东莞装配式钢结构住宅

东莞装配式钢结构住宅的设计与应用研究答辩人:一点导师:设计建筑与土木工程专业硕士论文绪论1试点工程建筑结构设计2试点工程墙板的设计与加工3试点工程预制楼板的设计与施工4试点工程的施工流程及经济性分析5结论与希望6目录Content研究背景装配式建筑在国内和国外的发展状况本文研究的主要内容及意义绪论第一章研究背景2013年以来，受传统建筑行业转型发展趋势及政策影响，全国各省市纷纷出台建筑产业化扶持政策.政府一致提出发展目标，呼吁在一切有条件的地方全面推行装配式建筑，摒弃传统粗放落后的建筑生产方式，发展绿色建筑。1968年日本人提出建筑产业化，即用现代化的管理模式，标准化的建筑设计，模数化、工厂化的部品生产，达到建筑部品（件）通用化，现场施工装配化、机械化及管理信息化的技术。中共中央、国务院2016年2月21日了发布《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》,完善部品部件标准，实现建筑部品部件产业化生产，鼓励建筑企业装配式施工，现场装配，建设国家级装配式建筑生产基地。建筑行业发展的需要1我国对建筑工业化的政策支持2装配式建筑的概述3装配式建筑在国内和国外的发展状况国外发展状况澳大利亚，德国，法国，丹麦，美国，日本近几十年来在装配式建筑方面发展迅速，也逐渐趋于成熟国内发展状况直至到了最近十来年，随着我国经济的迅速发展，人工成本大幅度提升，装配式施工技术和管理水平有了飞跃性的进展，装配式建筑就有了飞速发展的趋势。山东，北京、上海、沈阳、江苏、深圳等地装配式建筑逐渐发展成熟。本文研究的主要内容及意义东莞本文在通过大量搜集和查阅相关资料文献的基础上，以东莞一幢二层装配式钢结构试点工程为分析模型，对适合于装配式钢结构体系的结构体系、楼（屋)盖体系和围护体系的选取等进行了讨论，确定适合钢结构住宅的建筑方案、结构体系、围护体系、安装方法等一系列应用技术，并进行经济性分析，探寻钢结构住宅较为实用的设计施工方式，为钢结构住宅的设计、施工和推广提供一定的理论依据，推动装配式钢结构建筑的发展与应用；从装配式建筑的形式上来看，钢结构建筑无疑是最适合于工厂预制现场装配的一种结构形式。相比混凝土结构建筑，钢结构建筑具有生产简便、环保、可再回收利用的特点，有助于减少建筑垃圾的产生，符合可持续化发展的方针。发展装配式钢结构建筑同时带动相关的建筑材料、冶金化工和机械等产业的共同发展，提高建设水平和提高居住水平，促进国民经济的增长。模数化设计试点工程建筑结构设计第二章模数化实施原则及方法适宜东莞的钢结构住宅体系初探模数化设计基本概念模数化设计理念是装配式钢结构建筑产业化的基础模数化设计是标准化的一种表现形式，它是使建筑构配件和组合件实现规模化生产，使不同形式、不同制造方法和不同材料的建筑构配件、组合件符合一定模数与标准，从而达到通用性和互换性的目的，最终实现加快设计速度，提高施工质量和效率，综合降低建造成本。现代社会要求建筑走精细化道路，对于建筑设计伊始不仅要满足使用功能的要求，更需要考虑到建筑构配件便于工厂化加工，方使运输，尽量使施工难度降低并能够节约工期，同时还要绿色环保。装配式建筑与此要求非常契合，这就需要我们用模数化理念去武装它，以实现用标准化生产、建设，最终实现像做产品一样去做房子的梦想。模数化实施原则及方法设计模数化构配件加工工厂化施工简便化建筑材料绿色化010203适宜东莞的钢结构住宅体系初探钢结构住宅体系主要由以下几大部分组成支撑骨架系统围护骨架系统轻质墙体门窗及楼梯装饰外墙屋顶楼层板适宜东莞的钢结构住宅体系初探图1H型钢梁柱支撑加轻钢围护骨架系统如图1，简称H+H骨架系统1C型钢梁柱支撑加轻钢围护骨架系统如图2，简称C+C骨架系统2图2钢结构住宅的技术流派按用钢截面及骨架系统来分有1适宜东莞的钢结构住宅体系初探方钢为柱，U型钢为梁的支撑骨架系统如图3，简称e+U骨架系统3方钢为柱，H型钢为梁的支撑骨架系统如图4，简称e+H骨架系统4图3图4钢结构住宅的技术流派按用钢截面及骨架系统来分有1适宜东莞的钢结构住宅体系初探全轻钢龙骨骨架系统如图55图5模块化预制的钢结构住宅部件预制的钢结构住宅钢结构住宅的技术流派按用钢截面及骨架系统来分有1钢结构住宅的技术流派按制造方式来分2适宜东莞的钢结构住宅体系初探1欧美风格如图1图1日本风格如图22图2钢结构住宅的技术流派按地缘文化与建筑风格来分3适宜东莞的钢结构住宅体系初探支撑骨架材料型钢U型钢C型钢方钢轻钢龙骨围护骨架材料在欧美钢结构住宅中的围护（内、外墙、吊顶）骨架就是轻钢龙骨，厚度在1mn以下，而在国内主要应用于装修中。日本钢结构住宅围护骨架是自成体系的，其主要特征表现为带斜拉杆，这种结构主要是为了配合其外墙板体系，因为日式钢结构住宅的外墙板与外墙装饰板是一体的，每块表面积很小，对墙体不能提供拉紧的支护作用，因此需用斜拉杆加强支撑。钢结构住宅的技术流派钢结构住宅所用原材料4适宜东莞的钢结构住宅体系初探防火石膏板防水石膏板中、低密度水泥纤维板定向创花板轻质墙体装饰外墙轻质墙体面板保温隔热隔声材料防水材料真空挤压高密度水泥纤维板高密度水泥纤维板PVC板钢结构住宅的技术流派钢结构住宅所用原材料4适宜东莞的钢结构住宅体系初探门窗及楼梯屋顶木板压型钢板组合楼板蒸压轻质加气混凝土(ALC)楼板陶瓦水泥彩瓦楼层板高密度水泥纤维板瓦金属瓦国内普通门窗生产不论是从质量还是规格品种来看，基本都能满足市场需求。高档门窗尚需进口。钢结构住宅的技术流派钢结构住宅所用原材料4适宜东莞的钢结构住宅体系初探钢结构住宅的技术流派钢结构住宅技术流派的比较5日本(和式)流派欧美流派不同地域文化的钢结构住宅1适宜东莞的钢结构住宅体系初探钢结构住宅的技术流派钢结构住宅技术流派的比较5不同钢结构技术流派的节点比较C+C型骨架系统部分节点全轻钢龙骨骨架系统部分节点e+U或e+H骨架系统部分节点3适宜东莞的钢结构住宅体系初探钢结构住宅的技术流派钢结构住宅技术流派的比较54不同钢结构技术流派的外墙体系比较日式钢结构住宅的外墙体系欧美钢结构住宅的外墙体系其主流形式为三明治式即把墙芯与钢骨架夹于两面墙板之中和日本相比更为简单，即外墙装饰与外墙板保持独立，而且通常选用定向刨花板作为外墙，使用单向透气透水建筑纸加贴外墙面，再直接钉挂外墙饰板，内墙加装饰隔音隔热材料即可5不同钢结构技术流派的用钢量比较全轻钢龙骨骨架体系用钢量最省而且轻钢龙骨材料在我国的生产量很大骨架系统H+H骨架系统E+H骨架系统C+C骨架系统E+U骨架系统全轻钢龙骨支撑骨架（kg/㎡）65544270围护骨架（kg/㎡）5.559.547.575.5应用国家中国日本欧美日本欧美70.535适宜东莞的钢结构住宅体系初探东莞钢结构体系选定6适合东莞地区轻钢住宅的特点H型钢梁柱支撑加轻钢围护骨架系统(即H+H骨架系统)是首选试点工程所用梁柱构件钢柱钢梁钢结构住宅常用墙板形式试点工程墙板设计墙板与主体结构连接点设计试点工程墙板的设计与加工第三章试点工程楼梯形式钢结构住宅常用墙板形式结构工程中常用的内墙体有混凝土小型空心砌块墙体蒸压加气混凝土砌块玻璃纤维增强水泥板（GRC板）轻质蒸压加气混凝土板（ALC板）钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板钢筋混凝土绝热材料复合墙板现场组装的复合型墙板试点工程墙板设计试点工程墙板采用形式外墙体形式试点工程墙板采用形式内墙体形式试点工程采用轻质混凝土条板内墙墙体材料为蒸压加气混凝土墙板构造内到外，其结构分别为结构层+保温层+保护层墙体上部支座墙体底部支承支座外墙板采用上挂下撑式连接，为保证钢结构主体与挂板的连接为柔性连接，底部为外墙的支撑接节点，墙板的自重由墙板下端的两个承座极承受，属于摆动型墙体。保温层构造保温层与内叶接触的面上分别设置纵向及横向凹槽，横向凹槽及纵向凹槽四交叉排列，内叶层内表面相应设置纵横西起，与保温板凹槽相互嵌合，使得保温层的厚度增大，在提高保温效果的同时，减轻墙体的自重试点工程墙板设计试点工程墙体接缝设计所用复合墙体的接缝处理考虑气密性保温隔热性水密性试点工程墙体接缝设计复合墙体接缝技术采用材料填缝防水在两块墙板板缝之间内衬聚乙烯塑料板材，并填充弹塑性和耐老化性良好的高分子密封胶，最后勾缝保护处理。构造防水构造防水接缝形式是通过企业缝、高低缝、槽口等构造形式减缓雨水在重力、气压差、毛细作用等作用下的渗透，达到防水的目的墙板与主体结构连接点设计钢结构墙板与主体现普遍采用的连接方式连接节点一在工厂预制的外墙板内预埋钢板，然后，根据现场的尺寸制作直径10mm的U型钢筋卡，U型卡的两端分别伸入50mm长的钢套管（内径14mm）内，一端钢套管与外墙板的预留钢板焊接，另一端钢套管与钢架钢柱焊接。上述安装方法表明，外墙板的安装需要大量的现场焊接工作，U型钢筋卡长度现场确定，很难形成标准化构件。而且外墙板与钢柱和钢架的缝隙大小不一，有的甚至达到10mm，填缝工作量较大，也成为渗水和漏水的潜在通道。在墙板底部位置，将角钢柱架焊接在钢梁、钢柱上，使墙板支撑定位，在墙板顶部位置，用穿过墙板的长螺栓及螺母将墙板与焊接在钢板，钢柱上的连接板紧固成一体。虽然此装置解决了将墙板与钢框架结构连接固定的问题，但是需利用在预制墙板上预留孔洞，长螺栓穿过后再用水泥砂浆或细石混凝土抹平，工序多且易产生裂缝，极易形成渗水通道，用于外墙板时，工人需要在室外将长螺栓穿过墙板，安装费时且不安全，焊接在钢架，钢柱上的角钢托架结构复杂且费工费料。连接节点二墙板与主体结构连接点设计综合以上两种连接形式的优点，我们设计了一种可以迅速方便地把预制混凝土复合墙板和钢框架结构连接固定成一体的连接装置，并在本示范工程中使用，一部分作为预焊件，与混凝土复合墙板浇筑在一起。另一部分包括焊接在钢框架上的连接板以及固定螺栓连接板上设置有椭圆形中孔，固定螺栓与内丝套管螺纹连接。试点工程外挂式预制墙体连接构造每块墙板边缘设置6个预埋件，将预埋件放在墙模板的设计位置，浇筑成墙板的一部分，预埋钢板与墙板外侧面平齐，用外包塑料带的聚苯板封堵内丝套管端口，以防混凝土进入；将墙板吊至钢框架的合适位置，使内丝套管的内孔与焊接在钢架或钢柱上的连接板的开孔对齐；将固定螺栓穿过焊在钢梁、钢柱上的连接的孔拧入内丝套管中，将复合墙板与钢框架紧固成一体。试点工程楼梯连接方式试点工程采用分离式的预制钢筋混凝土楼梯，梯段采用工厂预制，楼梯平台及休息平台采用PK叠合楼板。上端分离式预制楼梯的楼梯段上端与楼梯平台采用铰接式连接。在预制时支座处预留孔洞，现场采用栓接。下端支座处预留孔洞，以M20螺栓连接，孔洞内不填充物体，并在孔洞与钢梁接触面上满铺石墨，形成滑动支座。梯段与楼面层采用弹性材料（沥青麻丝）填缝。上端支座采用锚栓栓连接，孔洞内及楼面层水平缝进行二次灌浆处理。在施工过程中，用起吊设备将楼梯调运就位，再安装固定，安装快捷，避免了现浇楼梯中的钢筋位移问题。施工过程中没有设置临时支撑，不阻碍现场人员通行，设置临时栏杆以后，可以作为施工期间的施工通道。钢结构住宅常用楼板试点工程预制楼板的设计与施工第四章PK预应力混泥土叠合板试点工程PK板设计结构住宅常用楼板我国钢住宅中常用的楼板（屋面板）形式主要以下4种现浇钢筋混凝土楼板缺点1.跨度、承载力有限.2.裂缝控制能力较差.3.耗材多、造价高4.施工工艺复杂，施工周期长。压型钢板-混凝土组合楼板缺点往往采用镀锌钢板，需进行防火防腐处理，增加材料费用，同时，楼板表面装饰需要吊顶，增加装修费用，降低楼层净高。钢筋桁架混凝土组合楼板缺点现场需湿作业，容易腐蚀建筑主体结构预制预应力混凝土叠合楼板缺点大多数肋叠合板铺设管线不方便、钢筋的绑扎较麻烦，板厚相对偏大，所以抗减、抗震性能相对实心板较差PK预应力混泥土叠合板1.预制构件为T形带肋预制薄板，同时由于设置了板肋，使得预制构件在运输及施工过程中不易折断。2.预制薄板板肋上预留长方形孔，孔内布置横向钢筋后形成双向受力楼板，同时叠合层混凝土浇筑后，肋上孔洞内混凝土具有销栓作用，加强了叠合后楼板的整体性，此外，预留孔洞还可以方便布置楼板内的预埋管线。3