探索钢结构的奥秘:优点、应用领域及与其他结构的区别

   日期:2024-09-22     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:266    
核心提示:目前,木结构市场占比较小,因此装配式建筑的技术路径主要分为钢结构和PC结构。阅读了前面对钢结构和装配式建筑的介绍,我们很快可以发现,钢结构自带装配式的属性。钢结构设计中,其装配式特征如下:四、装配式钢结构连接技术的突破装配式钢结构节点连接需要用到单边螺栓连接技术。

(PS:不知道怎么就找到了这么一首让人心潮澎湃、充满魔力的歌曲,忍不住跟着一起唱了起来:

钢结构建筑伴我了二十年
他的外观造型都很漂亮
空间宽敞
框架坚固
时间很短就能做好
抗震性能
使用寿命长

1.你了解钢结构吗?

什么是钢结构?它与其他建筑结构,比如最常见的混凝土结构有什么不同?它的优点是什么?

钢结构是以钢材为主组成的结构,主要用于桥梁、建筑、灯塔、船舶等领域。除钢结构外,还有木结构、混凝土结构、砖混结构等结构。钢结构是由型钢、钢板制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。由于钢结构自重轻、施工简单,特别适用于大型厂房、场馆、超高层建筑等领域。具体优点如下:

1)材料强度高、重量轻

钢材强度高,弹性模量大,与混凝土、木材相比,其密度与屈服强度之比较低,因此在同样的受力条件下,钢结构截面小,自重轻,便于运输、安装,适用于大跨度、高高度、重载的结构。

2)钢材韧性、塑性好,材质均匀,结构可靠性高

适用于承受冲击、动力荷载,抗震性能好,钢材内部组织均匀,接近各向同性的均质体,钢结构实际工作性能与计算理论较为吻合,因此钢结构可靠性高。

3)钢结构制造、安装机械化程度高

钢结构构件易于工厂化生产、现场组装,钢结构构件工厂化机械化制造精度高,生产效率高,现场组装速度快,施工周期短,钢结构是工业化程度最高的结构。

4)钢结构密封性能好

由于焊接结构能达到完全密封,因此可制成气密性、水密性优良的高压容器、大型油池、压力管道等。

5)钢结构耐热但不耐火

当温度低于150℃时,钢材性能变化不大,因此钢结构适用于热车间,但当结构表面受到150℃左右的热辐射时,必须采用隔热板进行防护。当温度在300℃~400℃之间时,钢材的强度和弹性模量均有较大下降,在600℃左右时,钢材的强度趋于零。在有特殊防火要求的建筑中,钢结构必须采用耐火材料保护,提高耐火等级。一般民用建筑的防火问题,采用防火涂料即可解决。

6)钢结构耐腐蚀性能差

特别是在潮湿、腐蚀的环境中,极易生锈,一般钢结构需防锈、镀锌或涂漆,并定期保养。对于处于海水中的海上平台结构,需采用“锌块阳极保护”等特殊措施防止腐蚀。普通民用建筑防腐可采用防腐涂料等措施避免。

7)低碳、节能、绿色环保、可重复使用

钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾,钢材可回收再利用。

因此钢结构其实可以达到与混凝土结构等常见建筑结构相同的效果,而且易于建造、低碳环保。

2、最近流行的装配式建筑是什么?

政府红利扶持的装配式建筑到底是什么?它有哪些优势?

装配式建筑是指利用预制构件在现场组装的建筑,应包括构件工厂化生产和现场预制施工两部分;同时对房屋建设各个环节都提出了一体化设计、工业化生产、装配式施工、一体化装修等要求,涉及建筑设计、BIM、钢结构、混凝土、装修设计、装饰材料等行业领域。

装配式建筑具有绿色环保、施工速度快等多重优势,装配式建筑大量建筑构件在工厂加工,因此装配式建筑是工业化建筑生产的一种手段,也是工业化建筑的一个分支,它具有诸多优势:

1)绿色环保,减少能耗:据万科提供的数据,与传统建造方式相比,工业化建造可减少建筑材料消耗50%左右、用水量减少20%,建筑垃圾及二次装修垃圾减少80%,可大幅节省能耗;而且,由于大部分工作在工厂完成,装配式建筑的现场施工任务以吊装为主,施工环境大大改善,施工过程中产生的噪音和粉尘污染较少,绿色环保。

2)品质更高:标准化、模块化、一体化设计从源头上保证了建筑产品的质量,工厂化制造让产品误差控制在毫米级,部件质量更精细,外保温层更扎实,门窗周边更严密,电线管及端子更精密,厨卫防水更可靠。

3)节省工期、加快施工速度:装配式建筑采用预制构件在现场组装,受气候条件限制小,施工速度快钢结构节点连接三维图,与普通施工方式相比,总施工时间可节省100天以上。

4)节省人工成本:装配式建筑可以减少单位工程的劳动力使用量和劳动强度,缩短施工工期,整体上节省人工成本。

装配式建筑产业链以建筑实现过程为中心,更加强调设计、生产、施工的一体化。一般来说,装配式建筑主要包括研发、设计、预制构件生产、装配施工、维护监测,以及运输、销售、运营等环节。

事实上,装配式建筑的主要技术包括预制混凝土(PC结构)、木结构、钢结构。

目前木结构市场占比较小,因此装配式建筑的技术路径主要分为钢结构与PC结构。

看了前面关于钢结构和装配式建筑的介绍,我们很快就能发现,钢结构本身就具备预制的特性。

在钢结构设计中,其装配特点如下:

1)工艺精细化:前期技术规划及预制构件加工图纸设计,使施工工艺更加全面、集成、精细化;

2)模块化设计:通过建筑模数的控制,可以实现建筑物、构件、部的统一,进而实现标准化;

3)集成协调:设计过程需要与各专业人员、零部件厂商充分协调、综合协作,以优化设计结果;

4)技术信息化:可利用BIM技术提高预制构件设计的完成度和准确性。

钢结构构件生产:主要包括钢梁、钢柱、钢桁架等由型钢、钢板制成的构件,各构件或部件通常采用焊缝、螺栓或铆钉等连接方式,通过BIM软件进行三维建模深化,在工厂内完成构件生产加工。

钢结构装配式施工:钢结构构件在设计、构件制造完成后即可运输到现场进行组装,对构件拼接要求较高,但由于制造加工后的构件都是通过BIM软件(Tekla软件)深化三维建模得到的,因此准确性有充分的保证。

3、PC结构与钢结构有什么区别?

根据上图我们可以发现钢结构相对于PC结构有很大的优势:

1)按照国家标准规定,PC结构抗震设计强度为8级,而钢结构抗震强度为6-9级,抗震性能更佳;

2)从长远来看,钢结构具有典型的行业特征和良好的发展空间。

但由于历史原因,导致PC结构所占比例高于钢结构:

1)我国混凝土行业发展历史悠久,行业内熟悉混凝土生产技术,而钢结构行业发展历史较短,人才相对混凝土结构行业较少,因此PC结构能较快、较容易地适应建筑工业化的政策要求。

2)钢结构历史上一直处于价格过高状态,原材料中厚板价格曾经在7000~8000元/吨,而现在价格已跌破4000元/吨,从长期需求端看,钢价维持高位运行的概率不大,钢结构价格劣势已经消失。

这两个历史原因造成的钢结构建筑市场份额的不利地位必然会逐渐消失,其优势将更加凸显。

如今欧美国家钢结构建筑占比已达40%以上,而我国尚不足5%。

我国公路桥梁钢结构占比不足1%,而日本为41%,美国为33%。

在国内,装配式钢结构依然有着巨大的市场。

4、预制钢结构连接技术取得突破

装配式钢结构的节点连接需采用单面螺栓连接技术。

单面螺栓可实现单面安装、单面紧固功能,无需另外加工安装孔,在不损伤钢管其他部位的情况下即可完成螺栓连接,避免了国产螺栓带来的问题,尽可能的减少焊接量,从而节省施工量和人工成本,具有现场施工简便,焊接量极小的特点。

同时,在一定条件下,其力学性能可与传统高强度螺栓相媲美,非常适合在钢管结构的连接中使用。

现有的单面螺栓最大尺寸可达M39,适用于结构工程领域,具有很大的应用前景。

单面螺栓在国外也称盲螺栓,国内常译为单向螺栓、单面螺栓、单面(方向)锁紧螺栓、单向自紧螺栓、盲孔螺栓、盲眼螺栓、隐藏式螺栓等,本文统一用单面螺栓来描述。

单面螺栓技术的概念

为什么要开发单面螺栓?

主要原因是国外单面螺栓产品价格昂贵,且不符合我国标准的要求。

国外单面螺栓单价在252元人民币左右,远远超过同规格的高强度螺栓。

另外,抗震规范要求高强度螺栓连接不得滑移,但国外单面螺栓不能很好地施加预紧力钢结构节点连接三维图,而且即使施加了也不能保证预紧力不松弛。

因此有必要开发出符合国内标准、且能达到不滑脱的摩擦型单面螺栓产品。

H型钢-方管柱节点试验(采用单侧螺栓)

试验表明,同济大学自主研发的单面螺栓产品在安装时能够施加预紧力,同时梁柱节点能够满足刚度节点的连接要求。

目前单边螺栓产品已投入量产,具体采购请联系:13918635063

五、总结:

随着单面螺栓技术以及装配式钢结构的种种优势,相信未来钢结构建筑会越来越多的出现在我们的生活中。

如今,体育馆、宿舍、别墅、外销用房、教学楼等建筑类型均可采用装配式钢结构建造。

 
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