房屋建筑中钢结构的应用

钢结构在房屋建筑中的应用主要内容一、钢结构建筑的性能

（技术、经济分析，为建筑方案选型提供参考）二、钢结构住宅建筑技术（新技术介绍）一、钢结构建筑的性能1、优点：1)、抗震性能优于钢筋混凝土结构;2)、自重轻（60%），能降低基础工程造价；3）、可增加使用面积3~5%；4）、施工周期短，可快于钢筋混凝土的50%；5）、是环保型建筑可再生利用。2、缺点：1）、耐火性差2）、耐久性差3、造价：高层建筑采用钢结构的原因①超高层建筑对抗震、抗风、自重轻等结构性能的要求；②施工速度快；③建筑功能与外形的要求；④体现建设项目的规格和挡次；⑤综合经济效益。钢结构建筑所具备的现有条件1、技术标准:58本其中:1）、材料标准31本（材质5；型材10、板材13、管材1；涂料2）

2）、设计标准26本（通用3；专用3、高耸3、空间3；轻钢6；组合5；连结2；加固1）

3）、施工标准1本2、钢产量:2亿吨/年（用于建筑型材、板材1~2%）3、场地、人材：具备国产化能力三种结构体系的经济性比较

(高层、超高层)重量比工期柱(墙)占面积用钢量钢结构1111钢—混组合结构1.71.51.20.75混凝土2.01.5—2.02.0—3.00钢框架结构用钢量表(kg/m2)设防烈度6层12层18层6、7度4045508度4550551、高层和超高层建筑用钢量：120~160kg/m²2、防火费用：80~120元/m²综合造价分析1、用钢量2、防火涂装上部结构所占总造价约25%工期短、有可能省基础(根据国外统计资料:总造价降低7~10%)(1.5~2.0倍)增、减、持平等各种情况都有造价对比举例(«钢结构»2004.1):20--23层“钢框架-砼筒”钢筋混凝土结构结构893(地下153,地上740)749(地下215,地上530)增面积659m²(柱截面:0.55²;1²)-50(按2倍结构造价计效)0工期利息(-115天;0天)-540工期租金-910综合造价698749(元/m²)三种结构体系的技术性比较

(高层、超高层)1、地震反应

（0.10~0.15）n，钢结构T1=（0.05~0.15）n，混凝土地震作用力：FEK=α1Geq场地特征周期Tg=0.3~0.52、位移限值值3、高度限值值（m)钢筋混凝土框剪结构纲—混组合结构1/800（h≤150m);1/500(150m<h≤250m)钢结构1/300非抗震6度7度8度框--剪140130120100框架—核芯筒体160150130100钢结构（框支）260220220200（经济性：位位移刚刚度柱柱截面面大小材材料和占面积积）（政策性）组合构件介绍绍一、钢管混凝土柱柱就是在钢管中中充填素混凝凝土制成的建建筑构件。它它具有承载力力高、抗震性性能好、节约约钢材和施工工简捷等突突出优点，因因而在高层和和超高层建筑筑中得到了日日益广泛的应应用。其推广广与发展的速速度十分迅猛猛，并将成为为二十一世纪纪高层和超高高层建筑群最最为实用的结结构形式。圆形钢管、、矩形钢管管圆的有规程，，方的还没有有（正在编制制中）圆钢管混凝土柱柱承载力比较（（kN）实验和理论分析析证明：圆钢管混凝土柱柱在轴向压力作作用下，钢管的的轴向和径向受受压而环向受拉拉，混凝土则三三向皆受压，钢钢管和混凝土皆皆处于三向应力力状态。三向受压的混凝凝土，不但其抗抗压强度大幅度度提高。而且，，极限状态下混混凝土的材性发发生了质的变化化，由原来的脆脆性向塑性转化。同时，由于混混凝土对钢管的的支撑作用，提提高了钢管的稳稳定性。收到1+1>2的的效果。工程实践我国的钢管混凝凝土工程应用已已进入成熟阶段段，已将其拓展展为城市拱桥和和高层、超高层层建筑的两大工工程应用领域。。近10年来，，我国达百米和和超过百米的钢钢管砼结构的高高层建筑已有20多座。其中中最高的是深圳圳72层的的“**广场大大厦”，结构高高度291.6米，堪称称世界之最。钢管混凝土柱承承载力计算1、短柱承压力力：状态：“能看到到柱体开始变粗粗，但鼓而不曲曲”2、普通柱：（考虑长度和弯弯矩的影响）3、设计：另外,梁采用用H型钢较方便便待研究:1）弯弯、剪、扭及复复合应力如何计计算。2）叠加法不合合理。不控制轴压比叠加法圆钢管混凝土统统一理论简介含义：把钢管混凝土视视为统一的一种种组合材料,用用整体特性指标标来计算构件的的承载力,不再再区分钢管和混混凝土。方法：通过试验和理论论分析，重新建建立钢管混凝土土组合材料的力力学本构关系（（包括简单应力力状态和复杂应应力状态），确确定材料的承载载力和弹性模量量等力学指标，，为设计提供依依据。结果：钟善桐著《高层层钢管混凝土结结构》，现未用用在工程实际中中。钢管砼柱耐火极极限试验检验单位：国家家固定灭火系统统和耐火构件质质量监督检验中中心检验报告编号：：No.2000-1819检验结论：钢管管砼柱（钢管325*6、砼砼60）经按GB/T9978-1999《建筑构件耐耐火试验方法》》进行180min耐火试验验，未失去稳定定性，其耐火极限大于3小时（《高规》规定定柱为3小时））。实用能减少2/3的防火涂料料施工照矩形钢管混凝土土柱与圆钢管混凝土土柱相比：1）在与梁连接接时能较好地满满足建筑上的需需要。因此，有有混用的（中间间用圆的，周边边用方的）。2）受力性能没没圆的好（对混混凝土的约束力力差），承载力力低于圆钢管混混凝土柱：轴心受压：刚度叠加：（线性叠加）型钢筋混凝土结结构体系混凝土内配制型钢和钢筋的结构柱：梁：型钢筋混凝土结结构特点1、结构性能基基本属于钢筋混混凝土结构。建建筑高度和側移移限值遵照《高高规》。2、刚度仍按叠叠加法:3、承载力也按按叠加法:型钢筋混凝土结结构特点4、与钢筋混凝凝土结构相比：：承载力大、延性性好、刚度大。。钢筋混凝土的高高层和超高层建建筑底层柱基本本都采用，但穿穿钢筋麻烦。5、与钢结构相相比：免防火、不失稳稳、省钢材。但施工量大而繁繁、属混凝土特特性而限值较严严。一般采用型型钢筋混凝土柱柱，而梁用H型型钢结构。钢-混凝土组合合结构体系1、钢框架—钢钢筋混凝土核心心筒2、型钢混凝土土框架—钢筋混混凝土核心筒高度限值(m):存在的问题：两两种材料组合的的双重体系系数数小于单一材料料的双重体系系系数，即抗震性性能减低了。如如：Rc=4.5,Rs=8.5,而Rsc=4.2非抗震6度7度8度9度121020016012070224022019015070双重体系如何克服钢结构构的缺点一、钢结构防腐腐湿度腐蚀：大气相对湿度及及侵蚀介质（如如二氧化硫等））的含量是影响钢材腐蚀蚀的主要因素。。根据这些影响响因素的程度不同，无无保护钢材的年腐蚀速度如表(mm/n)钢种成都广州武汉青岛鞍山北京包头相对湿度83％78％78％70％65％59％53％Q2350.13750.13750.0710.0750.0780.05850.0335Q3450.1290.1250.07050.0700.0680.043—注：①美国试验介绍绍，裸露钢材在在大气中的锈蚀蚀速度为0.032～0.06mm/n；；②日本试验表明明，沿海和重工工业区的锈蚀速速度为0.06～0.12mm/n；一般工业区为0.03mm/n，而在田田园山区仅为0.009mm/n。在建筑室内正常常环境中，不存存在高湿度度的或高含量的的侵蚀性气体，，因此，室内的的钢结构仅做一一般性防腐即可可，无需维修。。美国纽约帝国大大厦102层高高384米，于于1931年建建成至今仍正常常使用，也未曾曾见报导这座钢钢结构每隔几年年就要大修一次次。长效防腐1、主动的涂层层：防锈底漆，，由一层或二层层构成；2、被动的涂层层：防腐面漆。。再加上防火涂装装层，室内钢结结构的防腐能起起到长效作用。。在地基基础部分分，把钢柱脚埋埋入混凝土中也也是一种被动的的保护形式之一一。另外，从设计上上防腐，在钢结结构详图设计时时，应优先采用用表面平坦光滑滑的简单形状，，便于防腐涂装装的施工，也避避免潮气易于集集中的凹坑。对对空心管材应设设有封头板，而而内部不要求防防腐。各因素对涂层质质量的影向因素影响程度(%)表面处理（除锈）49.5涂层厚（涂装道数）19.5涂料品种4.9施工质量26.5除锈方法和除锈锈等级除锈方法除锈等级质量标准喷砂或抛丸除锈Sa1轻度除锈只除去疏松轧制氧化皮、锈和附着物，无油脂或污垢Sa2彻底除锈轧制氧化皮、锈和附着物几乎都被除去，至少有2/3面积无任何可见残留物，无油脂和污垢Sa2.5非常彻底除锈轧制氧化皮、锈和附着物残留在钢材表面的痕迹已是点状或条状的轻微污痕，至少有90％面积无任何可见残留物，无油脂或污垢。Sa3除锈出白无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和附着物，表面显示出均匀的金属光泽。手工工具或手工机械除锈St2彻底除锈同Sa2St3非常彻底除锈同Sa2.5

合理的正确的确确定除锈等级达到Sa3级的的除锈质量，只只能在相对湿度度不大于55％％的条件下才能能实现。瑞典除锈标准说说明书指出：钢钢材除锈质量达达到Sa3级时时，表面清洁度度为100％，，达到Sa2.5级则为95％。按工时消耗计算算，若以Sa2级为100％％，Sa2.5级则为130%和Sa3级级为200％。。因此不能盲目要要求过高的标准准，而要根据需需要来确定除锈锈等级。我国规范规定将将喷射除锈作为为首选的除锈方方法，而手工和和动力工具除锈锈仅作为喷射除除锈的补充手段段底漆要求最低的的除锈等级涂料种类除锈等级油脂酚醛、醇酸类St2高氯化聚乙烯、氯化橡胶、氯磺化聚乙烯、环氧树脂、聚氨脂Sa2无机富锌、有机硅、过氯乙烯Sa2.5涂料选用1、底漆应选用用防锈性能好、、渗透性强的品品种，且适用于于除锈质量较低低的涂装工程2、选用面漆时时要注意与底漆漆的配套性。防防止发生互溶或或咬底现象，如如油性红丹漆不不能与过氯乙烯烯漆作为面漆。。3、要注意面漆漆的硬度应与底底漆基本一致或或略低些，否则则会引起面漆的的早期裂开。涂层厚度设计上一般规定定两遍底漆、两两遍面漆，干膜膜总厚度应为100～150μm。涂层厚厚度应适当，过过厚虽然可以增增加防护能力，，但附着力和机机械性能有所降降低，且费用过过高；过薄易产产生肉眼看不见见的针孔和其他他缺陷，起不到到隔离环境的作作用。涂层厚度度用磁性测厚仪仪测定。有防火要求的钢钢结构，钢结构构表面可仅涂两两遍防锈底漆，，干膜总厚度应应在75～100μm，然后后在其表面涂装装防火涂料，起起防火作用，也也可保护底漆。。禁止漆装部位1、地脚螺栓和和底板、高强螺螺栓摩擦接触面面、埋入混凝土土的部位。2、现场焊接部部位3、两侧100mm且要满足足超声波探伤要要求的范围。二、钢结构的防防火

钢材混凝土强度开始下降300°C300°C强度下降到50%500°C（刚度下降50%）600°C（钢筋热胀混凝土剥落）强度下降到30%600°C（刚度下降20%）700°C钢、混凝土结构构耐火性能比较较建筑构件的燃烧烧性能和耐火极极限构件名称燃烧性能和耐火极限（h）一级二级墙防火墙不燃烧体，3.00不燃烧体，3.00承重墙、楼梯间墙、电梯井墙及单元之间的墙不燃烧体，2.00不燃烧体，2.00非承重墙、疏散走道两侧的隔墙不燃烧体，1.00不燃烧体，1.00房间的隔墙不燃烧体，0.75不燃烧体，0.50柱自楼顶算起（不包括楼顶的塔形小屋）15m高度范围内的柱不燃烧体，2.00不燃烧体，2.00自楼顶以下15m算起至楼顶以下55m高度范围内的柱不燃烧体，2.50不燃烧体，2.00自楼顶以下55m算起在其以下高度范围内的柱不燃烧体，3.00不燃烧体，2.50其它梁不燃烧体，2.00不燃烧体，1.50楼板、疏散楼梯及吊顶承重构件不燃烧体，1.50不燃烧体，1.00抗剪支撑、钢板剪力墙不燃烧体，2.00不燃烧体，1.50吊顶（包括吊顶隔栅）不燃烧体，0.25难燃烧体，0.25有利因素：1）、钢结构具具有一定的强度度储备。2）、房间内有有多少可燃物、、究竟能产生多多少热量以及达达到钢构件300以上的温度度能持续多长时时间的问题。。即火灾荷载：火灾荷载是由一一个给定空间内内所有可燃材料料的总量以及燃燃烧所释放的热热量来计算，即即Q=GH式中，Q为每种种可燃材材料产生生的热量量（Mcal））；G为为可燃材材料的重重量（kg）；；H为正正常温度度下可燃燃材料发发热量（（Mcal/kg）如果考虑虑了以上上的因素素，就能能缓和严严格的耐耐火要求求，采用用较少的的防护材材料从而而降低费费用。总之，目目前按现现行国家家防火规规范设计计的钢结结构是完完全可以以满足实实际防火火能力的的，多余余的担心心是没有有根据的的。美国“9.11”事件件是极其其偶然的的，人类类历史上上也仅为为这一次次，各国国不会因因为“9.11”而修修改自己己的行业业技术政政策，多多高层钢钢结构也也没有可可能遭受受这样大大的火灾灾灾害。。防火保护护材料1）防火火涂料：：钢结构构防火涂涂料是专专门用于于喷涂钢钢构件表表面，能能形成耐耐火隔热热的保护护层，以以提高钢钢结构耐耐火极限限的一种种耐火材材料。按按其阻燃燃作用的的原理可可分为膨膨胀型和和非膨胀胀型两种种。厚型涂料料防火涂料料耐火极极限耐火性能防火涂料类别有机薄涂型无机厚涂型涂层厚度（㎜）35.571520304050耐火极限（h）0.51.01.51.01.52.02.53.02）由厚厚板或薄薄板构成成的外包包层防火火：这种种防火板板材常用用的有石石膏板、、水泥蛭蛭石板，，硅酸钙钙板等。关于钢结结构设计计1、选材材：优先先选用Q235（低碳碳钢）、、Q345（低低合金钢钢），它它们塑性性好、可可焊性好好。慎用用高强钢钢。材料强度度设计值值Q235:215,h≤16mm;f=205,h(16,40]mm;200,h(40,60]mm;Q345:310,h≤16mm;f=295,h(16,35]mm;265,h(35,50]mm;含碳量C≤0.2%（（可焊好好）1）Q345经经济性好好2）一般般用B级级（>27、、３４J）焊接结构构不能用用A级（（碳不保））Q235有A，，B，C，D四四个等级级，（不，２２０，００，－２２０）℃Q３４５５有A、、B、C、D、、Ｅ五个个等级（不，２２０，００，－２２０，－－４０））℃3)板板厚≥40mm有Z向性要要求2、钢结结构的焊焊接：手工焊（E43、E50型焊焊条）1）焊接接方法半半自动焊焊（气体保护护、埋弧弧等）全自动焊焊2）设计计焊缝等等级的确确定（分一、、二、三三级）3）与母母材等强强焊接要要求（熔透、、焊条、、≥二级）二、钢结结构住宅宅建筑技技术1、建筑筑体系1）住宅宅建筑性性能等级级2）住宅宅建筑节节能标准准2、结构构体系1）框架架2）框架架支撑3）“钢钢—混””组合3、设备备体系住宅性能能分级根据住宅宅的“适适用性能能”、““安全性性能”、、“耐久久性能””、“环环境性能能”和““经济性性能”由由低至高高依次划划分为““1A(A)、、2A(AA)、3A(AAA)””三级。。3A级住住宅档次次较高，，具有一一定的引引导性、、时代性性和超前前性，是是供给高高收入家家庭的功功能齐全全舒适度度高的商商品住宅宅。它同同时满足足安全性性能、耐耐久性能能、环境境性能和和经济性性能要求求。2A、1A级住住宅量大大面广，，只满足足适用性性、安全全性和耐耐久性，，其中2A级是是面向中中等收入入的家庭庭的舒适适性住宅宅，1A级是面面向低等等收入家家庭的经经济适用用型住宅宅。A级平面要求AA级平面要求AAA级级平面要要求空间:层高>2.4m,面积率>72%和78%,以及楼电电梯间及及门厅宽宽度要求求;无障碍设设计:坡道,3A还有供轮轮椅的卫卫生间;管线:集中管井井,水平暗敷敷,分户室外外计量;电气:多组插头头,强弱电齐齐全;结构要有有可改性性,大空间;隔声:分户墙>40dB,分室墙>30dB,楼板>75(撞击声)和40(声)db气密：当量缝隙面面积<7.5cm²/m²保温隔热:K<Q(节能指标);采光通风:至少有一间日照,迎光面的窗地面积积比>1/7,有穿堂风无死角,橱卫通风合理;有节水、电、能源源设备和技术。建筑节能我国建筑节能“十十·五”计划和2010年规划规规定(三个阶段)：从1986年起至至1995年新设设计的采暖居住建建筑耗能水平在1980～1981年当地通用设设计标准能耗水平平的基础上节能30％，此为第一一阶段建筑节能；；从1996年起到到2000年新设设计的采暖居住建建筑要在1995年底的基础再节节能30％，即在在1980～1981年当地通用用设计标准能耗水水平的基础上节能能50％，此为第第二阶段。其中““节能50％”的的算式如下：30％+（1-30％）×30％％＝50％其实际意义为：在在保证相同的“室室内热环境指标””的前提下，与未未采取节能措施前前相比，采暖空调调能耗应节约50％。而“室内热热环境指标”是：：冬季采暖卧室、、起居室内设计温温度为16～180C，换气次数数为1次/小时；；夏季空调卧室、、起居室内设计温温度为26～280C，换气次数数为1次/小时；；从2005年起新新建采暖居住建筑筑应在第二阶段的的基础上再节能30％为第三阶段段。设计规范所遵从的规范和标标准有《民用建筑热工设设计规范》、《民民用建筑节能设计计标准》，该标准86年版版节能为30％，，95年版节能为为50％。另外，，我国中部地区即即长江流域的17个省市自治区及及直辖市，夏季闷闷热冬季湿冷，针针对该地区建筑节节能，我国已颁布布了《夏热冬冷地区居住住建筑节能设计标标准》。这些都是钢结构构住宅节能设计的的依据。措施具体设计时应从方方案上遵从以下几几条原则，50％％的节能目标是能能够达到的。1、平面布置有利利于自然通风。因因此条式建筑要比比点式建筑好。2、建筑物朝向宜宜采用南北和接近近南北向。3．建筑物体形系系数（即建筑物室室外大气接触的外外表面与其包围的的体积之比）条形形建筑不应超过0.35，不宜超超过0.3；点式式建筑应超过0.4。这就要求住住宅平面设计时尽尽量减少凹凸部分分。4、窗的面积不应应过大，不同朝向向有不同的窗墙比比要求。最小热阻阻的维护结构窗墙墙比上限值为：北向为0.20，，东西向为0.25(单层窗)或或0.30（双层层窗），南向为0.35。5、多层住宅外窗窗宜采用平开，宜宜设置活动外遮阳阳。6、多层住宅的外外窗及阳台门的气气密性不应低于ⅢⅢ级，高层不应低低于Ⅱ级。7、维护结构各部部分的传热系数K和热惰性指数D应应符合地区节能指指标.

严寒及寒冷地区夏热冬冷地区夏热冬暖地区外墙K≤QK≤1.5,D≮3.2K≤2.2,D≮3.2屋顶K≤1.1,D≮3.2K≤1.5,D≮3.2门窗K≤4.5K≤4.5注：其中Q为严寒寒及寒冷地区各节节能指标，见《民用建筑节能能设计标准》）8、钢结构的热桥桥要阻隔。主要措措施有：对建筑周周边的梁柱要包敷敷不要外露。2、维护结构的热阻：：R0=Ri+R+Re>R0min其中，R=δ/λ，Ri和Re为内外面换热阻阻R0min与地区有关的定值值。钢结构热桥计算:1、在夏季需做隔隔热设计，要求外外墙的内表面最高高温度θimax不应高于当地夏季季室外计算温度最最高值temax（规范规定的值）），即θimax≤temax如果是砌块填充墙墙，经计算：钢柱柱进墙至少5Cm。如果是外挂墙板，，则不存在这些问问题。配套技术及产品1、楼面板：楼板板还是钢筋混凝土土为好，预制的或或者现浇的钢筋混混凝土楼板容易满满足防火性能要求求，造价也较经济济。注：在钢梁上焊接接圆头栓钉或短槽槽钢等抗剪构件，，有利于钢梁与楼楼板紧密结合共同同工作。现浇支模的一种方式另外：1）有用用压型钢板----免支模、免配配筋2）预制叠合板（预埋件）安装及现浇层混凝土抗拉强度试试验单块预制板模拟施施工荷载试验双向板极限荷载试试验加载2、屋面在顶层现浇楼板上上再做：坡屋面种植屋顶传统平屋顶保温技技术（如有用聚聚苯板）3、楼梯：住宅的楼梯应是钢钢筋混凝土的为好好，既能防止噪音音，又能容易满足足防火要求。4、维护结构----外墙一．轻质砌块填填充墙体可选用的轻质砌块块有加气混凝土砌砌块、各种空心砖砖等。为防止墙体收缩裂裂缝，可布置钢丝丝网格和纤维网络络于墙体表面，然然后抹灰，这些技技术是较