钢结构房屋是第三代建筑,它采用制作H型钢及薄壁冷弯C、Z型钢组合或建筑骨架,屋面和墙体采用彩色涂层压型钢板或夹芯彩钢板,在发达已基本取代传统的钢筋混凝土建筑。它具有总量轻、跨度大、用料少、造价低、节省基础、施工周期短、可靠、造型美观等优点。钢结构房屋广泛应用与单层工业厂房、仓库、商业建筑、办公大楼、多层停车场及民宅等建筑物。
钢结构房屋是以等截面或变截面H型钢为承重主体以C型、Z型檩条及柱间支撑为辅助连接件,通过螺栓或焊接等方式固定,屋面和墙面以彩色压型钢板围护而形成的新型建筑体系。钢结构房屋与传统建筑结构相比具有诸多特性:材料强度高:钢的容重虽较大,但强度却高得多,与其它建筑材料相比钢材的容重与屈服点的比值小。
房屋自重小:钢结构房屋主体结构的含钢量通常在25KG/-80KG左右,彩色压型钢板的重量低于10KG。钢结构房屋的自重仅为砼结构的1/8-1/3,可大大降低基础的造价。
可靠:钢材质地均匀,各向同性,弹性模量大,有良好的塑性和韧性。为理想的弹性-塑性体,因此钢结构房屋计算准确,可靠性强。
工业化生产程度高:能成批大量生产,制造度高。采用工厂化制造、工地安装的施工方法,可大缩短工期,提高经济效益。
美观:钢结构房屋的围护为彩色压型钢板,使用年限为三十年不褪色,不锈蚀。由于彩钢板颜色的多样性,使得建筑物线条明朗,观感舒适,且比较容易造型。
重复利用:钢结构房屋的主体骨架连接为高强螺栓连接,围护板为自攻钉连接,拆卸比较方便,若建筑需要搬迁,只要拆掉螺栓把钢结构房屋件运到需要的地方,重新组合即可。
抗震性能好:钢结构房屋由于主要承重构重构件为钢结构,其韧性和弹性较大,檩条的抗剪和抗扭作用以及柱、梁间的支撑,大大加强了整体结构的稳定性。
适用范围广:钢结构房屋适用于各类工业厂房、仓库、超市、高层建筑等。
钢结构体系发展试点及建筑设计技术表现
<一>、钢结构体系发展及轻钢结构试点工程
在国外,钢结构体系发展较早且推广迅速。目前,在许多工业发达,钢结构住宅已经普及。例如:澳大利亚钢框架住宅占其全部住宅数量的50%;日本钢结构建筑占其全部建筑的50%以上;芬兰、瑞典、丹麦等均已形成了相当规模的产业化钢结构住宅体系。美国的多层轻钢结构住宅技术是一项集轻钢结构、节能保温、新型建材、设计施工于一体的综合技术。轻钢结构住宅体系在美国的发展已较完善,且多层公寓等多采用轻钢结构。1990年,美国开始设计了一幢多层轻钢住宅,截止到1996年,钢框架住宅在美国达到了20万幢,约占其住宅建筑总数的20%。在意大利,新意大利钢铁公司和热那亚大学合作研究设计了新型房屋建筑体系BASIS工业化建筑体系。该建筑体系采用CAD计算机辅助设计和CAM计算机辅助制造,并且具有结构受力合理、抗震性好、施工速度快等优点,在欧洲、非洲等地区推广应用。这些在钢结构工程公司设计、建筑材料、结构性能等方面的研究均已处于世界水平。
钢结构住宅建筑体系在我国的发展相对较晚,直到20世纪80年代中期,我国改革开放,从日本引进了轻钢结构低层别墅。近年来,又引进了加拿大、澳大利亚等的轻钢龙骨住宅体系构件。1994年建于上海的轻钢结构住宅体系是我国较早的钢结构住宅体系,其主要采用U型冷弯薄壁组合梁和冷弯成型矩形钢管段组成框架。建设部从1990年开始积极倡导在范围内发展及应用钢结构住宅建筑,建设部还组织了关于钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题,并相继在天津、上海、深圳等地开展多高层钢结构住宅建筑试点工程。较引人关注的钢结构住宅当属1999年长沙远大公司3个月建成的8层H型钢框架和压型钢板组合结构,并且配合整体浴室、中央空调等新进设备的集成住宅,充分体现了预制、集成、装配的特点,展现了钢结构住宅的良好前景。
轻型钢结构建筑是以轻型能钢材组成的美观、舒适且适用性强的多高层钢结构建筑。轻钢建筑技术先进,综合经济效益优良,属于绿色建筑,符合可持续发展的理念,必将成为未来住宅体系发展的主要方向。
<二>、钢结构建筑设计与技术表现
钢结构在建筑结构的设计中发挥养重要作用,而且越来越多的建筑开始使用钢结构。如何在建筑结构的设计过程中地运用钢结构,避免出现多的问题,是我们要探讨的课题。
钢结构建筑设计的构思成功关键所在是技术构思与表现,在方案设计的深化中,需要同结构工程师,设备工程师,甚至包括机械工程师密切配合。此时技术表现是自然而然的事情,无论是空间形式,形式体量还是构造节点对其建筑设计与表现影响都是很重要的。
1、钢结构建筑设计的技术表现
建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程,是建筑创作的难点之一,也是建筑钢结构工程中备受关注的核心问题之一。同顾工业革命以来建筑与科学技术关系的发展,可以明显地发现建筑对技术变革反应的退滞性,这从一个侧面反映了建筑学在社会文化当中的深层地位,以及建筑学与人的生活方式的密切联系。另外现代方兴未艾的信息革命止在广泛地渗透并涉及社会活动的每个领域,使现代科学思维被融入到建筑设计中,新项目的规划、建筑和景观设计方法发生了巨大的变化。建筑设计的宗旨也从单纯的追求美发展到追求问题的合理解决,从根木上改变了人们以往对建筑的认识和设计方式,并较终影响了人类千百年来形成的传统建筑观,比如高技派建筑就是其主要代表,其以节点和精细的加工来体现高超的技艺,以高的工艺水平来设计和“制造“建筑。
2、钢结构建筑细部设计有较高要求
钢结构建筑设计的复杂化与要求越高,对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方较终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中,各种金属结构杆件,连接金属杆件的节点细部,常常暴露在外,使建筑带有强烈的科技感,比如建于19^^年法国的巴黎蓬皮杜艺术与文化中心,它的钢柱、钢梁、析架等结构构件都露在外,从中不仅体现出技术美,而且体现出人的智慧和能力。因而,对钢结构建筑来说细部质量保持较高的设计要求是非常重要的,在钢结构建筑中应受到特别重视。
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