近年来,国家及地方政府陆续出台了装配式钢结构建筑相关政策,建设部开展了30多个钢结构建筑科研项目,建设了多个试点项目,同时,不少高校、企业也加入到钢结构建筑体系和关键技术的研究之中。钢结构建筑作为装配式建筑的重要体系,将迎来新的发展机遇和挑战。
什么是钢结构建筑?
钢结构是用型钢或钢板等基本构件,根据使用要求,按照一定的规则,采用焊接或螺栓连接等方式制成的承重结构。钢结构广泛应用于各类工程建设,如钢桥梁、钢厂房、钢闸门、各种大型管道容器、公共建筑、高层建筑等。
优势
1、大大节省施工时间,且施工不受季节影响;
2、强度高、重量轻、构件安全性高,降低建筑造价;
3、防火,钢材是一种不会燃烧的建筑材料;
4、抗震性好,使用过程中容易变形,灵活方便,给人带来舒适感等;
5、增加居住空间利用面积,减少建筑垃圾和环境污染;
6.建筑材料可重复利用,带动其他新型建材产业发展;
7.顺应国家可持续发展战略,低碳、绿色、环保、节能产业是国家重点扶持的产业。
钢结构建筑的分类
钢结构建筑按结构受力特点大致可分为门式刚架结构、空间桁架结构、张弦梁结构、弦支穹顶结构、网架结构和多层结构等。
1、门式框架结构:
门式刚架是一种传统的结构体系,该类结构上部主框架包括框架斜梁、框架柱、支撑、檩条、拉杆、山墙架等。
门式刚架轻钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制造快捷、工厂加工方便、施工周期短等特点,因而在工业、商业、文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中得到广泛应用。门式刚架轻钢结构起源于美国,经过近百年的发展,已成为设计、生产、施工标准较为完善的结构体系。
2.空间桁架结构
空间桁架又称球铰桁架,是一种轻质刚性结构,呈几何形状。球铰桁架通常采用多向间距,由拉杆和压杆组成,结构处于三维受力状态。无论何种桁架,都能承受来自各个方向的荷载,更适用于抗震倒塌距离较大的建筑,常用于公共建筑。
3. 张弦梁结构
张弦梁结构是近代由日本大学斋藤教授明确提出的,是一种有别于传统结构的新型混合屋盖体系。张弦梁结构是由刚性上弦、柔性拉索、中间撑杆组成的混合结构体系,其结构组成是一种新型自平衡体系,是一种大跨度预应力空间结构体系,是混合结构体系发展中比较成功的创造。张弦梁结构体系简单,受力明确,结构形式多样,充分利用了刚、柔性材料两者的优点,制造、运输、施工简便,因此具有很好的应用前景。
4. 悬挂式穹顶结构
悬索穹顶结构与张弦梁结构类似,都是利用索的张力对梁产生支撑力,以减小梁的应力,但两者有明显的区别:张弦梁索为直线张拉,而悬索穹顶索为圆弧张拉;
由于索支撑穹顶呈环状张拉,因此该结构体系适合做圆形屋顶,例如北京自行车馆、安徽大学体育馆等。
5. 网格结构
网架结构是一种空间杆件体系结构,其中承重杆件按一定的规律通过节点连接。节点一般设计成铰接式,杆件主要承受轴向力,杆件的截面尺寸相对较小。这些空间相交的杆件相互支撑,将承重杆件与支撑体系有机地结合起来,使材料的使用更加经济。由于该结构的组合规则大跨度钢结构造价,大量杆件和节点具有相同的形状和尺寸,便于工厂化生产和现场安装。
6. 多层结构
(1)帧结构
框架由柱、梁组成,承受垂直力和侧向力;
刚架结构抗侧力性能差,侧向变形较大,一般适用于20层以下的结构。
柱一般为箱型钢柱或钢管混凝土柱;
钢管混凝土柱是内部填充混凝土的圆管柱或箱形柱,它既具有钢结构的优点,又充分利用了混凝土良好的抗压性能。
(2)框架剪力墙结构
与框支结构类似,但支撑由剪力墙代替,以抵抗侧向力;
剪力墙一般为混凝土板或钢板,或钢-混凝土组合结构,其抗侧刚度比支撑好,布置方式灵活,可适用于较高的建筑结构。
(3)管中管结构
由核心筒、框架筒和桁架筒组成,一般核心筒在内,框架筒或桁架筒在外,内、外筒共同抵抗水平力。四周设置剪力墙的筒体称为实体筒,实体筒壁上设有规则排列的窗孔形成的开口筒体称为框架筒;四壁由竖杆和斜杆构成的桁架组成的筒体称为桁架筒。
(4)束管结构
束筒结构属于组合筒体结构,当建筑平面较大时,为减少外墙在侧向力作用下的变形,建筑平面按模数网格布置,使外部框架筒体与内部纵、横剪力墙(或密排柱)成为组合筒体群。
这大大增强了建筑的刚度和抗侧力能力。束管结构可以组成任意的建筑造型大跨度钢结构造价,并能适应不同高度的需要,丰富了建筑的外观。美国芝加哥110层的西尔斯大厦就采用了束管结构。
结论
政策支持、产业化需要、钢材产量的增加,都极大的促进了钢结构建筑的发展。钢结构建筑因为装配式性能强,更能适应时代的发展。我们要做的就是充分发挥钢结构建筑的技术优势,扬长避短,研发出更多符合当前发展需要的装配式钢结构建筑体系。