2015-12-17   浏览次数:

浅析轻型装配式钢结构体系在既有建筑“平改坡”中的应用优势

 摘要:探讨了轻型装配式钢结构体系在既有建筑“平改坡”工程应用的可行性和优势。从结构安全、施工工艺、经济和社会效益等方面进行综合对比分析,充分展示了该体系广阔的应用前景,其将成为我国解决冬季严寒和寒冷地区既有建筑节能改造的切实可行的方法。


      0 引言


      近年来,随着全球气候变暖日益严重,人们对节能环保、可持续发展的低碳经济越来越重视。2008年12月18日,中国国务院总理温家宝18日在哥本哈根联合国气候变化大会领导人会议上发言时说,中国政府确定减缓温室气体排放的目标是中国根据国情采取的自主行动,不附加任何条件,不与任何国家的减排目标挂钩。承诺加强节能、提高能效工作,争取到2020年中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降40%~45%.随着城市建设的高速发展,建筑能耗逐年大幅度上升,已成为中国能源消费的主体之一,目前我国建筑用能已达全社会能源消费量的32%.加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%,我国的建筑总能耗已达全国能源总量的45%.据统计,截至2007年1月黑龙江省就有约2亿平方米既有建筑,其中大部分均为高能耗建筑,而屋面的能耗在既有建筑围护结构总能耗中约占9%.所以既有建筑可居住平屋面改坡屋面(以下简称“平改坡”)成为既有建筑屋面节能改造、解决平屋面渗漏长霉的理想途径,并且通过销售坡屋面内空间,寻求资金平衡,将整栋建筑进行综合节能改造,将既有建筑节能改造由政府行为改变为市场行为,加快改造进度。


      既有建筑可居住“平改坡”主要有以下几种结构形式:①粘土空心砖砌体结构;②钢结构或混凝土框架,轻质空心砌块填充结构;③轻型装配式钢结构。前两种结构前几年应用较多,但是人们逐渐认识到其自重较大,抗震性能较差的缺点,轻型装配式钢结构逐渐成为既有建筑“平改坡”改造的“新宠”。


      1 采用轻型装配式钢结构体系进行既有建筑“平改坡”的优点


      轻型装配式钢结构体系系采用高强冷弯薄壁型钢组合成墙片、楼盖和屋架作为承重骨架,在用轻质保温复合墙体、屋面作为围护的结构体系。


      其相比于其他结构体系具有以下优点:


      1.1 更轻质 相比与陶粒砌块和粘土空心砖结构,轻型装配式钢结构自重仅是它们的1/4,甚至更低。经计算,用轻型装配式钢结构进行“平改坡”,增加的结构自重不高于原屋面拆除的女儿墙、防水和保温等重量。


      1.2 抗震性能更佳 由于结构自重更轻,所以受到的地震破坏力更小;并且由于装配式结构各节点间均为柔性连接,可有效消耗地震能量,达到更佳的抗震效果。


      1.3 更安全


      1.3.1 由于用轻型装配式钢结构进行“平改坡”,增加的结构自重不高于原屋面拆除的女儿墙、防水和保温等重量,所有荷载均在设计范围之内,不会给基础和下部结构增加负担,使改造后的房屋更安全;


      1.3.2 经过长期实际地震房屋破坏观察,很多房屋框架并没有倒塌,但是围护墙体发生了倒塌,造成生命财产损失严重。而由于轻型装配式钢结构墙体和屋面与承重骨架均采用机械连接,地震来时,墙体和屋面不会脱离建筑物,坠落伤人。


      1.4 施工速度更快 轻型装配式钢结构构件均工厂生产,现场组装,相比于其他结构体系,可缩短工期20%以上。


      1.5 施工现场更文明 轻型装配式钢结构构件均比较轻,无需大型吊装设备,不会产生噪音;并且湿作业少,现场文明整洁,不会影响楼下居民正常生活。


      1.6 造价更低


      轻型装配式钢结构充分利用了各种材料的特性,并将其合理的组合起来,减少了材料用量,降低了人工机械投入量,可节约工程成本10~20%.


      2 轻型装配式钢结构体系应用于既有建筑“平改坡”工程的可行性


      2.1 技术可行性


      2.1.1 下部结构承重可行性 经计算,用轻型装配式钢结构进行“平改坡”,增加的结构自重不高于原屋面拆除的女儿墙、防水和保温等重量,所以改造后不会对下部结构产生损坏。下面是荷载对比分析:


      接层前后,拆除荷载与新增荷载对比


      可见新增结构荷载与原结构荷载基本相当,所以原结构和基础不需改造加固即可进行平改坡。


      2.1.2 自身结构安全可行性:①由于其受力骨架均为高强钢材,所以承重方面更安全;②其自重较轻,并且所有节点均为柔性连接,地震时可有效消耗地震能量,减小破坏,抗震性能明显优于其他体系;


      2.1.2.3 其围护材料才有机械连接,在地震等强烈外力作用下不会倒塌脱落而损物伤人。根据实际地震检验,空心砌块和粘土空心砖结构在地震中造成损失巨大是因为虽然其框架未倒塌,但是其填充围护结构与框架分离倒塌,造成巨大损失。


      2.2 施工工艺可行性 目前既有建筑“平改坡”工程中最困难的问题就是如何在保证工程安全质量的前提下,把对下层居民正常生活的影响降到最小,使这项惠民工程得到顺利实施。而轻型装配式钢结构体系相比于其他结构体系,把对居民正常生活的影响降到了最小。


      2.2.1 施工速度快 轻型装配式钢结构体系75%的构件均为工厂化生产,现场组装,所以施工简便快捷,大大缩短工期;


      2.2.2 湿作业少 整个施工过程除浇注钢筋混凝土圈梁时有少量湿作业外,其他均为干作业,现场文明整洁,并且对下层居民影响小。


      2.2.3 施工噪音小 整个施工过程无大型和高震动、高噪音设备,不影响周围居民的正常休息。


      2.3 建设成本可行性 目前制约我国既有建筑“平改坡”改造工程大面积进行的一个重要问题就是改造资金的筹措。由于改造规模巨大,政府无力承担全部费用,所以制定出一些优惠政策,以市场化方式鼓励企业进入“平改坡”市场。例如哈尔滨市允许建设接层式“平改坡”,并允许开发企业对接层部分销售,以平衡改造资金。但是很多企业因为怕麻烦、利润小仍不愿涉足,所以只有降低工程造价,扩大利润空间才可以加快既有建筑“平改坡”工程进度。


      轻型装配式钢结构充分利用了各种材料的特性,并将其合理的组合起来,减少了材料用量,降低了人工机械投入量,可节约工程成本10~20%.


      2.4 生产供应可行性 据统计,我国目前有上百家轻型装配式钢结构生产企业和数十万家配套材料生产企业,年生产能力至少可建设4000万平方米“平改坡”,不计扩大生产规模,足可以满足我国“平改坡”工程需要。


      3 经济效益和社会效益


      3.1 经济效益 采用轻型装配式钢结构进行“平改坡”至少可节约建筑成本100元/平方米,按每年完成1000万平方米计算,可节约资金10亿元。


      3.2 社会效益 此技术的应用,解决了目前制约既有建筑“平改坡”大面积改造的瓶颈问题,减少了施工过程中对周围居民正常生活的干扰,减少了居民与施工单位、开发单位的纠纷,有利于“平改坡”工程和谐快速的进行。


      以哈尔滨为例,“十一五”期间计划实施既有建筑综合节能改造400万平方米,达到节能50%的标准,单“平改坡”工程一项,预计可实现每年节约6840吨标准煤,减少排放二氧化碳约1.68万吨、二氧化硫约171吨的节能减排目标。


      4 应用前景


      轻型装配式钢结构以其安全可靠、安装快捷简便、环境污染少、造价低廉等诸多优点,必将成为我国既有建筑“平改坡”工程的主要结构形式,为我国节能减排,发展低碳经济做出巨大贡献。



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