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H型钢钢 结构节能住宅建筑体系研究与应用

       (一)体系的基本情况

       H型钢钢 结构节能住宅建筑体系研究与应用课题(以下简称“体系”),是莱钢承担的建设部2001年科技开发项目。该项目于2003年9月通过 了建设部科学技术成果鉴定。

       (二)﹑经过多年的努力,先后荣获:

       首届“全国绿色建筑创新奖”

       山东省 科技进步一等奖

       全国十 大建设科技成就

       山东省 节能省地型建筑奖

       中国科 技地产优选技术品牌

       2005年国家 科技成果重点推广计划项目

       建设部 节能省地型建筑推广应用技术目录

       六个项 目获中国建筑钢结构金奖

       四个项 目列为建设部科技示范工程

       莱钢建 设成为建设部钢结构绿色节能住宅技术产业化基地

       莱钢建 设被评为中国建设科技自主创新优势企业

       (三)﹑体系的发展思路:实现钢结构、绿色节能、产业化的住宅体系

       1、钢结构 在钢结构建筑实现钢结构及其维护结构、配套技 术及部品的完美结合;

       2、绿色节能按照“四节一环保”的标准,把绿色 节能技术融入钢结构建筑之中;

       3、产业化 在建筑钢结构体系、围护结构、建筑部 品以及住宅精装修等实现的全过程,均采用 工厂化生产和现场装配的产业化的生产方式。

       这一发展思路,也是在 对国内外钢结构建筑进程和现状充分认识的基础上,并按照 国家政策和产业发展方向制定的。

       (四)﹑分析国 内外钢结构发展情况,我们认为,我国已 经具备了发展钢结构住宅的条件。

       1、从国际上看,钢结构 建筑已经是非常成熟的建筑形式

       ●目前,在欧美国家,钢结构 建筑占全部建筑总量的65%左右,在日本占50%左右。

       ●国外钢 结构建筑迅速发展的主要原因:

       第一、钢铁工 业提供了丰富的建筑用钢物资基础;

       第二、钢结构具有安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染小等优势;

       第三、环保的 严格要求和资源的充分利用,促使业主、建筑师 和结构工程师选择钢结构;

       第四、成熟、配套的 技术和产品推动了钢结构业发展。

       2、从我国看,钢结构 建筑具有广阔的发展前景

       第一、我国经济的持续发展、钢产量 的剧增和钢结构行业的迅速崛起,是钢结 构住宅发展的坚实基础。

       我国经济正以10%左右的速度持续发展,建筑业 已成为国民经济的支柱产业。

       2006年钢产量已达到4.18亿吨,人均消费300公斤左右,建筑钢材数量、品种、质量基 本满足钢结构住宅建筑的需要。

       钢结构 发展应用领域不断扩大、用量不断增加,出现一 大批钢结构建筑;一大批 钢结构应用开发成果;一大批 构件质量优良管理科学的钢结构制造企业和一大批钢结构安装企业。

       第二、国家的政策引导,有力了 促进了钢结构住宅的发展。

       从1996年到目前的10年间,国家出 台了一系列的钢结构建筑技术标准、规范和政策,引导和 促进了钢结构住宅的发展。

       ●1996年建设部编制了《1996-2010年建筑技术政策》提出合理使用钢材,发展钢结构、开发钢 结构制造和安装施工新技术;

       ●1999年,国务院办公厅72号文件提出——发展钢结构住宅,扩大钢 结构住宅的市场占有率,将会加 速住宅产业化过程。

       ●2000年5月建设部、国家冶 金工业局建筑用钢协调组在北京召开了“全国建 筑用钢技术发展研讨会”,推动其发展;

       ●2001年底建设部发布了《钢结构 住宅建筑产业化技术导则》,这是第 一部有针对性的钢结构住宅体系建筑发展的指导性文件。

       ●2005年2月,建设部发文《关于进 一步做好建筑业10项新技 术推广应用的通知》,通知中 推广新技术中的第五项为钢结构技术。

       ●2005年10月25日,建设部 联合科技部发布了《绿色建筑技术导则》,推广采 用新型结构体系与高强轻质结构材料,提高建 筑空间的使用率。

       ●2006年6月1日建设部发布了《绿色建筑评价标准》,要求将 钢结构建筑体系作为优选项列入评价指标体系。

       ●目前建 设部和相关的行业协会等正对建筑钢结构的钢材、设计、制造、施工有 关国家行业标准、规范进行编制和修订,已编制发布了《住宅性 能评定技术标准》、《公共建 筑节能设计标准》等。

       ●2005年9月3日,建设部 在青岛组织专家论证会,通过了《莱钢钢 结构绿色节能住宅建筑体系技术导则》。这是中 国钢结构住宅领域首次提出的较为完整的企业技术导则。

       第三、钢结构 绿色节能住宅逐步被消费者认可

       钢结构 绿色节能住宅以其在环保、节能、安全、舒适等 方面的独特魅力,被越来 越多的消费者所接受和认可。莱钢建 设开发的钢结构绿色节能住宅的销售证明了这一点。由莱钢 建设开发的青岛华阳慧谷小区,开盘不到三个月时间,销售率超过90%,创下了 青岛楼盘销售的新纪录。

       3、体系的构成

       体系包 括建筑及节能体系、结构体系、墙板体系、设备及技术体系、施工技 术及组织管理体系和标准化体系等六个子体系。

       (1)根据不同的建筑形式,研究应 用了多种结构体系,主要包括:

       ·钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)混合结构

       ·钢框架—预制混 凝土剪力墙结构

       (2)墙板体系-墙板应用

       (3)建筑节能体系

       (一)钢结构 住宅技术的深化研究

       体系通 过建设部科学技术成果鉴定以来,对钢结 构住宅技术进行了不断的深化研究,以下是 几个方面的课题研发:

       1、结构体系的深化研究

       对新的 结构体系和节点形式进行研究,以满足 不同建筑形式对结构的不断需求。

       (1)开展“方钢管 砼柱组合节点研究”,包括方 钢管混凝土柱与工字形钢梁连接的新型节点研究等。

       2、钢结构低层住宅研究

       研究和 开发了莱钢试验楼、民居、拼装式房屋、以别墅 为主的生态智能小区等多种形式的低层住宅。

       2004年建成,采用框架结构体系和LCC-A、LCC-B系列墙 板建设的两栋双拼住宅。

       位于山 东烟台蓬莱的度假村,2003年建设的别墅群。

       可拼装式小房屋:2005年7月份,开始出 口爱尔兰可拼装式小房屋,截止到目前累计出口5700吨,目前计划每个月出口400吨。

       在结构上,主要采 用了以下几种结构形式:

       框架结 构与密肋结构相结合的体系

       3、钢结构 住宅技术经济分析

       对钢结 构节能住宅按低层、多层和 高层等不同结构形式,按采用 不同的结构体系、围护体系,不同的 设备选用和装修方案等因素进行综合造价和敏感性分析等,为项目 开发实现全面预算管理、市场营 销等工作提供依据。

       4、设计、加工一 体化研究与应用

       适应产 业化特点的钢结构建筑设计、深化设 计与计算机辅助制造一体化研究。

       5、工厂化 装修方案的研究与应用

       研究与 钢结构住宅相配套的工厂化装修方案。

       6、高层建 筑中太阳能与建筑一体化技术研究应用

       在太阳 能与建筑一体化技术已成功应用于低、多层建筑的基础上,拟在济 南凯旋新城项目的高层建筑中,对太阳 能与建筑一体化技术等进行研究和应用。

       7、建筑模 数化研究与应用

       钢结构 住宅设计体系模数化是解决钢结构住宅单元平面设计的标准化、系列化的基础手段。重点研究以下内容:

       ·建立了 以标准化为目的的建筑模数体系;

       ·确立了 基于模数体系的建筑设计方法,并开发 了若干基于此体系的建筑户型和户型组合;

       ·对钢框架、钢框架-混凝土 剪力墙体系用于标准化钢结构住宅适用性、抗震等 进行了系统研究;

       ·研究了 标准化钢结构住宅的结构设计方法,并建立 了标准化的构件序列;

       ·对建筑 提出的模数化建筑方案进行了结构试设计;

       ·研究了 半刚性连接节点在钢结构住宅中的应用,并提出 了符合标准化思想的节点设计方法。

       8、钢结构 耐火试验及研究

       与相关研究院所合作,模拟火灾,获取数据,分析研究火灾下H型钢钢 结构及维护的实际耐火情况,为标准 制定及工程设计提供依据。

       9、节能住 宅建筑体系墙体深化研究

       利用有 限元分析和现场试验,对墙板配筋、连接节 点等进行优化研究,形成在不同荷载、层高情 况下的指标体系。

       同时对满足建筑节能65%要求的墙板、墙板在 低多层建筑中应用等进行研究。

       (三)集成化发展

       钢结构 绿色节能住宅以其设计模数化、构件标准化、加工工业化、施工装 配化等一系列特点和集成化、标准化 的建筑部品体系,成为“流水线 上生产出来的住宅产品”,是发展 节能省地型住宅,实现住 宅产业化目标的重要途径之一。

       2004年3月,莱钢建 设被授予建设部钢结构绿色节能住宅技术产业化基地依托单位。依托基地建设,形成了从H型钢的生产、研发设计、构件加工制作、墙板生产、施工安装、房地产开发、部品集成、物流贸易、物业管 理一条完整的产业链。以体系为技术核心,以房地产开发为龙头,带动相 关产业共同发展,以实现 产业链式的集成化发展。

       1、形成了 专业精干的研发设计队伍。

       2、在全国布点设立了7个钢结构加工厂,配备12条H型钢焊接生产线、8条热轧H型钢加工生产线、2条箱型梁焊接生产线,形成15万吨的 年钢构件加工生产能力。投资建 设了墙板生产厂,形成30万平方 米的年生产能力。

       5、编制发布了《莱钢钢 结构绿色节能住宅建筑体系技术导则》,通过建 设部和山东省建设厅的论证和审核,由山东 省建设厅颁布实施,成为山 东省钢结构绿色节能住宅领域的行业标准。

       (四)体系的成果

       几年来,体系技 术已经得到了成功的应用,运用体系技术设计、施工或 开发建设的钢结构绿色节能住宅已近百万平方米,其他包括工业建筑、公共建 筑和民用建筑等在内的总建筑面积已超过400万平方米。

       以下是 近几年来体系取得的系列化的开发成果。

       1、体系的成果-房地产开发:

       ●莱钢樱花园小区:山东省 钢结构节能住宅示范工程。

       ●济南艾菲尔花园:建筑面积48000平方米,建设部认定A级住宅,山东省 钢结构节能住宅示范试点工程,荣获第 二届中国建筑钢结构金奖(国家优质工程)。

       ●济南黄金时代:建筑面积58912平方米。

       ●青岛华阳慧谷:建筑面积约40000平方米,是青岛 市和山东省首个节能65%钢结构节能住宅社区。荣获第 四届中国建筑钢结构金奖。

       ●青岛莱钢大厦:位于青岛市海尔路,啤酒城对面。建筑面积78000平方米,是一个 以五星级酒店为主,辅以高 档写字楼及精品零售设施的综合性商业项目。

       ●滨州中海城:建筑面积1560000平方米,部分采用钢结构。

       2、体系的成果-公共建筑

       ●滨州国 际会展中心工程:建筑面积78000平方米,荣获中 国建筑钢结构金奖。

       ●青岛地丰大厦:位于青 岛市经济技术开发区。总建筑面积53000平方米,总高92.8米。

       (五)体系的创新点(体系优势)

       1、户内的 有效使用面积增大。由于采用了新型墙材,厚度比砖墙明显变薄,加之梁柱的截面减少,因此室 内空间比传统建筑结构增加约3%—6%。

       2、建筑风格灵活、丰富。大开间的设计,户内空 间可多方案分割,满足用户的不同需求。

       3、节能效果好。钢结构 住宅更易实现建筑节能,采用轻质、保温的 新型墙材和节能技术,使节能保温效果更好。

       (五)体系的创新点(体系优势)

       4、建筑物抗震、抗风性能好。钢结构延性好,自重轻、大大提 高了住宅的安全可靠性。在地震等灾害情况下,能够避 免建筑物的倒塌性破坏。

       5、建筑总重轻。钢结构 住宅比砖混结构和钢筋混凝土结构轻1/3左右,可降低基础处理费用10%-20%。

       6、工厂化制作,易于产业化,施工速度快。工期比 相应砖混结构和钢混结构缩短1/3—1/2,可降低综合造价3%左右,加快了资金周转,提高了资金的收益。

       (五)体系的创新点(体系优势)

       7、环保效果好

       施工时可大量减少砂、石、灰的用量,减轻了 对不可再生资源的破坏;现场湿 法施工大量减少,施工环境好,占用施工场地面积少。当建筑 物服务期满需要拆除时,钢材可全部回收利用,减少灰色建筑垃圾。

       8、具有较 高的性能价格比

       钢结构 节能住宅具有节能、环保、抗震、施工速度快、有效使 用面积大等诸多优点,具有较 高的性能价格比。

       二、钢结构工程案例介绍

       (一)钢结构 低层住宅案例介绍——上海碧海金沙¡¤嘉苑项目:

       位于上 海奉贤区的海湾旅游度假区,占地总面积40万平方米,建筑总面积32万平方米,是目前 国内最大的钢结构生态节能住宅小区。目前已完成一期工程3.1万平方米。

       该项目是按照《上海市 生态型住宅小区技术实施细则》技术标准开发。

       项目技术定位:创建国 家康居住宅示范工程、上海市 一级生态住宅小区。

       1、特点:

       ●优越的地域优势

       其独特 的地理位置形成海湾天然氧吧,周边大学林立、交通便利、拥有丰 富的自然水系资源。

       ●和谐的小区环境

       小区环 境规划与建设中,集成了 太阳能光电利用、垃圾分 类处理等多项生态新技术;建有商业街、宾馆、会所俱乐部、幼儿园;具备安 全高效的物业管理

       ●具有“钢结构、绿色节能、产业化”特点的生态住宅

       住宅中 采用钢结构体系及筏型基础、粉煤灰 加气混凝土砌块和聚苯板双重保温系统、无源湿 感中央新风系统、与建筑 一体化的分体式太阳能热水系统、直饮净 水系统和个性化的工厂化装修等十多项生态节能住宅技术

       2、结构形 式项目为低层建筑,全部采用H型钢钢框架结构。项目一期工程3.1万平方米,使用热轧H型钢约1100吨。项目采 用钢筋混凝土现浇楼板。由于采用钢结构,自重轻,故所有 建筑均采用天然地基,基础采 用片筏或条型基础。

       (二)钢结构多层住宅案例——济南艾菲尔花园

       济南艾 菲尔花园项目济南艾菲尔花园项目位于济南槐荫区,是建设部1A级住宅、2004齐鲁名盘50强,并荣获2003年度中 国建筑钢结构金奖(国家优质工程)、2005山东省 节能省地型建筑奖。

       济南艾 菲尔花园总建筑面积约4.8万平方米,其中三幢小高层,三幢多层住宅,小高层 住宅采用钢框架--中心支撑结构体系,框架柱采用箱形截面,中心支撑采用圆钢管,框架梁、楼面次梁采用热轧H型钢;多层住 宅采用纯钢框架结构体系,梁、柱采用热轧H型钢。用钢量为2300吨,其中热轧H型钢用量为900多吨。

       (三)钢结构高层住宅案例——青岛华阳慧谷

       青岛华 阳慧谷项目是按钢结构住宅技术产业化模式建设,是建设 部科技示范工程,也是山 东省第一个按建筑节能65%标准建 造的试点示范工程,该工程 被中国建筑金属结构协会评为钢结构金奖。

       为了推 广实施建筑节能65%的经验。2006年7月,山东省人大、山东省 建设厅在青岛华阳慧谷专门召开现场会。

       1、工程简介

       华阳慧 谷小区位于青岛市北区华阳路,占地面积15319平方米,总建筑面积约5.1万平方米,采用钢框架-现浇砼剪力墙结构,钢梁全部采用热轧H型钢。

       2、建筑节能体系

       (1)建筑总 平面设计与规划

       小区建 筑物南北朝向设计,并充分 考虑利用冬季日照和利于自然通风,减少夏季室内得热,主卧、起居室 等主要采暖空间避开冬季主导风向。

       (2)建筑平 立面设计及体形系数的控制

       —在满足 建筑功能的前提下,结合钢结构住宅特点,平立面设计力求规则,避免凹凸面过多。

       —建筑物 体形系数控制在0.3以内(例如:小区1#楼体形系数为0.23,3#楼体形系数为0.27)。

       (3)围护结构节能:

       按山东省《居住建筑节能标准》对维护结构传热系数(K值)要求,各部分 均达到或超过建筑节能65%的要求。

       (4)采暖系统

       ·室内采 用低温热水地板辐射采暖。

       青岛华 阳慧谷采用钢框架-现浇砼剪力墙结构,建筑耐 火等级达到一级。钢构件 采用圆钢管混凝土柱和H型钢梁,用钢量为1400吨,其中热轧H型钢约为550吨。

       滨州国 际会展中心采用钢框架结构体系,钢构件 采用圆钢管混凝土柱和H型钢梁,用钢量为3900吨,其中热轧H型钢约为1550吨。

       (四)钢结构公共建筑案例——滨州国际会展中心

       滨州国 际会展中心工程是滨州市的标志性工程,结构设计独特新颖,具有独创性。工程采 用了国内最大的空间交叉梁钢-混凝土组合楼盖,外接圆直径达到57.8米。滨州国 际会展中心采用钢框架结构体系,钢构件 采用圆钢管混凝土柱和H型钢梁,用钢量为3900吨,其中热轧H型钢约为1550吨。

       (一)热轧H型钢由 于截面经济合理、性能优越、加工制 作和施工安装工艺简单、方便、快捷,成为建 筑钢结构体系中重要的材料组成部分。目前,莱钢在开发、设计、施工的钢结构住宅、公共建筑、工业建 筑等项目中大量采用了热轧H型钢。

       (二)莱钢集团公司H型钢加 工配送中心的建立,有效解决了规格配套、材料利用率、交货期等方面的问题,对于热轧H型钢的 应用将起到极大的推动作用。

       (三)在有关专家的指导下,将进一 步深化相关课题的研发,拓宽热轧H型钢的应用领域。

       (四)我们将进一步深化、完善体系技术,加快钢 结构节能住宅技术产业化基地的建设,推动“H型钢钢 结构节能住宅建筑体系”技术在 房地产开发中的应用,打造“绿色建筑,科技地产”品牌,努力推 进我国住宅产业化进程。
 

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