摘要:本文研究子钢管混凝土住宅结构体系的标准化构件和标准化节点系列,实现了全装配的构想。同时,依照循环经济理念,将煤矸石工业废料应用于标准化构件当中,变废为宝,节约能源。
关键词:混凝土;住宅;结构
钢结构建筑早已成为发达国家主流建筑之一,有较长的历史。而在我国则刚刚被业界所重视。近年来,在少数几个大城市及钢铁产地开始有了少量钢结构建筑,既有高层大厦,也有民居住宅。在住宅产业化及城市现代化建设中,钢结构建筑目前是我国的新事物,钢结构建筑在我国发展较快不是偶然的,这种发展将会持续相当长时期。但有关专家同时指出,我国钢结构住宅目前处于发展的启动阶段,而不是起步阶段,工业化程度低,与国际水平差距较大,而且大规模发展工业化的时机还远未成熟。从涉及这个领域的生产、设计等环节看,这种观点有其道理。总的来说,在我国发展钢结构住宅主要存在有以下问题:配套户型的开发:作为新的住宅结构体系,钢结构住宅有着与其他结构不同的特色,如何突破旧有户型的限制,开发出符合市场需求、功能布局合理、经济适用的与钢结构本身特点相符合的户型,并且引进整体浴室、整体厨房等,使之更加符合今后住宅的发展潮流。多层、小高层钢结构配套问题:从原材料角度看,与多层、小高层钢结构住宅配套的其他部品目前尚不成熟,表现在品种少、质量不稳定、耐久性差,特别是钢结构住宅的围护结构因本土化问题而造价偏高。应结合中国国情,从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手,加强管理和协调,以降低成本,提高其综合经济效益。
1 分析原则
所谓的优化设计就是在有限元法的分析方法和电子计算机的计算工具的基础上,人们可对工程结构物的设计先设定结构方案,后进行综合考虑多方面的因素,以求得最优结构方案的设计。结构优化分单目标优化和多目标优化。本文中,最重要的优化目标为结构的经济指标,而影响该目标的因素很多,如:建筑平面、立面形式;结构的柱网布置形式;结构体系的选择;构件截面的选择等等。本文将重点考虑结构的柱网布置形式及构件截面的选择对经济指标的影响。在对结构进行优化设计的过程中,对主要结构构件,其截面应力不应过大,原则上其应力比不应超过0.85,并在设计当中尽可能调整主要构件截面,使其应力比接近0.85。而对于次要构件,则采用满应力设计法,在满足结构安全的基础上达到降低耗钢量的要求。
截面选择
截面选择是结构优化当中的重点,对于结构优化分析而言,为了达到最优化分析,必须进行不断的截面调整与结构内力计算,这是一个反复迭代的问题。因此,初选截面的好坏将直接影响到后期工作量的大小。截面选择基本遵循以下原则:柱截面初选时,可以先初步求出结构的自重,根据自重折算成为柱的轴力,并根据轴力初选柱的截面。
2)内力分析及构件验算
内力分析与构件验算是相互关联、密不可分的关系。结构优化就是对内力不断的进行分析,对构件反复的进行验算和调整,最终达到最优结果的过程。在结构优化中,内力分析和构件验算通常要进行反复多次,不断地调整数据,达到内力与构件截面的优化平衡。
3)侧向位移限值
多层、小高层方钢管混凝土框架结构房屋在风荷载作用下的层间相对位移与层高之比值不宜大于1/400。当采用有较高变形限制的非结构构件和装饰材料时,层间相对位移与层高之比值宜适当减小;当无隔墙时,可适当增大。多层、小高层方钢管混凝土框架结构房屋在地震作用下的层间相对位移与层高之比不宜大于下列数值:在多遇地震作用下(按弹性计算):1/300;在罕遇地震作用下(按弹塑性计算):1/500。当采用有较高变形限制的非结构-构件和装饰材料时,在多遇地震作用下的层间相对位移与层高之比值宜适当减小。
2 建筑方案
发展循环经济,建设节约型社会,住宅是重要载体。节能省地型住宅是经济结构调整和经济增长方式转变的必然要求,是我国住宅建设的发展方向和目标,要彻底改变我国住宅建设落后的现状,就必须按照减量化、再利用、资源化的原则、在住宅建设中尽可能做到节能、节地、节水、节材和环保。本次优化针对我国的国情,对住宅面积标准不能要求过高。主体房型一般为50—60m2为宜,最大不超过80m2。在混凝土的选择上选择了煤矸石轻骨料混凝土,变废为宝同时又减轻了结构自重。此外,在满足通风采光,保证窗户的气密性和隔热性的要求下,卧室不向南不影响建筑节能。每一位居住者都有自己独特的个性,因此用同一种尺度来规范社会的人居空间,是不合理的,所以住宅需要有灵活性。从建筑设计的角度来看,一梯少户、标准层面积小的塔楼与进深小的板楼中都更容易设计出采光通风条件舒适、户内平面布局合理的户型。在总面积不变的前提下增加有效面积,使户型变得更紧凑,体现了先进的设计理念。 钢管混凝土结构适合于平面布置基本规整、匀称、凹凸变化较少的建筑平面,而不适宜轴线错开较多,形心和质心距离较大和易于产生较大扭转的住宅平面。本文在参考了大量国内优秀户型的基础上,与钢管混凝土结构本身特点相结合,选择如图1所示的户型为本文研究的对象。
该户型功能分区合理,有效利用面积较大,在本户型的基础上可以略作调整从而得到符合住户意愿的单元组合。本套型组合仅为建议方案,用户在入住装修时完全可以依照本人意愿进行分割。从而初步体现了钢管结构住宅体系的分割灵活的特点。当今小区规划设计中,住宅多为三单元或四单元连体,本套型组合仅考虑了四单元组合的形式。
3 结构方案
设计标高:室内设计标高±0.000,室内外高差0.45m,层高为3m,地上6(12)层,共18m(36m)高;建筑高宽比为18/10.2=1.76(36/10.2=3.53),满足《建筑抗震设计规范》GB50011—2001第8.1.2条钢结构民用房屋最大适用高宽比限值。墙身做法:外墙、分户墙及楼梯间均为200mm厚煤矸石ALc板,自重1.0KN/m2;户内分割墙为100mm厚煤矸石ALC板,自重0.5KN/m2。楼板做法:压型钢板煤矸石轻骨料混凝土楼板,压型钢板采用BD—40型,板厚1.2mm,上浇100mm厚煤矸石轻骨料混凝土,容重为19KN/m3;该压型钢板具有更强劲的混凝土握裹抗剪力,其施工简单、迅速,住户装修时可在钢板底刮腻子后直接刷涂料或贴墙纸,装修效果与混凝土板底一样,无需特殊装修,更加符合我国的装修习惯。屋面做法:不上人平屋面,煤矸石ALc屋面板+聚苯乙烯泡沫塑料板保温层80mm厚十二毡三油;地质资料:III类场地土;抗震设计:设计地震第一组,抗震设防烈度8度,设计基本地震加速度值0.20g基本风压:0.40kN/m2;基本雪压:0.35kN/m2。
参考文献
1 任智杰,多层全装配钢骨混凝土住宅结构的体系优化及计算理论[硕士学位论文],太原理工大学,2005
[2]金雪峰,方钢管混凝土结构在高层建筑中的应用,混凝土与水泥制品,2005
[3]钟善桐,住宅建筑中推广钢管混凝土柱的优点,钢结构,2002 |
