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装配式钢结构建筑专利技术项目介绍

来源:www.yngzj.cn 发表时间:2018-10-18

一、项目背景

  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》指出,要大力推广装配式建筑,减少建筑垃圾和扬尘污染,缩短建造工期,提升工程质量。要求“制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准,实现建筑部品部件工厂化生产。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。加大政策支持力度,力争在10年左右时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”。我国现有的传统技术虽然对城乡建设快速发展贡献很大,但弊端亦十分突出:一是粗放式,钢材、水泥浪费严重;二是用水量过大;三是工地脏、乱、差,往往是城市可吸入颗粒物的重要污染源;四是质量通病严重,开裂渗漏问题突出;五是劳动力成本飙升,招工难管理难质量控制难(这一条恰恰是最本质的)。这表明传统技术已非改不可了,加上节能减排的要求,必须加快转型,大力发展装配式建筑。

  政府:大力发展钢结构和装配式建筑

  政府表示,要加强城市规划建设管理。增强城市规划的科学性、权威性、公开性,促进“多规合一”。开工建设城市地下综合管廊2000公里以上。积极推广绿色建筑和建材,大力发展钢结构和装配式建筑,提高建筑工程标准和质量。前瞻产业研究院发布的《2017-2022年中国钢结构行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》,从行业整体规模来看,目前我国钢结构产量占比仍然很低,2016年我国钢结构产量占粗钢产量占比仅6.93%;从细分领域来看,2016年我国钢结构建筑中住宅占比仅4.1%,而欧美日等发达国家达到30%-50%,相比之下,我国的钢结构住宅占住宅总量的比例微乎其微,表明我国钢结构行业未来发展的潜力巨大,行业的投资前景非常好。

  各省出台优惠政策强力扶持

  国内28个省市自治区相继出台了装配式建筑目标及补贴相关政策,助力装配式建筑大发展。以下列举上海扶持政策:

  上海市

  目标:“十三五”期间,全市装配式建筑的单体预制率达到40%以上或装配率达到60%以上。外环线以内采用装配式建筑的新建商品住宅、公租房和廉租房项目100%采用全装修——《上海市装配式建筑2016-2020发展规划》

  保障:符合装配整体式建筑示范的项目(居住建筑装配式建筑面积3万平方米以上,公共建筑装配式建筑面积2万平方米以上。建筑要求:装配式建筑单体预制率应不低于45%或装配率不低于65%),每平方米补贴100元。——《上海市建筑节能和绿色建筑示范项目专项扶持办法》

  二、项目优势

  钢结构是绿色产业

  钢结构建筑是绿色建筑,钢结构施工是绿色施工。钢结构工业化程度高,施

  工周期短、现场用工少、劳动生产率高,而且品质易保证;施工占地少,可干式施工,节约用水,产生的噪音小、粉尘少;钢材可回收利用,减少建筑垃圾和环境污染。在建筑工程领域推广钢结构是建筑业发展循环经济的重要内容,是传统土木建筑业的转型与升级。

  钢结构是民生产业

  钢结构建筑自重轻、强度高、塑性好,使建筑的高度和跨度得以不断突破,建筑的可利用空间更大,且抗震性能优越,有利于民生。

  钢结构是朝阳产业

  目前,我国建筑钢结构的用钢量仅占钢产量的4%,而发达国家这一比例已超过30%。我国钢结构建筑在全部建筑中所占比重不到5%,而发达国家则超过50%。我国发展建筑钢结构产业物质经济基础也完全具备,国家实施了“积极用钢”政策,再加上“一带一路”国家战略的实施和建筑工业化的快速发展,预计包括“十三五”在内的未来30年将是我国钢结构产业黄金发展期。

  总的来说,钢结构具有节省人力资源、提高生产效率、确保品质功能等优势。在建设领域广泛应用钢结构,能有效推动绿色建筑可持续发展、促进产业结构调整、化解钢铁产能过剩,成为供给侧改革的有效载体。中国的钢铁产能远远不在于真的过剩,问题在于开发利用不够,在供给侧改革的春风下,钢结构产业发展潜力巨大。

  绿色环保:主体结构钢材100%回收再利用;集成部品材料100%环保。 昆明彩钢瓦

  宜居舒适:保温隔热、防水抗渗、降噪隔声等关键领域性能优越。

  灵活拓展:主体为框架结构,空间按需分割、灵活多变。

  抗震耐久:主体结构采用高性能钢材,延展性高、可塑性好、抗震性能优越。

  施工便捷:标准化、模数化设计、工厂预制、现场装配化施工,有效缩短施工周期约三分之一。

  经济适用:增加使用面积4%-8%、综合造价低。

  环境友好:现场施工垃圾减少70%,现场湿作业少,减少用水量,提高施工效率,对环境污染小,减少了噪音污染,光污染,空气污染,废水,废弃物的排放。

  三、行业现状

  钢筋混泥土装配式建筑

  预制的梁柱需要临时支护固定,节点处需要现场绑扎钢筋支模板后浇注,梁、墙板、楼板边缘钢筋外露,现场连接加固和浇注。特点是现场湿作业多,临时支护多,质量不易控制,施工现场杂乱,施工危险性因素多。

  现在运用较多的钢结构建筑

  采用H型钢梁钢柱,装配式只体现在梁柱安装及使用钢筋桁架楼承板,未使用装配式墙板和楼面板,装配率低,现场焊接量大,现场湿作业多,现场浇筑量大,各种砌体多。

  远大装配式钢结构建筑
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  钢柱焊接有斜支撑,钢柱按层分段,并且上柱下柱不是刚性连接。以一种厚约三十厘米,上下面层焊钢板,中空的大板作为楼面板,并且大板代替梁。外墙采用复合墙板。缺点是结构体系不明确,不能建立计算模型,没有相关规范,建筑布局也不够灵活,局限性较大。

  杭萧钢构钢结构建筑

  这个技术用中空腔体的钢板墙代替了钢柱和墙板,腔体内现浇混凝土。钢梁仍采用H型钢,楼面板为现浇钢筋桁架楼承板。技术的缺点是用钢量偏大,墙板高空焊接质量不易保证、腔体内灌注混凝土密实度无法保证、钢板墙内包和外包质量不易控制、梁与钢板墙的节点需要补强、现场湿作业多,整体装配率低。

  四、技术、研发

  以上介绍了国内装配式建筑的几种主要形式,每种形式有它的优点,也存在着明显的局限性。在装配式建筑大发展的今天,全行业热切的期盼着有一种全新的、装配率高、安全可靠、绿色环保、工业化程度高、施工安全、简单高效、经济实用、结构灵活、使用舒适的装配式建筑技术。

  装配式建筑是未来建筑行业发展的必然趋势。过去中国爆发式的增长是伴随巨大的资源消耗和浪费,以及牺牲我们的居住环境为代价的。目前中国经济发展进入到一个新常态,各个行业都必须告别过去粗犷式的发展方式,以技术创新为驱动,转型升级,开创行业新时代。中国房地产市场正在告别粗犷式发展模式,从爆发式增长到逐渐平稳的市场需求,迎来的是绿色装配式建筑发展的春天。

  目前国家大力推动绿色装配式建筑的发展,国家希望装配式建筑绿色环保、节能、工业化程度高、有较高的装配率。建设单位希望建成装配式建筑经济实用、质量可靠。施工单位希望建造过程简单高效、安全、成本及质量可控。施工人员希望施工安全、劳动强度低、工作效率高。用户则希望房屋经济实用、结构多样、使用舒适。

  正是基于这个出发点,逐渐形成了一整套装配式钢结构建筑的新方法新技术。目前这个技术已经获得了国家实用新型专利,发明专利正在申请当中。

  本装配式钢结构建筑专利技术的特点

  1、结构形式

  本装配式钢结构建筑仍采用框架支撑体系。框架支撑体系是一个非常成熟可靠且实用的建筑体系,应用范围极其广泛。国内外所有建筑行业软件都支持这一体系,可以非常容易的建立计算模型,从理论计算上保证建筑安全可靠。

  本专利另一显著的特点是:所有钢柱钢梁采用箱型截面。H型钢又叫工字钢,始于全球工业化,是非常好的工业厂房建筑选材,一直被沿用。然而作为民用建筑材料,它存在一些缺点,如凸梁凸柱、截面过大占用使用空间、梁柱都需填充腹板空位、外观需要包裹处理等。而箱型,又叫矩形截面,具有优于H型截面的力学性能,较小的截面尺寸,很好的外观后处理效果,在民用建筑领域有更好的应用前景。在民用建筑领域,箱型截面一定会逐步替代H型截面,成为最主要的建筑用材。

  2、箱型钢柱

  本专利技术的钢柱采用箱型钢柱,箱型钢柱直接成型,材料性能好,强度高。本技术的钢梁也是采用箱型钢梁,钢梁和钢柱的连接节点采用独创的箱型短牛腿连接件。这个短牛腿连接件截面小于钢梁,厚度大于钢梁,上面开孔为带内螺纹的孔,钢梁上也在对应位置开孔,实现卡扣式螺栓连接,也可采用塞焊形式连接,必要时增加焊接作业。这种连接方式节点强度高、安装快速、安全、就位即稳定,大幅提高了提高了工作效率。并且钢柱牛腿处可开孔与钢梁连通,后期可以在钢柱钢梁内贯通式浇筑混凝土或轻质混凝土,大幅提高结构强度和防火等级。

  3、箱型钢梁

  本专利技术中的钢梁也为箱型钢梁,钢梁的主梁和次梁也采用了箱型短牛腿卡扣式加螺栓连接,或塞焊连接的形式。具有节点强度高,安装过程安全、快捷高效的特点。钢梁上焊接长条形钢板或角钢,起支托楼面板和后期填缝止漏的作用。同时焊接有一个较小的箱型短牛腿连接件,也用于支托楼面板并实现卡扣式连接。

  4、预制轻质墙体板

  本专利技术的墙体板采用轻质发泡混凝土为主要材料,这种材料具有优良的保温隔热、隔音、防火的功效。同时大幅减小了建筑物的自重,提高了抗震等级。墙体板内设置适当设置钢筋,钢筋与设置在板四边的U型连接件焊接,U型连接件与焊接在钢梁钢柱上的板连接件螺栓连接或塞焊连接。这种做法可以快速稳定墙体,不需临时支护,安装完成工人即在室内施工,安全性大幅提高。

  5、预制嵌入支剪力墙板

  本专利技术的支撑结构采用焊接或热轧型钢,与传统建筑不同的是:支撑型钢埋入预制的墙体中,在墙体角部型钢处焊接钢板,与焊接在钢柱上的钢板件通过螺栓或塞焊、焊接等形式连接。墙内适当布置钢筋,墙体四边预埋一种U型连接件,与焊接在钢梁钢柱上的板件连接。墙体可采用轻质材料。这种做法使得墙体和支撑合并,减少现场部件数量,使主体结构和墙体能同时完成。

  6、预制楼面板

  本专利技术中的楼面板采用预制钢筋混凝土楼面板。板内布置上下两层钢筋网,板的四边预埋一种口向下的U型连接件,连接件两侧焊接双层钢板,板内的钢筋与双层钢板焊接连接。板的上表面具备足够的粗糙度或钢筋外露,以便后续布置管线后二次浇注面层。板边的U型连接件与钢梁上的短牛腿连接件实现卡扣式连接,可以采用螺栓,也可进行塞焊连接。这种工艺做法使得楼面板能够随着结构同时施工,安装楼面板后室内处于安全状态,方便后续施工。工程进展迅速。

  7、预制填芯钢梯

  本专利技术中的楼梯采用钢梯,是因为钢梯相对于预制混泥土楼梯重量轻,安装方便。楼梯斜梁仍采用矩形管,与钢梁上的短牛腿连接件实现卡扣式连接,可以螺栓连接或塞焊。踏步位于斜梁上方,两侧用钢板焊接封住,下部也可用薄钢板封住。为提高楼梯防火等级,可在封闭的空间内浇注发泡混凝土。此种做法的楼梯外观美观,安装方便,重量轻,避免了建筑物局部荷载过重的情况。

  户型方案及结构体系

  一:小高层结构方案设计原则:

  小高层一般为11-18层(30-60m),抗震设防烈度为8度(地震加速度为0.2g)。 昆明钢结构

  推荐结构形式:

  1、钢框架结构

  2、钢框架支撑结构

  推荐理由:

  参照安全、经济、适用原则,技术最成熟、安全度最高、最经济的两种结构形式。柱内无需内灌混凝土,为保证隔声防火要求,可内灌轻质发泡混凝土。

  二:高层结构方案设计原则:

  高层一般为19-30层(60-100m)。

  推荐结构形式:

  1、钢框架-支撑结构(内灌混凝土)

  2、钢框架-阻尼墙结构

  推荐理由:

  在高层建筑中,低烈度区采用内灌混凝土钢柱,抗侧力体系采用支撑是最优的结构体系,用钢量最经济。采用此种结构体系能够有效降低建筑柱梁截面尺寸,提高建筑使用面积。

  

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