鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計的難點探討

1、鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計的難點探討張述誠1 , 朱龍濱1 , 黃茵2(11 上海冶金設(shè)計研究院 建筑分院 , 上海 200070 ; 21 上海寶山鋼鐵 (集團)公司 設(shè)計研究院 , 上海 201900)摘 要 : 對幾個鋼結(jié)構(gòu)住宅項目設(shè)計施工中遇到的實際性問題進行了分析 ,并就其處理 方法進行探討 。關(guān)鍵詞 : 鋼結(jié)構(gòu) ; 住宅 ; 建筑防火 ; 防腐 ; 設(shè)計中圖分類號 : tu 391文獻標識碼 : adiscussion on diff icult points f or design of steel structure housingzha ng shu2cheng , zhu long2b

2、in , hua ng yinabstract : the p ractical p ro blems enco untered in t he design and co nst ructio nof several steel st ruct ure ho using p roject s were analyzed , and t he t reat ment met h2o ds were also discussed1key words : steel st ruct ure ; ho using ; building fire p rotectio n ; co rro sio n

3、 p re2ventio n ; design隨著我國改革開放和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展 ,我國 的 鋼 產(chǎn) 量 已 經(jīng) 躍 居 世 界 鋼 產(chǎn) 量 第 一 位 。1996 年以來 , 我國的鋼產(chǎn)量已連續(xù) 7 a 突破了1 億 t , 2002 年我國的鋼產(chǎn)量達 116 億 t 。大量 的鋼產(chǎn)量帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展 , 而我國 的房地產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展卻沒有能夠非常好的促 進建筑用鋼的發(fā)展 。怎樣發(fā)展建筑用鋼是擺在 我們面前的一個重要課題 。為此 , 建設(shè)部 、國 家冶金工業(yè)局成立了建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)小組 , 制定了建筑用鋼發(fā)展計劃 : 爭取到 2010 年我 國建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達到鋼材總產(chǎn)量的 5 %左

4、右 (我國 1999 年建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼占鋼產(chǎn)量的比例 僅有 115 % , 發(fā)達國家建筑用鋼占鋼材產(chǎn)量的 比例都在 10 %以上) 。國家建設(shè)部已決定在全國住宅建筑中推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu) , 上海市已制定了在房地產(chǎn)開發(fā)中鼓勵采用鋼結(jié)構(gòu)的政策 。 我們先后設(shè)計了中福花苑一期 、中福城二期和中福城三期三個項目 , 總建筑面積分別為11 萬 m2 , 6 萬 m2 和 5 萬 m2 。此三個項目均為 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅 , 在設(shè)計與建設(shè)過程中遇到一 些有關(guān) 鋼 結(jié) 構(gòu) 的 技 術(shù) 問 題 , 有 的 已 經(jīng) 得 以 解 決 , 有的仍在尋求更好得方法 。在此將這些問 題列舉出來 , 以便在其它的工程中加以注意

5、 , 使這些問題能夠得以更好的解決 。1建筑防火建筑防火問題一直是建筑設(shè)計中所需認真解決的重要課題 。特別是 “9111”事件發(fā)生以后 , 人們對鋼結(jié)構(gòu)的防火問題產(chǎn)生了一定的懷 疑 。然而 , 世貿(mào)中心畢竟是一個特例 , 筆者認 為 , 即使防火性能較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) , 在 幾萬升的航空汽油的燃燒下 , 同樣的悲劇也是收稿日期 : 2004 - 06 - 06作者簡介 : 張述誠 (1971 - ) ,男 ,山東煙臺人 ,上海冶金 設(shè)計研究院工程師 ,學士 ,主要從事建筑設(shè)建筑專家所潛心研究的課題 。這一領(lǐng)域中防火涂料的使用最為廣泛 。111 防火涂料為了滿足建筑設(shè)計防火規(guī)范 ( gbj

6、16- 87) 規(guī)定 , 柱梁外的防火涂料只需根據(jù)各種 防火涂料的耐火性能及耐火極限要求 , 滿足厚 度相應(yīng)的厚度 。特別是在鋼結(jié)構(gòu)辦公 、商業(yè)建 筑方面 , 此類防火處理方法尤為突出 。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中 , 此種處理方法卻有一定 的難度 。鋼結(jié)構(gòu)梁現(xiàn)在均為 “工”字型梁 , 經(jīng)防 火涂料處理后 , 為了對防火涂料進行保護 , 外側(cè) 需要加保護層 , 通常采用石膏板 , 以保證防火涂 料在裝筑室內(nèi)裝潢時的完整性和美觀性 。然而 , 防火涂料存在著一定缺陷 , 即其耐 久性遠遠低于建筑物本身 , 所以防火涂料的后期維護是非常重要的 , 然而在住宅中防火涂料 的維護是非常困難的 。112 防火板在西

7、方發(fā)達國家 , 防火板的應(yīng)用已較為普 遍 。防火板可以根據(jù)梁柱的不同形狀 , 對鋼梁 進行包裹 , 使其達到所需的耐火極限 。防火板 的耐久性比防火涂料更長 , 其今后維護都比防 火涂料更為方便 , 然而防火板的初期造價比防火涂料要高 , 對于房產(chǎn)公司來說 , 房屋的投資成本不能不說是一個制約發(fā)展的障礙 。降低防 火板的造價 , 將大大促進防火板的應(yīng)用 。113 外包砼在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計中 , 外包混凝土是解決 鋼梁及鋼柱防火 、防腐的最好措施 , 這種方法利于防火層的耐久性及今后的維護 。然而鋼結(jié) 構(gòu)的特點應(yīng)該是自重輕 、施工快 , 鋼柱 、鋼梁 外包砼后 , 增加鋼結(jié)構(gòu)的安裝時間 , 模板澆

8、搗 混凝土 的 時 間 比 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 的 時 間 一 點 沒 減 少 , 鋼結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)勢便失去了 。此種方法在 鋼結(jié)構(gòu)住宅中不宜推廣 。114 耐火耐侯鋼時間內(nèi)也無法生產(chǎn)出無需保護就滿足防火規(guī)范的鋼材 , 但這畢竟是一種新的防火思路 , 怎樣 充分利用這一特點還需做大量的研究 。對于此 種鋼材與以上三種防火材料的共同作用下的防 火規(guī)定尚未出臺 。不管采用以上四種哪種方法 , 有一個共同 點就是鋼結(jié)構(gòu)在進行防火處理時 , 其截面積都 人為加大了 , 這需要對鋼結(jié)構(gòu)防火處理進一步 加強研究 。鋼結(jié)構(gòu)的防腐相對于防火問題 , 防腐 處 理 要 簡 單 的 多 。 然而防 腐 處 理 相

9、對 于 防 火 處 理 更 應(yīng) 該 加 以 重 視 。因為鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過溫度的不斷變化及水汽 、 電解質(zhì)的影響 , 生銹老化的可能性在任何部位 都再發(fā)生 , 而且這種情況隨時都在進行 。怎樣 保證 50 a 中一幢建筑滿足其應(yīng)有的強度 , 首先 應(yīng)該是使鋼結(jié)構(gòu)老化不能過重 。而且鋼結(jié)構(gòu)之 間的互相關(guān)聯(lián)性 , 使每一個鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件都需滿 足其足夠的強度 。寶鋼的耐火耐侯鋼從材料的 材質(zhì)本身著手 , 不失為一種好的做法 。再配合 傳統(tǒng)的利用防腐涂層的處理方法 , 鋼結(jié)構(gòu)的防 腐應(yīng)該是能夠很好解決 。23鋼結(jié)構(gòu)的配套墻體材料鋼結(jié)構(gòu)有自重輕的特性要求 。因此 , 與其相配套的墻體材料亦需要具有此特性 。在中

10、福地產(chǎn)置業(yè)公司的三個項目中 , 均采用了蒸汽砂 加氣混凝土砌塊或墻板 。此種材料在日本和歐 洲的用量很大 , 具有以下特點 : 自重輕 , 容重 為 400850 kg/ m3 , 僅為磚墻的 1/ 3 , 隔熱性 能好 , 熱傳導率平均值為 01131 cal/ mh , 僅為 混凝土的 1/ 10 , 在當前所提倡的節(jié)能住宅中是 一種較為理想的材料 。耐火防火性能好 , 150 mm 厚該砌塊墻的耐火極限已經(jīng)達到 4 h 。此種 材料本身為無機物 , 不燃燒 , 不會產(chǎn)生有毒氣 體 。隔聲性能好 , 200 mm 厚表面未粉刷墻體 , 計權(quán)隔聲量為 44 db , 如雙面粉刷 20 mm

11、水泥 砂漿 , 計權(quán)隔聲可達 49 db 。同時此種材料由 于塊材本身在加工過程中尺寸誤差小 , 所以具在鋼材中加入多種合金材料 ,使鋼材本身達到一定的耐火性能 , 這種鋼材已經(jīng)在寶鋼加以生產(chǎn) 。此種鋼材的耐火性能雖然有所提高 ,但與消防規(guī)范所規(guī)定的耐火極限相去甚遠 , 短有較高的精確性 , 并可切鋸 、鏤線槽 , 易于加工 。在實際的設(shè)計及實踐過程中 , 此類材料是 相配套的較好的建筑材料 , 作為內(nèi)墻配套材料 具有更明顯的優(yōu)勢 。而作為外墻材料時 , 由于 鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)與砌塊間的巨大差異 , 使這兩種材 料的接縫處的防水是一個薄弱環(huán)節(jié) 。與其相配 套的 p e 棒可以處理這一難題 , 此種材

12、料彈性 好 , 是一種良好的接縫材料 , 但仍受到施工技 術(shù)所留縫寬及價格的影響 , 較難推廣 , 且需要 經(jīng)過時間的考驗 。外墻鋼梁的防護與處理是另一大難題 。由 于鋼梁的特殊性 , 在中福城二期項目中 , 我們 嘗試使用了南京旭建建筑材料公司生產(chǎn)的 al c 板 (輕 質(zhì) 加 氣 混 凝 土 板 ) , 此 種 板 為 外 掛 板 , 利用鉤頭螺栓將此種板掛在鋼梁的外部 , 較好 的解決了室外鋼梁的外包問題 ( 見圖 1) 。但此 種板在較高的建筑上的應(yīng)用實例還較少 , 特別 在國內(nèi)還沒有 。各種管線與鋼梁的關(guān)系(1) 由于第一個項目中經(jīng)驗不足 , 在中福 城二期項目中存在著電線電纜管線難

13、以穿過鋼 梁的問題 。為了解決這個問題 , 中福城三期項 目設(shè)計時 , 在鋼梁的翼緣板上每 1 000 mm 開 一個 25 mm 的圓孔 , 使電線管可以通過此孔 順利地穿過并且不外露 (見圖 3) 。4a1 翼緣無穿孔b1 翼緣無穿孔圖 3 鋼梁翼緣大樣(2) 空調(diào)和消防噴淋管線的穿梁問題 。在 鋼筋混凝土建筑或磚墻中 , 可以利用墻面穿孔 設(shè)備很方便地開鑿出所需要的孔洞而對原有結(jié) 構(gòu)基本不造成破壞 , 而鋼梁上開洞卻對原有結(jié) 構(gòu)造成很大影響 。為了解決此問題 , 我們設(shè)計 時在鋼梁的腹板上每根梁預(yù)留多個 110 mm 的 圓孔 , 這有利于空調(diào)管線順利穿過鋼梁 , 避免 了各種管線從梁下

14、穿過的尷尬 。二次裝潢的配合對于不同的消費者有其不同的裝潢需 求 , 使得對建筑的技術(shù)要求應(yīng)該是利于建筑室內(nèi)裝 潢 , 特別是在各種裝潢構(gòu)件的固定方面應(yīng)該是 方便快捷的 , 磚混結(jié)構(gòu)及砼結(jié)構(gòu)均具備了此種 特點 , 可以利用膨脹螺栓簡單的做到這一點 。 由于鋼結(jié)構(gòu)的特性 , 使鋼結(jié)構(gòu)無法解決這一問 題 。在 設(shè) 計 中 , 首 先 要 從 住 戶 的 角 度 進 行 設(shè) 計 , 在建筑設(shè)計過程中就考慮到裝潢設(shè)計 , 考 慮到不同業(yè)主的各種裝潢可能性 , 對鋼柱鋼梁 進行合 理 布 置 。然 而 此 種 做 法 必 然 有 其 局 限 性 。對于鋼結(jié)構(gòu)住宅 , 最好的建筑裝潢應(yīng)該是 菜單式的 ,

15、由開發(fā)商進行建筑裝潢 , 這樣可以 充分考慮到原有建筑的結(jié)構(gòu)合理性 , 并配合土 建施工預(yù)留各種固定件和預(yù)留開孔 , 有利于建(下轉(zhuǎn)第 17 頁)5圖 1 室外鋼梁外包大樣鋁板 幕 墻 由 于 其 重 量 輕 、保 溫 隔 熱 性 好 , 立面美觀等特性 , 在近幾十年已經(jīng)發(fā)展成為一種 成熟的建筑體系 。中福城三期項目中 , 我們將幕 墻引入了鋼結(jié)構(gòu)住宅 , 利用幕墻與鋼結(jié)構(gòu)的可靠 連接 , 對住宅本身的防水和建筑的立面效果都起 到了很好的作用 (見圖 2) 。然而幕墻較高的價 格也是制約其推向住宅的一個不利因素 。圖 2 幕墻與鋼結(jié)構(gòu)連接大樣邊坡工程部位嚴禁采用大爆破施工 。方法提出嚴格要求

16、 , 包括雨季施工的要求 ;(3) 對重點邊坡 , 應(yīng)設(shè)計并實施監(jiān)測方案 ,監(jiān)測成果指導設(shè)計施工 ;(4) 貫徹 “動態(tài)設(shè)計 、信息化施工”的原 則 , 加強對高邊坡設(shè)計施工的管理 。 4 體會(1) 高邊坡設(shè)計前需要收集詳細的地質(zhì)資料 , 包括穩(wěn)定性計算的地質(zhì)資料和工程地質(zhì)類 比所需相關(guān)資料 , 充分可靠的基礎(chǔ)資料是高邊 坡設(shè)計成功與否的關(guān)鍵 ;(2) 考慮 高 邊 坡 工 程 的 特 殊 性 和 風 險 性 ,除防治工程設(shè)計外 , 還應(yīng)對高邊坡施工程序和參考文獻 :12gb 50330 - 2002 ,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范s 1cecs 22 :90 , 土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范s 1(上接

17、第 13 頁)筑本身的合理性 , 并且避免了二次裝修造成的 浪費 。隨著人們意識的提高及房產(chǎn)事業(yè)的規(guī)范 發(fā)展 ,裝修房的上市必然會給鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā) 展提供一個良好的舞臺 。以上是筆者近幾年在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的一點體會 ,希望鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計的同行們能在此得到一點啟發(fā) , 共同為我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展 做出貢獻 。 參考文獻 :gbj 16 - 87 ,建筑設(shè)計防火規(guī)范s 1gb 50045 - 95 ,高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范s 112大型建筑要執(zhí)行超限高層抗震設(shè)防規(guī)定建設(shè)部近日下發(fā)有關(guān)通知 ,要求大型公共建筑要嚴格執(zhí)行超限高層建筑抗震設(shè)防有關(guān)規(guī)定 。通知指出 ,凡在抗震設(shè)防區(qū)進行的 ,超出國家現(xiàn)行

18、規(guī)范 、規(guī)程規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型的高層建筑工程 ,體 型特別不規(guī)則的高層建筑工程 ,以及有關(guān)規(guī)范 、規(guī)程規(guī)定應(yīng)當進行抗震專項審查的高層建筑工程 ,建設(shè)單位應(yīng)向工程所 在地的省 、自治區(qū) 、直轄市建設(shè)行政主管部門專項報審 ,由省級建設(shè)行政主管部門組織專家委員會 ,開展抗震設(shè)防專項 審查 ,并將審查意見作為施工圖審查的依據(jù) 。要高度重視設(shè)計方案的評審 ,確保結(jié)構(gòu)體系合理 。對設(shè)計方案要進行科學評審和優(yōu)化 ,在考慮建筑造型要求時 ,要 把技術(shù)可靠性放在首位 。建筑方案評審應(yīng)吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計方面專家 。對于異型結(jié)構(gòu) 、大跨度結(jié)構(gòu) ,建設(shè)單位應(yīng)組織專家 對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案仔細論證 ,必要時應(yīng)進行模型試驗 。建設(shè)單位應(yīng)在合同中約定 ,工程項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計負責人應(yīng)到現(xiàn)場 檢查工程重要結(jié)構(gòu)部位的質(zhì)量狀況 。要嚴格執(zhí)行施工圖審查制度 。施工圖設(shè)計文件完成后 ,須進行審查 ,審查的重點是地基基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)體系的安 全性 ,以及施工圖設(shè)計文件是否符合工程建設(shè)標準強制性條文 。必要時 ,應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)計算軟件進行校核分析 。