围护结构缺陷研究论文

钢结构住宅结构体系探究

现在我国钢结构住宅的发展已进入加速阶段,有关产业政策、标准和规范相继出台,国内钢产量充足,为钢结构住宅的发展提供了较好的开发环境、物质基础和技术条件。下面是我为您整理的钢结构住宅结构体系探究论文，希望能对您有所帮助。

摘要: 本文首先研究国内外钢结构住宅的 发展 现状,介绍了钢结构住宅的特点及其结构形式,对钢结构住宅存在的技术问题进行了分析,并展望我国钢结构住宅产业化的发展前景。

关键词: 钢结构住宅;优点;结构体系;应用前景

改革开放以来,我国 经济 持续快速发展,建筑业也得到空前发展,逐步成为国民经济的支柱产业。钢结构住宅作为绿色环保的新型建筑体系,随着钢产量的大幅度提高,以及新材料、新技术的不断推出,钢结构住宅产业正健康快速发展。

1、钢结构住宅国内外的发展状况

在许多 工业 发达国家如美国、日本、英国、澳大利亚,钢结构建筑的发展和应用已有几十年的 历史 。美国钢结构住宅所占建筑总面积的比例从20世纪90年代的5%已经发展到现在的25%以上,日本及澳大利亚钢结构建筑占全部建筑的50%以上。

长期以来,我国因缺少钢材而对建筑钢结构的应用加以限制。1996年我国钢产量突破1亿吨,2002年达到亿吨,2005年达到亿吨, 已经超过了美国、日本、俄罗斯、韩国四个国家钢产量的总和。国家用钢政策从20世纪50～60年代的限制用钢,到70～80年代的节约用钢,到二十一世纪已调整为鼓励用钢,为我国建筑钢结构的发展提供了极好的条件。目前北京、天津、上海、山东莱芜、安徽马鞍山、广州、深圳等地开展中低层和高层钢结构试点工程,已经建成300～500万平方米住宅。

2、钢结构住宅的优点

钢结构住宅是目前最具有发展潜力的环保节能型住宅,突破了 中国 “秦砖汉瓦”式的传统建造模式,替代了传统的红砖及混凝土,完全使用工业化生产的建筑材料,集众多优点于一身,是二十一世纪人类居住环境的理想建筑。

钢结构的重量轻、强度高,抗震性能好。

钢结构材料的强度高,塑性和韧性好,结构延性好。用钢结构建造的住宅重量约为钢筋混凝土住宅的1/3～1/2。自重的减轻使得地震作用效果降低,一般自重减轻一半,相当于降低抗震设防烈度一度,地震作用可降低30%～40%。

工业化程度高,易于实现住宅产业化。

钢结构住宅的设计借助专业设计软件,大大缩短设计周期,并实现设计的标准化。所有构件工厂化加工制造,精度高,易保证质量。容易实现机械化装配,施工速度快,施工周期短,与传统住宅相比工期缩短40%以上。

空间利用率高,能合理布置功能区间。

由于钢材轻质高强的特点,便于形成大柱距、大开间的开放式住宅,而传统结构(如砖混结构、砼结构)由于材料性质限制了空间自由布置,如果跨度、开间过大,就会造成板厚、梁高、柱大,出现“肥梁胖柱”现象,不但影响美观,而且自重增大,增加造价。在空间使用率上,钢结构住宅使用的钢梁、钢柱的截面积比传统结构减小,所占净空面积也随之减小,使得房间使用面积增大,与传统结构相比可增加有效面积10%左右。

绿色环保,节能省地。

目前我国住宅体系多为砖混结构,大量使用硅酸盐水泥,在建筑物解体后产生大量的建筑垃圾,对环境造成极大破坏;砌体结构使用的实心粘土砖,浪费大量的土地资源。而钢结构住宅所用材料主要是环保型可回收材料,在建筑物拆除时,钢材可以100%回收利用。

钢结构住宅保温隔热隔音效果突出,造型美观结构丰富。

大多采用新型轻质墙体围护材料,不易霉变,不易虫蛀,在保温隔热隔音性能方面比传统住宅有明显优势。钢结构材料轻质高强,结构设计时可以创造出 艺术 性较强的建筑外形,以满足住户对不同建筑风格的要求。

3、钢结构住宅的'结构体系

钢结构住宅结构体系主要由承重结构体系、支撑体系、围护结构体系和楼板结构体系组成。

钢结构承重及支撑体系的组合型式有多种,应用于住宅的主要有钢框架结构体系、钢支撑框架体系、钢框架-抗剪桁架结构体系、交错桁架结构体系。

钢框架体系结构简单、受力明确、平面布置灵活、结构刚度均匀、抗震性能好,属典型的柔性结构体系,其侧向刚度差;钢支撑框架结构体系通常用槽钢或角钢在墙体平面内布置垂直支撑体系,能够有效抵抗水平荷载,提高侧向刚度,减小层间位移。钢结构住宅承重体系构件一般采用热轧或高频焊接H型钢,热轧或焊接工字钢、方钢管、圆钢管或冷弯薄壁型钢。

围护结构体系约占钢结构住宅总造价的30%,为减轻结构自重,满足建筑节能要求,围护墙体大多采用轻质材料。

外墙可采用蒸压轻质加气混凝土板材(ALC 板)、SRC复合保温墙板、钢丝网复合保温板、水泥刨花板等,内墙可采用轻钢龙骨石膏板,ALC轻质板、夹层复合板、稻草板等。

楼板结构由钢梁和楼面板组合而成。

楼盖体系要保证有足够的强度、刚度和稳定性,同时要尽量减轻楼板自重。楼板主要型式有压型钢板与现浇混凝土组合楼板,预制轻混凝土板。

4、钢结构住宅存在的技术问题

防火问题

钢结构有很多优点,但也有其致命缺陷,即耐火性能很差,钢材的承载力和平衡稳定性会随温度的升高而大幅降低。当温度达到400℃时,钢材的屈服强度降至室温下强度的一半,当温度达到600℃时,钢材基本丧失全部强度和刚度。解决该问题的方法有两种,一是使用耐火耐候钢,该种钢材是采用技术在钢材中添加合金元素(如Cu、Ni、Cr、Si、P等元素),使钢材的金相组织发生变化,从而改善钢材内在的耐火性和耐候性,这种钢材在600℃高温下,屈服强度下降不大于1/3;二是使用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层等方法。对于外露的钢构件多采用10～40㎜厚的涂料,耐火极限可达～3h;对于隐藏的钢构件,珍珠岩防火喷涂或防火板是 经济 有效的方法。

防腐问题

钢结构的腐蚀与所处环境、温度、湿度直接有关。根据国内外试验资料,表面无防护的钢材在大气中第一年锈蚀速度约为第五年的两倍,室外钢材的锈蚀速度约为室内锈蚀速度的四倍,处于干燥环境的钢材,几乎不会锈蚀。因此,暴露钢构件一般外涂耐腐蚀涂料或油漆,或采取镀锌处理。

标准规范问题

由于我国 发展 钢结构住宅仅仅只有十几年的历程,钢结构住宅技术体系还不够成熟,钢结构住宅标准规范零散而不系统,技术水平参差不齐, 工业 化程度不高,还需进一步研究创新并规范化。

5、我国钢结构住宅的前景展望

目前,国内的建筑业生产效率较低,尚属劳动密集型产业,而钢结构住宅属于高技术高效率的产业,加快对钢结构住宅的研究,将促进建筑业向技术密集型产业转化,并将带动建材、冶金、机械尤其是钢铁 企业 的发展。

中国 钢结构协会编制的《2009-2012年钢结构行业态势运行发展趋势预测报告》指出,“节能减排”继续成为我国经济发展的一项重要工作,是可持续发展的一项基本国策,因而具有节能、环保、绿色优势的钢结构被市场看好。按照早先中国钢结构协会制定的《钢结构行业“十一五”发展规划建议书》显示,2010年钢结构产量将达到2600万吨。而根据目前掌握的资料 计算 ,2010年我国钢结构行业拟达3000万-4000万吨制造能力,说明我国钢结构行业存在着较大的发展空间。

6、结语

现在我国钢结构住宅的发展已进入加速阶段,有关产业政策、标准和规范相继出台,国内钢产量充足,为钢结构住宅的发展提供了较好的开发环境、物质基础和技术条件。我们应不断提高研究开发能力,掌握国外先进技术,促进钢结构住宅产业化,相信我国钢结构住宅的发展前景是广阔的。

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节能建筑屋面的比较研究摘要:能源的过度消耗逐渐被越来越多的人重视,节约能源已成为国家发展中不可或缺的一部分,而建筑节能则又是节能的重中之重.通过对建筑外部围护结构中最容易被人们忽视的屋顶结构的分析、对比,进而从中得出不同屋面形式在节能、构造上的优势与劣势,对今后建筑设计屋面形式的选择有因地制宜、取长补短之效.关键词:建筑屋面节能;屋面形式;适用范围;节能效果在影响建筑节能的各因素中,建筑围护结构的保温无疑是最重要的因素之一.建筑围护结构,是由包围空间的、将室内与室外隔开的结构材料和表面装饰材料构成,包括墙体、门窗和屋面.围护结构必须平衡通风和采光的需求,并提供适合于建造地点气候条件的热湿保护.[1]改善建筑围护结构的热工性能是保证室内热舒适条件的关键问题之一,对于建筑在运行中的能量消耗是一个主要因素,而屋面节能技术是其中的重要组成部分;屋面节能技术又与建筑屋顶的构造形式息息相关.屋面构造形式大致有构造式保温隔热屋面、建筑形式保温隔热屋面、生态覆盖式保温隔热屋面等.1构造式保温隔热屋面构造式保温隔热屋面,也就是我们常说的板材式保温隔热式屋面,这类建筑屋面多以在屋顶构造中增加保温材料层,通过低传热系数和大热惰的材料来阻挡外部热量的进入和内部能量的流失.这类形式的屋面大致分为传统保温隔热屋面和倒置式屋面,主要区别在于保温材料层在屋面构造中的位置不同.传统保温隔热屋面传统屋面构造做法,即正置式屋面,其构造一般为隔热保温层在防水层的下面.因为传统屋面隔热保温层的选材一般为珍珠岩,水泥聚苯板,加气混凝土,陶粒混凝土,聚苯乙烯板(EPS)等材料.这些材料普遍存在吸水率大的通病,如果吸水,保温隔热性能大大降低,无法满足隔热的要求,所以一定要使防水层做在其上面,防止水分的渗入,保证隔热层的干燥,方能隔热保温.为了提高材料层的热绝缘性,最好选用导热性小、蓄热性大的材料,同时要考虑不宜选用容量过大的材料,防止屋面荷载过大.屋面保温隔热材料不宜选用吸水率较大的材料,以防止屋面湿作业时,保温隔热层大量吸水,降低热材料层内不易排除的水分,设计人员可根据建筑的热工设计计算确定其厚度.此种形式的屋面适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的新建和改造住宅的屋顶保温,并能够保证冬季屋顶内表面温度和室外采暖环境的差值小于4℃.倒置式屋面图1倒置式屋面所谓倒置式屋面是外保温屋面形式的一个倒置形式(如图1),将保温层设计在防水层之上,大大减弱了防水层受大气,温差及太阳光紫外线照射的影响,使防水层不易老化,因而能长期保持其柔软性、延伸性等性能,有效延长使用年限.[2]据国外有关资料介绍,可延长防水层使用寿命2~4倍.倒置式屋面省去了传统屋面中的隔气层及保温层上的找平层,施工简化,更加经济.即使出现个别地方渗漏,只要揭开几块保温板,就可以进行处理,易于维修.同时倒置式屋面的构造要求保温隔热层应采用吸水率低的材料,如聚苯乙烯泡沫板、泡沫玻璃、挤塑聚苯乙烯泡沫板等.且在保温隔热层上应用混凝土、水泥砂浆或干铺卵石作为保护层,以免保温隔热材料受到破坏.在使用保护层混凝土板或地砖等材料时,可用水泥砂浆铺砌,卵石保护层,在卵石与保温隔热材料层间应铺一层耐穿刺且耐久性的防腐性能好的纤维织物.[2]此种形式的屋面适用于寒冷地区和夏热冬冷地区的新建和改造住宅的屋顶保温,并能够保证冬季屋顶内表面温度和室外采暖环境的差值小于4℃;可使防水层的使用寿命延长2~4倍.2建筑形式保温隔热屋面通风屋顶就是一种典型的建筑形式保温隔热屋面,通风屋顶是屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的双层屋面结构形式,在我国夏热冬冷地区广泛地采用,尤其是在气候炎热多雨的夏季,这种屋面构造形式更显示出它的优越性.屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的结构,通过空气间层的空气流动带走太阳辐射热量,大大地提高了屋盖的隔热能力.[3]但在通风屋面的设计施工中应根据基层的承载能力,简化构造形式,通风屋面和风道长度不宜大于15 m,空气间层以200 mm左右为宜;架空隔热板与山墙间应留出250 mm的距离;同时在架空隔热层施工过程中,要做好完工防水的保护工作.带可通风阁楼层的住宅,其原理与通风屋面相同,所不同的是阁楼的空间高大,通风效果比架空阶砖的通风屋顶更好,且阁楼有良好的防雨防晒功能,能有效改善住宅顶部的热工质量,如图2所示.此种形式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的新建和改造住宅的屋顶保温.图2阁楼屋面通风屋面的降温效果明显,在自然通风条件下,实砌屋面和通风屋面的隔热效果如表1所示.表1通风屋面和实砌屋面隔热效果比较℃通风屋面实砌屋面差值内表面平均温度29. 9 34. 9 5内表面最高温度31. 1 39. 4 8. 3室温平均值29. 7 31. 3 1. 6室温最高值30. 2 32. 7 2. 53生态覆盖式保温隔热屋面生态覆盖式保温隔热屋面是通过生态材料覆盖于建筑屋顶,利用覆盖物自身对周围环境变化而产生的相应反应,来弥补建筑本身不利的能源损耗,其中以种植屋面和蓄水屋面较为典型.种植屋面过去就有很多“蓄土种植”屋面的应用实例,通常被称为种植屋面.目前在建筑中此种屋顶的应用更为广泛,利用屋顶种草栽花,甚至种灌木、堆假山、设喷泉,形成了“操场屋顶”或屋顶花园,是一种生态型图3种植屋面构造的节能屋面.种植屋面是利用屋面上种植的植物阻隔太阳能防止房间过热的一项隔热措施(如图3).其隔热原理有3个方面.一是植被茎叶的遮阳作用,可以有效地降低屋面的室外综合温度,减少屋面的温差传热量;二是植物的光合作用消耗太阳能用于自身的蒸腾;三是植被基层的土壤或水体的蒸发消耗太阳能.因此,种植屋面是一种十分有效的隔热节能屋面,如果植被种类属于灌木,则还可以有利于固化CO2,释放氧气,净化空气,能够发挥出良好的生态功效.[3]种植屋面相对施工要求较为复杂,结构层采用整体浇筑或预制装配的钢筋混凝土屋面板;防水层应选用设置涂膜防水层和配筋细石混凝土刚性防水层两道防线的复合防水设防的做法,以确保其防水质量;在结构层上做找平层,找平层宜采用1∶3水泥砂浆,其厚度根据屋面基层种类(按照屋面工程技术规范)规定为15~30 mm,找平层应坚实平整.找平层宜留设阁缝,缝宽为20 mm,并嵌填密封材料,分隔缝最大间距为6 m;种植屋面栽培的植物宜选择浅根植物如各种花卉、草等,一般不宜种植根深的植物;种植屋面坡度不宜大于3%,以免种植介质流失.此种形式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅屋顶防热.种植屋面的节能效果如表2所示.表2种植屋面的热工效果比较种植屋面无种植屋面差值外表面最高温度/℃29 61. 6 32. 6外表面温度波幅/℃1. 6 24 22. 4内表面最高温度/℃30. 2 32. 2 2内表面温度波幅/℃1. 2 1. 3 0. 1内表面最大热流/(W /m2) 2. 2 15. 3 13. 1内表面平均热流/(W /m2) -5. 27 9. 1 14. 4室外最高温度/℃36. 4 36. 4 0室外平均温度/℃29. 1 29. 1 0最大太阳辐射照度/(W /m2) 862 862 0平均太阳辐射照度/(W /m2) 215. 2 215. 2 蓄水屋面蓄水屋面就是在屋面上储一薄层水用来提高屋顶的隔热能力,其构造如图4.水在屋顶上能起到隔热作用的原因,主要是水在蒸发时要吸收大量的汽化热,而这些热量大部分从屋面所吸收的太阳辐射中摄取,所以大大减少了经屋顶传入室内的热量,相应地降低了屋面的内表面温度.图4蓄水屋面构造用水隔热是利用水的蒸发耗热作用,而蒸发量的大小与室外空气的相对湿度和风速之间的关系非常密切.其中相对湿度的蒸发作用最强烈,从屋面吸收而用于蒸发的热量最多.而这个时刻内的屋顶室外综合温度恰恰最高,即适逢屋面传热最强烈的时刻.这时就是在一般的屋顶上喷水、淋水,亦会起到蒸发耗热而削弱屋顶的传热作用.因此在夏季气候干燥、白天多风的地区,用水隔热的效果必然显著.[4]蓄水屋顶也存在一些缺点,在夜里屋顶蓄水后外表面温度始终高于无水屋面,这时很难利用屋顶散热.且屋顶蓄水也增加了屋顶静荷重,以及为防止渗水还要加强屋面的防水措施.防水层的做法是采用40 mm厚、200#细石混凝土加水泥用量0. 05%的三乙醇胺或水泥用量1%的氯化铁, 1%的亚硝酸钠(体积浓度98% ),内设�4 mm、200 mm×200 mm的钢筋网,防渗漏性能最好.混凝土防水层应依次浇筑完毕,不得留施工缝,立面与平面的防水层应一次做好,防水层施工气温宜为5~35℃,应避免在负温或烈日暴晒下施工,刚性防水层完工后应及时养护,蓄水后不得断水.[5]此种形式的屋面适用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅屋顶防热.不同厚度蓄水层面热工测定数值如表结束语综上所述,从现有主要几种屋面的保温形式的比较中不难看出,屋面保温节能屋面是建筑物上部与外界直接接触的重点部位,其保温与隔热对建筑节能具有重要意义.如今建筑节能工作已在全国启动,节能住宅也是一项正在兴起的崭新事业,体现了建筑节能的发展方向.为达到节能目的,必须跟随世界和中国筑节能发展的大趋势和大潮流,抓住机遇、迎接挑战、开拓进取,尝试使用多种屋面的建筑手法、生态形式搞好建筑节能,改善室内热环境,促进建筑技术和建筑产业的发展,为合理利用资源、保护生态环境、提高人民生活质量而努力.表3不同厚度蓄水层面热工测定数值测试项目蓄水层厚度/mm510 100 150 200外表面最高温度/℃43. 63 42. 90 42. 90 41. 58外表面温度波幅/℃8. 63 7. 92 7. 60 5. 68内表面最高温度/℃41. 51 40. 65 39. 12 38. 91内表面温度波幅/℃6. 41 5. 45 3. 92 3. 89内表面最低温度/℃30. 72 31. 19 31. 51 32. 42室外最高温度/℃38. 00 38. 00 38. 00 38. 00室外温度波幅/℃4. 40 4. 40 4. 40 4. 40内表面热流最高值/(W /m2) 21. 92 17. 23 14. 46 14. 39内表面热流最低值/(W /m2) 15. 56 12. 25 11. 77 7. 76内表面热流平均值/(W /m2) 0. 5 0. 4 0. 73 2. 49参考文献:[1]沈致和.住宅节能原理与设计[M].合肥:安徽科学技术出版社, 2006: 1.[2]王建胜,王军.倒置式屋面在今后住宅中的地位[J].四川建筑科学研究, 2001(1): 75-76.[3]许家涌,李振宇.浅谈生态家住屋面与建筑节能[J].山西建筑, 2008, 34: 81-82.[4]唐鸣放,孟庆林.蓄水屋面强化隔热研究[J].建筑技术开发, 2000(6): 36.[5]刘少斌.蓄水屋面的设计与施工[J].湖南城建高等专科学校学报, 2000(4): 21-22.