 10（五）钢结构建筑发展未来预见 11结论 13参考文献 14绪 论轻钢结构即轻型钢结构建筑体系，是以热轧轻型 H 钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主，以各类高效装饰连接材料为辅组装而成，能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。随着我国钢产量的快 速增长，对用钢政策由限制用钢到合理用钢到积极用钢，国务院1999年颁发的72号文件提出要发展钢结 构住宅产业，在沿海大城市限期停止使用粘土砖。因此开发轻钢结构住宅体系已成为当前住宅结构研究 中的热点。不过，多层轻钢结构的研究还处于起动阶段，研究力度还不够，实际设计和施工还存在不少争议和问题。这些都急需解决，以利于轻钢住宅在我国健康快速发展。一轻钢结构建筑的施工工艺与建筑理念（一）钢结构的初步认识钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势，在全球范围内，特别是发达国家和地区，钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。钢结构行业通常分为轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢结构5大子类，公司现阶段业务主要集中于前两类。 （二）轻钢结构的优点轻钢结构住宅相比于传统住宅，有其突出的优点： （1）轻钢结构配件制作工厂化和机械化程度高，商品化程度高。 （2）现场施工速度快，主要为干作业，有利于文明施工。 （3）钢结构建筑是环保型的可持续发展产品。 （4）自重轻，抗震性能好。 （5）综合经济指标不高于钢筋混凝土结构。（三）轻钢结构建筑的施工 （1）轻钢结构住宅具有性能好、自重轻、工厂化程度高、建造速度快、劳动强度小等优点，因而近三十年来在欧美国家逐步发展起来，已经形成了一整套十分成熟的技术。在我国大力推进住宅产业现代化的今天，国内外许多企业不约而同地想把轻钢结构住宅技术移植到中国来。虽经努力，但效果却不象人们事先想象的那样乐观。问题何在，又应当如何解决呢？首先遇到的是标准和规范问题。我国的标准规范是针对几十年来大量使用的结构体系编制的，轻钢结构住宅体系此前在我国属于技术空白，所以不能满足我国现行强制性规范的某些条文不足为奇。例如我国建国以后建造的建筑物多采用砖石和钢筋混凝土等耐火性能好的建筑材料，由此导致我国的建筑设计防火规范在材料选用方面似乎较国外苛刻，轻钢结构住宅难以满足其要求。再如长期以来镀锌轻钢龙骨在我国仅用于隔断、吊顶等非主要承重结构，我国冷弯薄壁型钢结构技术规程基本上不考虑用厚度2毫米以下的钢材制作主要承重构件，对于国外大量采用的壁厚0.8-1.6毫米的镀锌轻钢龙骨承重体系，我们既缺乏对其受力状况和结构安全性、耐久性的理论分析，也缺乏相关的实验数据，这就使得轻钢住宅的结构设计在我国寻找不到有针对性的规范作为依据。这种与国内规范不衔接的状况，使轻钢结构住宅项目无论在工程报建阶段还是在工程验收阶段，都会遇到数不尽的障碍与麻烦。 （2）面临的另一类问题是整个社会对这种新住宅体系的接受需要一个过程。轻钢结构住宅体系是在国外尤其是北美地区木结构住宅的基础上发展起来的，这两种体系虽然在国外已经十分成熟和完善，但是对于我国来说却完全是新东西，因而各种困难几乎无处不在。在建材和部品方面，目前建造轻钢结构试验工程所需材料许多要从国外运来，甚至有些由外商在中国大陆委托加工的部件，往往也只能到国外去采购，在国内市场上一时还找不到。在人员方面，由于国内无论中等或是高等专业学校的教学内容中均未涉及轻钢结构住宅体系，因此我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知之甚少，而更加缺乏的是熟练技术工人，所以虽然这一体系单纯从技术层面上讲并无多少难度，但真正推行起来却往往缺乏得力的骨干。在建筑管理方面，我国现行的建筑管理模式与轻钢结构住宅这种工业化生产方式也不适应，我国加入WTO以后，国外许多住宅生产企业希望进入中国大陆市场，但是他们搞不清自己来到中国后应当申领什么资质，属于什么身份-设计单位？施工单位？集成商？还是制造商？此外，在中国的消费者方面，由于长期以来住惯了砖混或钢筋混凝土结构的住宅，从慢慢开始接受到逐步喜欢轻钢结构住宅，也需要一个渐进的过程。 （3）再就是工程造价问题。目前轻钢结构住宅体系在我国大陆的报价大约在每平方米4000元左右，交工标准包括了室内精装修、高档厨卫设备、室内热水系统、空调系统、新风系统、中央吸尘系统、直接饮用水系统、家庭智能化系统、车库自动门，以及冰箱、洗衣机、烘干机等白色家电，但不包括地价、室内家具、电视机、音响等黑色家电，室外管线、绿化和其它各种户外配套工程的费用。有人认为这一价位偏高，国内消费者近期还难以接受。然而这种价格在国外比起其它结构形式住宅的造价来说，却具有很强的竞争力，这也就是为什么轻钢结构住宅体系在国外能够蓬勃发展的原因。任何新技术的产生与发展都是与所处社会的技术经济背景相联系、相适应的，目前美、日、欧等发达国家和地区，人均GDP约为我国的40至50倍，劳动力价格约为我国的20至30倍，因此，符合产业化生产方式的轻钢结构住宅在发达国家远比我国更易被市场接受。而我国由于科技和生产力发展水平较低，劳动力价格便宜，尽管轻钢结构住宅的性能和舒适度较高，但其对于传统建筑形式住宅的竞争优势反倒不够明显。因而市场接受起来比较缓慢。 （四）轻钢结构建筑的现代发展理念对上述情况，在中国推广轻钢结构住宅，目前需要从以下几个方面入手： 首先应有计划地建造一批试验工程，以便引进该项生产技术。如果没有一定的建造量，就不可能编制完成我们自己的轻钢结构技术规范，在中国使这项技术成熟起来就成为一句空话。虽然一般情况下我们强调必须执行强制性规范，但是技术标准和规范就其性质来说，永远都是落后于技术自身的发展的。因此，在国内规范不完善时，建造试验工程不仅是应当的，而且是必须的。目前北新建材等国内大型建材企业已经开始进军这一领域，投资建立了轻钢结构住宅生产线，对此国家应适当予以扶持。 在建造试验工程并取得经验的基础上，就应不失时机地编制相应的轻钢结构住宅技术标准和规范。由于与国外标准体系、技术环境的差异，甚至标准管理方式和部门分工的不同，都使这项工作在我国具有相当的难度，并非像有些同志设想的那样，把国外标准直接翻译过来就万事大吉了。把国外轻钢结构住宅嫁接到中国的技术标准体系中来，还有许多深入细致的研究和协调工作要做。根据建设部技术标准编制工作计划，目前建设部住宅产业化促进中心正在组织各有关科研设计单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准低层轻钢结构住宅技术要求，这项标准发布后，将结束轻钢结构住宅在我国无技术标准可依的局面。 由于轻钢结构住宅是国外许多发达国家普遍采用的成熟技术，其优良的技术性能和产业化生产方式，在一定程度上体现了住宅产业现代化的方向。因此，一旦有了技术标准，就应将这种技术体系纳入专业学校的教学内容中，并对在职工程技术人员和技术工人进行培训，企业和社会的建筑科研院所也应投入力量进行深入研究和开发，使这一体系在我国日臻完善，并使我国企业由此获得反过来进军国际市场的实力与资格。 最后想说明的是，轻钢结构住宅并非仅有冷弯镀锌轻钢龙骨体系一种，其它各种冷弯或热轧薄壁型钢形成的工业化住宅体系也都应属于轻钢结构住宅体系，如日本积水化学工业株式会社、大和住宅工业株式会社的钢结构住宅体系等。本文的观点同样适合这些体系，所不同的是，它们是拥有企业自身知识产权和特点的工业化住宅体系，其优点也值得我们逐步学习、引进、消化和吸收，以进一步推进中国的住宅产业现代化。二轻钢结构建筑发展环境和前景（一）高层钢结构建筑（1）轻型钢结构主要是采用轻型H型钢（焊接或轧制；变截面或等截面）做成门形刚架，C型、Z型冷弯薄壁型钢作檩条和墙梁，压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构，采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料组装起来的低层和多层预制装配式钢结构房屋体系。 （2）高层钢结构主要是采用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接而成的结构体系。高层钢结构常采用钢框架结构、钢框架支撑结构、钢框架混凝土核心筒（剪力墙）结构等形式，后者在现代高层、超高层建筑中应用较为广泛，属于钢混凝土混合结构，使钢材和混凝土优势互补、充分发挥材料效能。（二） 钢结构建筑及钢结构住宅发展环境（1）钢结构建筑的发展现状改革开放以来，我国的钢产量有了很大的提高，特别是从1997年以后，我国的钢产量突破1亿吨，但我国的钢结构用钢量占总钢产量的比例仅为3%左右，而在钢结构用钢量中，建筑钢结构用钢量又仅占10%，这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的，为此，国家外经贸委会同冶金部制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施，鼓励建筑工程采用钢结构形式，争取在2010年建筑钢结构的用量达到总钢产量的6%。（2）钢结构住宅的发展现状我国钢结构住宅起步很晚，只是改革开放后，从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅，才使我们有了学习与借鉴的机会。1986年意大利钢铁公司和冶金部建筑研究总院合作介绍一种低层钢结构住宅建筑体系Bsis，并在冶金部建筑研究总院院内建造一栋二层钢结构住宅样板房；1988年日本积水株式会社赠送上海同济大学二栋钢结构住宅（二层），建在同济新村中；90年代个别国外公司为推广其产品在北京、上海等地建立多层钢结构办公、住宅楼。大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近几年才发展起来。目前在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、上海、广州和深圳等地开展低层、多层和高层钢结构住宅试点工程，目前已经建成几十万平方米，这说明了钢结构住宅的发展势头良好。近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。特别是在我国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构住宅，是我国生产力发展到一定阶段的必然产物，它是符合国家产业政策的推广项目。（三）钢结构建筑先进住宅的优势分析（1）钢结构住宅结构上的优势1、能合理布置功能区间利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。而传统结构（砖混结构、砼结构）由于材料性质限制了空间布置的自由，如果开间过大，就会造成板厚、梁高、柱大，出现“肥梁胖柱”现象，不但影响美观，而且自重增大，增加造价，购房者在二次装饰时，经常由于自行改变墙体位置，增加隐患。2、钢结构住宅空间利用率高在空间使用率上，钢结构的断面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右。在建筑风格上，钢结构建筑也更显灵活丰富，户内空间可多方案分割，可以满足不同用户的需求。3、自重轻、抗震性能好相同建筑面积的建筑楼层，钢结构自重轻，根据比较，六层轻钢结构住宅的重量，仅相当于四层砖混结构住宅的重量。而且钢材具有延性，能比较好的消耗地震带来的能量，所以抗震性能好，结构安全度高。（2）钢结构住宅经济性优势1、施工方便、工期短钢结构构件，可以实行工厂化生产，现场安装。由于现场作业量小，对周围环境污染少，同时，施工机械化程度高，加快了施工速度。根据统计，同样面积建筑物，钢结构比砼结构工期可缩短1/3，而且可节省支模材料。2、综合造价低由于自重轻，基础费用降低，总体用料减少，直接成本降低，建设工期短，间接费又可减少，所以综合造价低。3、符合住宅产业化和可持续发展的要求钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业化的水平。另外，钢材报废后可实现100废品再回收利用，所以称“钢结构建筑”为“绿色建筑”毫不为过，它是适应我们人类可持续发展战略的新型建筑形式。（四）钢结构建筑发展难题分析（1）社会认可度钢结构住宅的发展面临的首要问题是整个社会对这种新住宅体系的接受需要一个过程。轻钢结构住宅体系是在国外尤其是北美地区木结构住宅的基础上发展起来的，这两种体系虽然在国外已经十分成熟和完善，但是对于我国来说却完全是新东西，因而各种困难几乎无处不在。中国的消费者由于长期以来住惯了砖混或钢筋混凝土结构的住宅，从慢慢开始接受到逐步喜欢轻钢结构住宅，也需要一个渐进的过程。（2）发展钢结构住宅技术上还不够成熟钢结构体系住宅成套技术，由于过去缺乏技术引导，市场需求没有达到产业化程度，因此，我国的相关产品功能性单一，工业化程度不高，产品质量还不能满足住宅产业化标准的要求。目前，该技术零散而不系统，技术水平及标准参差不齐，不配套，需进一步研究创新并进行整合。此外，在建材和部品方面，目前建造轻钢结构试验工程所需材料许多要从国外运来，甚至有些由外商在中国大陆委托加工的部件，往往也只能到国外去采购，在国内市场上一时还找不到。这也制约了钢结构住宅的发展和推广。（3）专业技术人才缺乏在人员方面，由于国内无论中等或是高等专业学校的教学内容中均少涉及轻钢结构住宅体系，因此我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知之甚少，而更加缺乏的是熟练技术工人，所以虽然这一体系单纯从技术层面上讲并无多少难度，但真正推行起来却往往缺乏得力的骨干。（4）工程造价问题目前轻钢结构住宅在我国大陆的报价大约是同条件传统混凝土结构住宅的1.5倍左右，国内消费者近期还难以接受。然而这种价格在国外比起其它结构形式住宅的造价来说，却具有很强的竞争力，这也就是为什么轻钢结构住宅体系在国外能够蓬勃发展的原因。任何新技术的产生与发展都是与所处社会的技术经济背景相联系、相适应的，目前美、日、欧等发达国家和地区，人均GDP约为我国的40至50倍，劳动力价格约为我国的20至30倍，因此，符合产业化生产方式的轻钢结构住宅在发达国家远比我国更易被市场接受。而我国由于科技和生产力发展水平较低，劳动力价格便宜，尽管轻钢结构住宅的性能和舒适度较高，但其对于传统建筑形式住宅的竞争优势反倒不够明显。因而市场接受起来比较缓慢。 （5）缺乏有针对性的钢结构住宅规范及相应标准我国的标准规范是针对几十年来大量使用的结构体系编制的，轻钢结构住宅体系此前在我国属于技术空白，所以不能满足我国现行强制性规范的某些条文。例如我国建国以后建造的建筑物多采用砖石和钢筋混凝土等耐火性能好的建筑材料，由此导致我国的建筑设计防火规范在材料选用方面似乎较国外苛刻，轻钢结构住宅难以满足其要求。这种与国内规范不衔接的状况，使轻钢结构住宅项目无论在工程报建阶段还是在工程验收阶段，都会遇到数不尽的障碍与麻烦。（6）钢结构住宅本身缺陷钢结构防火能力差。经过防火处理的钢结构的耐火时间也只有23个小时，远远逊色于砖石和钢筋混凝土等耐火性能好的建筑材料。（7）缺乏相适应的建筑管理模式在建筑管理方面，我国现行的建筑管理模式与轻钢结构住宅这种工业化生产方式也不适应，我国加入WTO以后，国外许多住宅生产企业希望进入中国大陆市场，但是他们搞不清自己来到中国后应当申领什么资质，属于什么身份-设计单位？施工单位？集成商？还是制造商？（五）钢结构建筑发展未来预见按发达国家的最低水平推算，我国钢结构用钢量至少有3600万吨的发展空间。在近期内，国家将大力发展钢结构建筑，力争每年建筑钢结构用钢将占全国钢材总产量的3以上，年均钢材消费量为350万吨至400万吨；到2015年，将再翻一番，全国建筑钢结构用钢材占钢材总产量的6以上，由此可见，钢结构住宅市场前景十分广阔。4.1 适合建筑用的特种钢将不断涌现随着我国钢铁企业冶炼技术的提高，为适应市场的需求，适合建筑用的特种钢必将不断的涌现，例如宝钢、武钢等钢铁企业成功开发的耐火耐候钢，它是通过合适的技术，使钢材含有特定的成分（如加钼等），使钢材的表观结构及金相组织发生变化，从而使钢材本身生成所需的耐火性和耐候性。多种新型建筑用钢的出现将大力推动钢结构住宅的发展。4.2 国家将重点支持轻钢结构住宅的建设轻钢结构住宅建设在我国才刚刚涉入，我国现在是一个产钢大国，年产量3亿多吨，发展钢结构住宅有很大的潜力。上世纪90年代，国家建设部和国家经贸委一致通过，将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为我国建筑业用