钢-砼组合结构住宅建筑体系简介

　　摘要：钢-砼组合结构住宅体系是借鉴钢-砼组合结构在高层、超高层公共建筑中的成功经验及科技成果，结合住宅建筑的特点，经过辨证综合、统筹优化而探索出的一条具有中国特色的钢结构住宅体系。通过两年多的试验研究及工程实践的验证，该体系不但是可行的，而且可以取得显著的技术经济和社会效益。得到了有关领导和各方专家的基本肯定，已被列入天津市科技发展计划，同时已申报了建设部科技项目。钢-砼组合结构住宅建筑体系的设计构思也已申报国家专利，并已被国家知识产权局初审通过（专利申请号：00102949.5）。
　　关键词：组合结构 住宅 设计
　　1、体系的基本构成
　　??钢-砼组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框-撑结构体系。
　　??钢管砼柱，是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼，形成两种材料相辅相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点，一般每三层为一个制作安装单元，整根钢管柱一次吊装就位，为主体结构安装创造了流水作业的条件。
　　??钢骨砼梁，是在钢梁周围配置钢筋，浇注砼后使钢骨与砼成为一体共同工作的组合结构构件。由于钢骨的存在使得构件延性得到很大改善，其变形能力强，抗震性能好，承载力高。混凝土对钢骨的包裹解决了钢结构的防腐、防火问题。施工时钢梁骨架有较大的承载力，可大大节省模板工作量。
　　??抗侧力支撑，是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架体。考虑建筑专业的门窗布置，在不影响建筑功能的前提下，支撑可以采用X型、单斜杆型、人字型、W型等形式，还可采用偏心耗能支撑。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙，不仅减轻了结构自重，而且提高了结构延性，对于优化抗侧刚度，改善抗震性能起到了积极抗震的作用。
　　??双向轻钢密肋组合楼盖，是由钢筋或小型钢焊接的单榀珩架正交成的平板网架，并在网格内嵌入五面体无机玻璃钢模壳而形成双向轻钢密肋楼板。施工时利用平板网架自身的强度、刚度，并配合1-2点临时支撑即可完成无模板浇注砼作业。钢框梁、轻钢珩架被砼包裹形成双向组合楼盖，不仅增加了楼板的刚度，而且其防火、防腐问题也迎刃而解。利用模壳内形成的空腔，既可以暗敷各种水平设备管线，也可作为改善楼盖隔音的有效措施。
　　??复合外墙板，是由陶粒砼与轻钢龙骨构成的组合结构外墙，内浇发泡砼保温，并敷内墙面板而组成。该墙板工厂化预制生产，现场安装，基本取消了湿作业。其传热系数为0.829，已满足天津市二步节能标准的要求。
　　??2、体系的基本特点
　　??（1）符合发展住宅产业化的方向
　　??钢-砼组合结构住宅体系从根本上改变了传统建筑业以手工作业为主的小生产方式，基本实现了构配件生产的工厂化，施工的机械化。能够进行标准化的设计、系列化的开发、集约化的生产、社会化的供应，为住宅产业现代化探索出一条途径。
　　??（2）经济效益显著
　　??经测算该体系9-14层住宅建筑的造价仅为1100-1200元/m2.其结构含钢量一般为40-45kg/m2.结构自重轻，一般为650kg/m2.施工周期短，一般可缩短30%-50%.
　　??钢-砼组合结构住宅建筑体系各项试验简介
　　??1、钢管砼柱耐火极限试验
　　??（1）检验单位：国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心
　　??（2）检验报告编号：No.2000-1819
　　??（3）检验结论：钢管砼柱（钢管325*6、砼60）经按GB/T9978-1999《建筑构件耐火试验方法》进行180min耐火试验，未失去稳定性，其耐火极限大于3小时（《高规》规定柱为3小时）。
　　??2、复合墙板耐火极限试验
　　??（1）检验单位：国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心
　　??（2）检验报告编号：No.2000-1818
　　??（3）检验结论：复合外墙板（3300*3300*190），经按GB/T9978-1999《建筑构件耐火试验方法》进行134min耐火试验，未失去隔热性，耐火极限等于2.23小时（《高规》规定非承重外墙为0.5小时）。
　　??3、复合外墙板热工性能试验
　　??（1）检验单位：天津市质量监督检验站第21站
　　??（2）检验报告编号：SO-9-30、BO-12-253
　　??（3）检验结论：
　　??（a）内填岩棉板
　　??热阻：2.742 m2*K/W
　　??传热系数：0.345 W/m2*K（二步节能50%为1.16）。
　　??（b）内填发泡砼
　　??热阻：1.048 m2*K/W
　　??传热系数：0.829 W/m2*K（二步节能50%为1.16）。
　　??4、复合外墙板雨水渗漏试验
　　??（1）检验单位：天津市建筑工程质量检测中心
　　??（2）检验报告编号：2001X——005
　　??（3）检验结论：应用动风压检验设备依据GB7108-86标准，试验水流量为4升/m2*分（相当于暴雨的水流量），模拟风压从零开始加压至1600pa（相当于120米高的最大风压），持续1小时后，无潮片、渗漏现象。
　　??5、钢-砼组合结构住宅中间试验体隔声性能试验
　　??（1）检验单位：中国建筑科学研究院建筑物理研究所
　　??（2）检验报告编号：建院物检（声）字（2001）第016号
　　??（3）检验结论：
　　??（a）分户墙的计权表观隔声量：41dB
　　??（b）内隔墙的计权表观隔声量：40dB
　　??（c）外墙的计权表观隔声量：42dB
　　??（d）楼板的计权表观隔声量：56dB.
　　??6、双向密肋轻钢组合楼板承载力及变形测试
　　??（1）检验单位：中国建筑科学研究院建筑结构研究所
　　??（2）检验报告编号：建结（结构）字（2000）第208-L
　　??建结（结构）字（2000）第209-G
　　??（3）检验结论：
　　??（a）承载能力检验：根据GB50152-92《混凝土结构试验方法标准》，本次实验最终加载量虽达到2倍的设计荷载值（20.66kN/m2），但试件仍未达到极限状态（极限状态即钢筋相对应变达到0.01或裂缝宽度达到1.5mm或挠度达到1/50等）。
　　??（b）变形能力检验：根据《混凝土结构设计规范》GBJ19-89规定，楼盖的允许挠度为l0/250=28.8mm，经计算其短期挠度允许值为15.97mm.而实测正常使用短期荷载检验值下的楼盖跨中短期挠度仅为0.985mm.
　　??（c）抗裂检验：试件的开裂荷载实测值与正常使用短期荷载检验值的比值为1.124，大于试件的抗裂检验系数允许值0.768.
　　??（d）裂缝宽度检验：构件检验的最大裂缝宽度允许值为
　　??0.15mm，而肋梁受拉主筋处的最大裂缝宽度实测值仅为
　　??0.02mm.
　　??（e）结论：此次试验的轻钢双向密肋组合楼盖试件，在承载力、抗裂和变形性能方面都满足国家现行有关标准和规范要求。且承载力较高。
　　??几项在建的钢-砼组合结构建筑工程情况简介
　　??1、天津市监狱管理局综合楼
　　??建筑面积：1.5万平方米；
　　??层数：地下一层，地上11层局部13层；
　　??层高：3.6米；
　　??工程地点：本市南开区南门外大街；
　　??工程进度：正在安装四层主体结构。
　　??2、罗马花园小二期（天津市钢结构住宅20万平方米组团试点工程之一）
　　??建筑面积：9.7万平方米；
　　??层数：地下一层，地上A、B座（高层住宅）31层，G座（写字楼）24层，F座（会所）9层；四层以下为公建。
　　??层高：住宅3.0米、公建5.4-4.8米；
　　??工程地点：本市河西区友谊路；
　　??工程进度：正在施工地下结构。
　　??3、天津市总工会重华西里住宅小区八号楼（天津市钢结构住宅单体试点工程之一）
　　??建筑面积：0.92万平方米；
　　??层数：9层；
　　??层高：首层底商3.3米，住宅2.9米；
　　??工程地点：本市河西区围堤道；
　　??工程进度：正在做开工准备。
　　??4、丽苑小区彩丽苑二号楼（天津市钢结构住宅单体试点工程之一）
　　??建筑面积：1.13万平方米；
　　??层数：11层；
　　??层高：2.9米；
　　??工程地点：本市河东区丽苑小区；
　　??工程进度：正在做基础处理。
　　??5、长春银座
　　??建筑面积：15万平方米；
　　??层数：10层局部11层；
　　??层高：公建4.8-3.2米，住宅2.9米；
　　??工程地点：长春市宽城区长江路；
　　??工程进度：正在做开工准备。
　　??6、钢-砼组合结构住宅建筑中间试验体
　　??建筑面积：900平方米；
　　??层数：3层；
　　??层高：2.9米；
　　??工程地点：天津市北辰区顺义道；
　　??工程进度：已竣工。
　　??天津建工集团住宅产业化园区概况
　　??天津建工集团住宅产业化园区是集研发、设计、制造、安装、施工一体化的新型钢结构住宅产业化基地。在天津市和建设部领导的关怀和支持下，经过三年多的努力，一座占地500亩，累计投资达7000万元，年生产能力达40-50万平方米钢结构住宅的产业化园区已初具规模。
　　??1、科研设计能力
　　??园区以科研设计为龙头，将集团所属的天津建工集团总公司设计院、天津建工设计院、天怡建筑设计院、二建津华设计所等多个甲、乙级建筑设计单位组成钢结构住宅开发研究联合体，借鉴日本竹中工务店的发展模式，成立了精干高效的研究发展设计中心。两年来，已基本完成了钢-砼组合结构住宅建筑体系主要项目的试验研究和设计定型的阶段性工作。并先后完成及正在进行25万平方米的钢-砼组合结构住宅建筑设计。
　　??2、生产制造能力
　　??园区投入大量资金，加强硬件建设，基本形成了钢结构制作、墙板加工、配套产品、专业施工四大生产系统。
　　??（1）钢结构制作：
　　??厂房面积13000平方米，拥有先进的切割、除锈、焊接、成型、矫正设备，年生产能力为30000吨。
　　??（2）墙板加工：
　　??园区自行研制了复合外墙板，并建成了10000平方米的外墙板组装车间。年产外墙板20万平方米。园区还拥有两条先进的彩板生产线，年生产彩色涂层板13万平方米。最近拟再投资2600万元，建造一个占地5000平方米，引进德国生产线以水泥和粉煤灰为主要材料的挤出板生产线，年生产能力可达100万平方米。这种轻质高强的挤出板将为钢结构住宅提供一种新型的内外墙板材料。
　　??（3）配套产品：
　　??园区拥有两条塑钢门窗生产线（年产塑钢门窗10万平方米）和三条大芯板、多层板、细木生产线，既可为墙板生产配套材料，又可生产配套家具及室内外装饰材料。
　　??（4）专业施工：
　　??园区的主体——天津二建建筑工程有限公司是国家一级资质大型施工企业，作为钢-砼组合结构住宅建筑体系的专业施工单位。它拥有各类专业技术人员1100余人，中级以上职称人员近400人，国家一、二级资质的项目经理106人。拥有先进的各类施工生产、大吨位吊装运输设备1400台（辆）。具有独立承担各类大型工业建筑及高层、超高层大型公共、民用建筑的施工能力。所承建的工程曾多次获得国家优质工程奖和建筑工程鲁班奖。近年来，与美国、法国的大型钢结构公司合作，先后完成了近百万平方米、数万吨钢结构的运输、安装施工任务。
　　??钢-混凝土组合结构住宅体系设计依据
　　??1、国家及地方现行结构设计规范、规程：
　　??《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84；
　　??《建筑结构荷载规范》GBJ9-87；
　　??《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS20：90；
　　??《钢管混凝土结构设计与施工规程》JCJ01-89；
　　??《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97；
　　??《钢-混凝土组合结构设计规程》DL/T-5085-1999；
　　??《战时军港抢修早强型钢-混凝土组合结构设计规程》
　　??国家军用标准GJB，中国人民解放军总后勤部；
　　??《钢结构设计规范》GBJ17-88；
　　??《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98；
　　??《混凝土结构设计规范》GBJ10-89；
　　??《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》JBJ3-91；
　　??《混凝土结构升板结构技术规范》GBJ130-90；
　　??《建筑抗震设计规范》GBJ11-89；
　　??《地基基础设计规范》GBJ7-89；
　　??《天津市建筑地基基础设计规范》
　　??2、国家及地方现行建筑设计规范、规程：
　　??《民用建筑设计通则》JGJ37-87；
　　??《建筑模数统一标准》GBJ2-86；
　　??《住宅设计规范》GB50096-99；
　　??《住宅建筑模数协调标准》GBJ100-87；
　　??《建筑楼梯模数协调标准》GBJ101-87；
　　??《建筑设计防火规范》G9BJ16-87；
　　??《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95；
　　??《人民防空工程设计防火规范》GB50098-98；
　　??《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》JBJ26-95；
　　??《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）天津地区实施细则（第二阶段）》DBJ29-1-97；
　　??《民用建筑热工设计规范规范》GB50176-93；
　　??《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88；
　　??《住宅隔声标准》JGJ11-82；
　　??《住宅隔声标准》JGJ11-82；
　　??《屋面工程技术规范》GB50207-94；
　　??《人民防空地下室设计规范》GB50038-94；
　　??《天津市城市住宅设计标准》DB29-22-2000；
　　??《天津市城市住宅建设管理规定》。
　　??国内采用钢管混凝土建造的高层建筑一览表
　　??序号建筑物名称地点高度/层柱截面砼等级建成年代
　　1邮电中心泉州63.5/16 800*10 C30 1990
　　??2陆海工程上海84.7/25 300 C60 1999
　　??3阜康大厦厦门86.5/27 1000*10 C35 1994
　　??4金源大厦厦门96.1/30 900*12 C40 1995
　　??5南安邮电局福建99/30 720*14 C40 1997
　　??6环球广场重庆110.6/33 800*18 C45 1998
　　??7好世界广场广州116.3/36 1200*20 C50 1995
　　??8世界金融大厦北京120/36 1400*30 C50 1998
　　??9今晚报大厦天津137/40 1120*14 C60 1995
　　??10天信大厦天津100/28 1220*16 C60 1997
　　??11工商银行大厦天津120/32 1020*14 C60 1997
　　??12赛格广场大厦深圳291.6/76 1600*28 C60 1999
　　??13邮电信息中心深圳180/48在建
　　??14新中国大厦广州201.8/56 1400*25 C80在建
　　??15京光广场广州220/60 1600*20 C60在建
　　??16监管综合楼天津45/12 529*8 C60在建