(低层独栋及联排别墅案例)一体化装配式钢结构.docx

《(低层独栋及联排别墅案例)一体化装配式钢结构.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(低层独栋及联排别墅案例)一体化装配式钢结构.docx（16页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、(案例分析)一体化装配式钢结构钢结构重量轻、塑性韧性好，具有较好的抗震性能，且对于空间的布置较为灵活。与钢筋混凝土结构相比，钢结构室内使用面积增大。装配式结构节约资源,减少施工现场的环境污染，如噪音、粉尘等。且现场施工工作量少、施工速度快,受环境尤其是冬季施工的影响较小，质量稳定。装配式钢结构建筑汇集了上述两种结构的优点，且可以重复利用，符合绿色环保的发展理念。我国钢铁产能过剩，传统的住宅建造模式对环境的破坏较大，装配式钢结构住房可以较好地解决这些问题。2016年2月国务院下发了关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见，重点提到发展新型建造方式、大力推广装配式建筑，后续国家颁布了十余个文件

2、推动装配式建筑的发展。因此，我国的装配式钢结构建筑拥有极大的发展优势，具有良好的应用前景。一、装配式钢结构建筑的发展历程1、国外发展历程受工业革命以及二战影响，西方发达国家及亚洲的日本等国家的住房需求量增大。由此，生产速度快、所需劳动力少且质量较为稳定的装配式钢结构建筑进入了人们的视野，装配式钢结构住宅得到了较好的发展。目前已经具有十分成熟的体系：如美国Conxtech钢框架体系、英国MOdUIar结构体系、意大利BSAIS工业化建筑体系等。美国、英国及意大利的冷弯薄壁型钢结构住宅主流体系有：(1)美国较为广泛采用的体系有CTLS体系、DBS体系以及Conxtech体系。其中CTLS体系为板框

3、式结构，立柱、梁、支撑等结构构件均采用C形冷弯薄壁型钢，用钢量较节省，适用于14层建筑结构；DBS体系构件采用开孔专利技术，方便水、电、气等管线布置，结构自重轻，适用于46层建筑结构，在非地震区最高可以用到12层；Conxtech体系为纯钢框架结构，其梁柱连接具有自锁功能，构造简单、安装方便、节省材料、造价较低，适用于12-15层建筑结构。(2)英国较为广泛采用的体系有STle体系、PANEL体系、MOdUIar体系以及CaSSette体系。STlC体系中，所有的杆件按设计尺寸切割，采用螺栓或自攻螺钉现场连接。PANEL体系中带骨架的墙板、屋面板及屋架都在工厂内用专用的模具加工成型。MOdUI

4、ar体系以房间为模块预制单位，在工厂加工后运至现场，是完整的房间构建单元。CaSSette体系的构件模块化能进行快速的生产，克服了传统细长墙面立柱的稳定性问题，无需支撑便能合理地抵抗风荷载产生的剪力。(3)意大利主要采用BSAlS结构体系，该体系适用于18层钢结构住宅，柱子采用H形钢，主梁采用大断面冷弯型钢，支撑采用角钢，梁柱通过高强螺栓连接。楼板为带凹痕的压型钢板。外墙板采用双层墙板体系，内隔墙采用轻钢龙骨石膏玻璃棉，其结构受力合理、抗震性能好、施工速度快、居住办公舒适方便，在欧洲、非洲、中东等地区应用较广泛。2、国内发展历程我国的装配式钢结构建筑起步较晚。自20世纪50年代起,在政府的鼓励

5、下,我国的装配式建筑开始起步。在1956年国务院发布的关于加强和发展建筑工业的决定中，明确指出了“建筑工业化是建筑业的发展方向”。当时工厂生产的装配式构件主要是预制板，其他构件生产较少，但这是我国装配式建筑发展的一个良好开端。20世纪80年代中期，装配式钢结构逐渐进入人们的视野，开始有所发展。但到了20世纪90年代，受设计和施工水平限制以及大量农民工涌入城市等因素影响，钢筋混凝土结构成为主流，装配式建筑整体发展停滞不前。直至1999年，国家发布了关于推进住宅产业现代化，提高住宅质量的若干意见，其中明确指出了“加快住宅建设从粗放型向集约型转变，推进住宅产业现代化，提高住宅质量，“积极开发和推广使

6、用轻钢框架结构及其配套的装配式板材工钢结构混凝土结构木结构其他结构b)2019年各种装配式结构的比例图1我国装配式建筑的发展概况二、装配式钢结构体系的研究现状及应用目前主要的装配式钢结构体系有以下11种：装配式钢框架结构体系；钢框架-支撑结构体系；钢框架-钢板剪力墙结构体系；钢框架-核心筒结构体系；模块化建筑结构体系；方钢管混凝土组合异形柱结构体系；隐式框架-支撑(钢板墙)钢结构体系；钢管束组合剪力墙结构体系；多腔体钢板组合剪力墙结构体系；交错桁架结构体系和冷弯薄壁型钢结构体系。1、装配式钢框架结构体系装配式钢框架结构体系是指采用型钢梁柱、预制楼板或叠合板、预制墙体和楼盖组成的框架结构，具有空

7、间布置灵活、塑性韧性好、抗震性能优异等优点，但其抗侧刚度较小，一般适用于6层以下的多层建筑。梁柱连接一般为刚性或半刚性节点。常用的外墙板主要有蒸压轻质加气混凝土(autoclavedlightweightconcrete,ALC)墙板、预制现场装配式轻钢龙骨复合墙板以及预应力混凝土夹芯复合墙板，其中ALC板具有轻质高强、保温隔声性好、施工方便、耐火持久、渗透能力强等特点，在装配式建筑中已得到广泛使用2。楼板主要有压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板、混凝土叠合楼板以及PK预应力叠合楼板，其中钢筋桁架楼承板受力合理、整体性能较好、施工速度快、应用范围广；PK叠合板采用带肋薄板构件，轻质高强、承载能力

8、及抗裂性能好，运输和安装便捷。不少学者针对装配式钢框架结构体系开展了研究，主要集中在柱脚构造、梁柱连接构造、墙体类型等。为减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏，有的提出了一种具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构，如图2所示。该结构主要由钢柱、中间梁段、短梁段、自复位柱脚和金属耗能梁柱节点组成，利用梁端转动时短梁段与长梁段之间的间隙的张开与闭合引起金属阻尼器发生拉压塑性变形来耗能。研究表明，该结构具有较好的自复位性能和耗能性能，有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标。有的提出了一种可变梁高的装配式梁柱节点，如图3所示。该类节点主要由梁、柱、T形件以及L形件4部分组成，可以

9、根据一定范围内梁高的变化对梁下翼缘连接件的位置进行适当调整，方便施工。研究表明，该节点具有较大的初始刚度及承载力，具有良好的抗震性能。图2装配式摇摆钢框架构造c）带椭园孔的L形连接件d）切除部分上翼缘的钢梁图3可变梁高装配式梁柱节点美国提出的COnX体系，其梁茬连接组件是一种套板拼装连接，分为COnXL与ConXR两种形式。COnXL连接的基本构造形式如图4所示，其组装过程如图5所示。连接节点的套板为T形，在梁柱拼装时，将梁端套板插入由两个柱面套板组成的空间内，使钢梁从上往下就位，并使用高强螺栓紧固。有人对ConXL节点进行了改进，根据国内的钢结构设计规范对节点的螺栓间距、位置以及连接板的构造

10、进行重新设计和布置，改进后的装配式节点如图6所示。研究表明，该节点的破坏发生在梁端削弱处，符合“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的设计理念，具有良好的抗震性能。柱面套板图4ConXL连接的基本构造图5ConXL节点的组装过程一柱面中套板一柱面下套板一方钢管柱柱面上套板a）柱面套板组件梁端腹板连接板梁端上翼缘套板b）梁端翼缘套板组件c）梁柱组件拼接梁端 下翼缘一套板d）梁柱节点图6新型装配式节点构造有人提出了一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,节点装配过程如图7所示。研究表明，该节点装配便捷且具有良好的滞回性能、耗能能力、延性性能。专家分析了蒸压加气混凝土（ALe）墙板以及轻钢龙

11、骨纸面石膏板填充墙（LSF干式墙）对装配式钢框架的滞回性能、刚度退化以及耗能能力的影响。研究表明，ALC墙板可延缓钢框架的失效，并提高钢框架的初始刚度、峰值荷载以及耗能能力，而LSF干式墙板对钢框架力学性能的影响不明显。专家提出了一种震后可恢复功能装配式预应力钢框架体系及一种采用螺栓腹板摩擦装置（PSC连接）的震后可恢复功能装配式钢框架节点，如图8所示。该结构体系通过高强螺栓耗能，在节点内置钢绞线的预应力作用下自动复位。研究表明：该框架结构具有良好的开口闭合机制，能够在地震后自动复位并恢复结构功能，设计合理的节点传力性能良好。带外伸式下翼缘Z字形图7带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点装配示意图短梁

12、段图8震后恢复功能装配式预应力钢框架体系装配式钢框架结构体系具有较广泛的工程应用，例如山东省装配式建筑示范工程文昌嘉苑项目，总建筑面积为69万户，其中17#楼主体结构采用装配式钢框架结构，楼板采用PK预制板，外墙板及内墙板均采用ALC板；该设计采用了一体化的集成设计，即预制构件设计、建筑设计、室内设计是相互配合同步推进的，这在一定程度上减少了作业量。2、钢框架-支撑结构体系钢框架-支撑结构体系是在钢框架结构体系的基础上在框架上设置支撑结构，形成共同工作的双重抗侧力结构体系。与纯钢框架相比，该结构抗侧刚度更大，抗震性能更优。中心支撑的水平刚度较大，构造简单；但中心支撑的设置不利于门窗洞口的开设，

13、且该结构在地震后易发生侧向屈曲，导致结构体系无法继续正常工作。偏心支撑在中心支撑基础上增加了耗能梁段，抗震性能更优；但其构造复杂，大震后耗能梁的屈服会导致楼板破坏，支撑体系会出现变形，耗能能力有限。防屈曲支撑是一种新型耗能支撑，在普通支撑的外围加入约束套筒，从而防止支撑在受压过程中发生屈曲；防屈曲支撑在地震作用下有着较好的稳定性能及优越的耗能能力、抗震性能。专家对一种新型分层装配式支撑钢结构体系进行了改进和研究。如图9所示，该体系的梁柱连接采用梁贯通式全螺栓端板节点，即在梁柱节点处保持梁通长、柱分层，通过螺栓将柱子端板与梁翼缘直接连接。该体系工业化程度高、技术集成度高、设计便捷、品质稳定、施工

14、周期短，同时还具有耐久、保温、隔热、防火、隔音、防潮等特点。但不满足“强柱弱梁”的设计理念，最终表现为层破坏机制，故仅适用于普通低层多层住宅领域。专家为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动作用下的响应，进行了振动台试验研究。结果表明，分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。图9新型分层装配式结构梁柱节点示意图钢框架-支撑结构体系具有较多的工程应用，位于县的“T30A塔式酒店”即采用了装配式斜支撑节点钢结构框架体系，如图10所示。该建筑共30层，建筑面积共1.7万行。主体结构施工仅用15do整栋建筑被划分为若干块空间模块，墙体、门窗、电气、空调、照明、给排水等

15、工程均在工厂中制造完成，随后运输至施工现场进行吊装。对“T30A塔式酒店”的综合性能进行了分析，建立了装配式建筑可持续发展的评价模型，结果表明该建筑在装配式建筑中处于中上游水平，但存在成本较高的问题。图10T30A塔式酒店现场施工三、一体化装配式钢结构随着目前装配式建筑相关政策的不断发布，各地逐步展开了较大规模的装配式建筑实践。但总体上来说，装配式混凝土结构建筑居多，而装配式钢结构建筑尤其是住宅，其主体结构部分以外的工业化围护系统、非结构部品件及内装系统与钢结构主体的一体化集成技术，还有待进一步完善与提高。在此方面，日本积水住宅株式会社（SEKISUIhouse,以下简称积水）在全世界范围内开

16、发了大量低层独栋及联排别墅，均采用一体化装配式钢结构体系，通过先进环保的材料、精心细致的“以人为本”理念，打造安心、安全、健康、舒适的居住环境，对我国加快装配式钢结构建筑及产业链系统的完善性与先进性有很大的参考学习意义。项目位于交汇处，其中（东区）由E1#E6#高层住宅、E7#E26#联排别墅、E27#配套服务用房及地下车库、门卫等组成，地上总建筑面积约15.6万肝；低层联排别墅部分（雅居）为16栋3层、4栋2层装配式钢结构体系，地上建筑面积约2.1万户。全产业链工业化模式联排别墅地上部分采用一体化装配式钢结构体系，其围护系统、隔墙、楼板、屋顶、机电系统及内装系统均采用工厂成品或半成品，现场装配集成。积水在沈阳建有综合的工业化住宅