[分享][工程造价控制]建筑钢结构设计阶段

发表于2018-06-04     257人浏览     1人跟帖     总热度:281  

[工程造价控制]建筑钢结构设计阶段-image (99).jpg
我们可能小时候都学过,三角形具有稳定性,而四边形就没有。
比如我们用木条钉一个长方形,用力一推,就变成平行四边形了。但如果用木条钉一个三角形,就很难让它变形。
[工程造价控制]建筑钢结构设计阶段_1
但可惜的是,我们的房子在立面上大多数都是长方形的,方方正正的小盒子,但我们显然不想让我们的房子轻轻一推或者随便一地震就变成平行四边形,然后发生垮塌事故。
[工程造价控制]建筑钢结构设计阶段_2
怎么办呢?
还是用木条的例子。就好比说我要用木条钉一个四边形的画框。怎么样能让这个画框更结实更不容易变形呢?
[工程造价控制]建筑钢结构设计阶段_3
三种常见的方法:
1、在画框的角部钉加固小木条,让木条与木条之间的夹角保持90度,这样一来,画框就很难变成平行四边形了。
2、在这个画框的背面钉一个 X 形的木条,或者人字形、V 字形、K 字形的木条,变四边形为多个三角形的组合,这样画框也很难再变形了。
3、在画框的四根木条之间镶进去一块结实的木板,因为木板很难变形,所以,画框被里面的这块木板撑住,也不会轻易变形了。

在实际的结构工程中,第一种叫做“框架 moment frame”,第二种叫做“带支撑的框架braced frame”,第三种叫做“带边框的框架-剪力墙”。

对于第一种框架来说,关键的部位就是梁和柱相交的节点区域,也就是相当于我们上面木条画框里角部的加固小木条。简单说,地震的时候,节点区域是真正的耗能区域。
[工程造价控制]建筑钢结构设计阶段_4
对于第二种带支撑的框架来说,按照耗能部位的不同,其实又可以分成好几类。
比如这一种 CBF,也就是中心支撑,一般来说是支撑本身是耗能构件,地震能量主要由斜向支撑的受拉和受压屈服来消耗。
[工程造价控制]建筑钢结构设计阶段_5
而另一种 EBF,也就是偏心支撑,虽然看起来跟中心支撑差不多,但其实耗能部位完全不同,设计考虑也不一样。主要的耗能部位集中在特殊设计的耗能梁段。
当然还有另一种可能,就是这个带支撑的框架有额外的耗能和限位机构,可能是液压或者橡胶阻尼器,也可能是形状记忆合金这样的智能材料,甚至可能是可以主动响应的液压千斤顶。
当然,以上我画的都是非常非常夸张的示意图,现实中的变形当然要比这个小得多。
那么现实中是什么样的呢?
这是地震中变形的 CBF 支撑。中间区域并不是油漆被磨掉了,而是因为钢梁的变形过大,超过了油漆层的变形能力,所以油漆在地震中脱落了,显示出了明显的变形区域。
这是地震中变形的 CBF 的 X 形支撑。可以明显看到这个 X 形支撑原来的位置,也就是装饰面层里那个 X 形的凹槽。
这是地震后的 EBF 偏心支撑。同样,我们可以看到中间的耗能梁段的掉漆。
事实上,带支撑的框架是一种很高效的抗震体系,而且尤其适合已有房屋的抗震加固,后期加装相对方便。所以在日本、加州这些地震高发区域比较常见。
举个例子,这是日本东北大学的化学系教学楼:
这栋教学楼在 2011 年矩震级高达 9.1 级的东日本大地震中毫发无损。
即便是以轻灵著称的妹岛老师的作品,该有支撑的地方一样要有。我个人觉得,这才是好的建筑师。
比如 Tsuchihashi 住宅,
再比如 Shibaura House,斜撑更为明显:



01
材料选用方面工程造价控制
由于我国钢产量年复增涨,钢材品种更趋于多样化。各种新型建材,如轻质保温墙板、彩涂压型钢板、楼承板等不断开发出来并推广应用。建筑钢结构在设计阶段材料的选择上有了更大的空间。材料选择不同,工程直接费不同,总造价不同。设计阶段合理选择建筑材料,控制材料单价或工程量,是控制工程造价的有效途径。试举例如下:
(1)彩涂钢板:彩涂钢板一般用于轻钢厂房屋面板和墙面板,有不同板型、不同基板厚度和钢号、不同镀锌板类别和镀锌层厚度以及不同的彩涂层类别,在形式上又可选用单板、保温复合板、单板加内保温层等,其中保温层又有超细玻璃丝棉、硬质岩棉、聚苯乙烯等类别及厚度的不同,这些不同都造成单方材料价格的差异,从而影响厂房工程总造价。所以设计时要根据厂房性质、大气环境等因素综合考虑,合理选用板材,控制工程造价。
(2)多、高层住宅钢结构体系的墙体材料:墙体材料造价一般占土建工程造价的15%-25%。对于多、高层住宅钢结构体系来说,选用配套、经济、节能的墙体材料至关重要。目前,设计选用的外墙材料主要有水泥保温外墙板、轻质加气混凝土砌块、NALC板等;内墙材料主要有改性石膏板、GRC内墙板、水泥保温复合板等。
(3)多、高层钢结构建筑楼(屋)面的楼承板:设计时,根据在楼(屋)盖结构体系中的作用,楼承板可采用两种形式,即①楼承板只作为永久性模板,一般采用普通镀锌压型钢板即可,对最小镀锌量和耐火时间要求较低,价格较便宜;②施工时作为模板,在使用阶段则替代受拉钢筋,即组合楼板。由于在设计中考虑楼承板作为受拉筋,其使用寿命必须与主钢结构的使用寿命保持一致,所以对其最小镀锌量和耐火时间要求较高,单方价格相对较高。
(4)钢材规格及材质:由于钢材品种的增多,结构设计时可选择的构件形式也多了。比如框架柱,可采用热轧H型钢、焊接H型钢、螺旋焊接圆钢管、焊接方钢管以及组合截面等形式,钢梁可采用等截面、变截面等形式。材质可采用Q235普碳钢,也可采用Q345低合金钢。设计时应尽可能采用高强度等级的材料,比如采用Q345钢比采用Q235钢就可节约钢材15%-25%,用于受拉或受弯构件节约比例较大。设计时要选用经济截面型材,比如热轧H型钢、T型钢等。在某些情况下,采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接H型钢用钢量稍多,但从加工成本、施工进度等方面综合考虑,其造价可能更有优势。


02
结构体系方面工程造价控制
不同的结构体系和平、立面布置对工程造价的影响较明显。在设计阶段只有根据建筑物的使用功能要求,确定合理的平、立面布置和结构体系,才能有效控制工程造价,做到经济适用。列举如下:

(1)根据有关资料测算分析,对于多层建筑,不同层数对土建工程造价的影响为10%-25%;不同层高对土建工程造价的影响为1.5%-12%。
(2)门式刚架轻钢结构厂房设计,同样存在经济跨度和刚架最优间距。在工艺要求允许的情况下,尽量选择小跨度的门式刚架较为经济。一般情况下,门式刚架的最优间距为6m-9m,当设有大吨位吊车时,经济柱距一般为7m-9m,不宜超过9m,超过9m时,屋面檩条、吊车梁与墙架体系的用钢量也会相应增加,造价并不经济。

(3)在多、高层钢结构中,楼板结构体系的工程量占有较大比重,对结构的工作性能、造价都有重要影响。在确定楼板结构方案时,主要考虑要保证楼板有足够的平面整体刚度,能减轻结构的自重及减小结构层的高度,有利于现场安装方便及快速施工,还要有较好的防火、隔音性能,并便于管线的敷设。常用楼板做法有:压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇钢筋混凝土楼板等。目前最常用的做法为压型钢板组合楼板和普通现浇钢筋混凝土板。当采用这两种做法时,考虑现浇板与钢梁组合成为共同受力的组合梁,能有效降低钢梁高度,较多地节约钢材。
(4)在高层钢结构中,框架柱采用圆形钢管混凝土柱,梁、板采用钢-砼组合结构,总用钢量比普通钢结构用钢量有大幅度减小,能有效降低工程造价。


结束语
钢结构建筑所具有的优点决定其必将具有强大的生命力。设计阶段技术创新、选材配套、设计优化是控制造价、促进建筑钢结构走向产业化的关键阶段。为此,强调以下几点:
(1)提高设计人员的素质,重视设计人员的继续教育和业务知识的更新培训。同时,要强调技术与经济相结合,设计中注重价值工程的运用,要做多方案比较,把控制工程造价放到重要位置。
(2)在设计中引进竞争机制,开展设计招标,方案优化竞赛。以技术先进、安全适用、经济合理、节约投资为目的。
(3)采用限额设计和设计出图前的审查制度,不能只注重技术性而忽视经济性 。


文章转自网络


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 发表于2018-06-04   |  只看该作者      

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土木少女

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