承重保温一体化装配式钢结构住宅体系标准化设计研究

作     者：时维 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周学军;李俊峰

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：承重保温一体化装配式钢结构住宅 户型标准化 构件标准化 连接节点标准化 

摘      要：随着经济的快速发展,节能减排成为我国面临的一大重要任务,传统建造方式因其能源消耗大、资源浪费严重等缺点已不能满足建筑业可持续健康发展的要求,因此国家陆续出台了一系列鼓励装配式建筑发展的产业政策。我国作为产钢大国,装配式钢结构建筑具有广阔的发展前景,现有的钢结构装配式建筑通常按照先主体结构安装、后围护系统安装的方法进行,往往存在主体结构与围护系统不匹配、连接处裂缝渗水等突出问题。本课题提出了一种新型承重保温装饰一体化钢结构装配式住宅体系。其主要原理是:将承重框架与围护部分(内墙、外墙及楼面)融为一体在工厂预制,在现场安装从而形成一种围护与结构承重框架一体的装配式钢结构建筑体系。本体系将住宅建筑的主要构件简化成:外墙板、内墙板、楼(屋)面板、楼梯板四种构件。这些构件均在工厂预制。为提高其制作装配效率,设计与施工的标准化是必由之路。本文围绕住宅户型标准化、构件标准化、连接节点标准化三个层次进行了系统研究。户型标准化设计研究是住宅体系标准化研究的基础,控制好设计的源头,在很大程度上能够节省后期标准化构件部品的设计制作成本,减少资源的浪费。本文结合承重保温装饰一体化的住宅体系结构特点和建造特点,考虑模数协调原则、少规格多组合原则以及建筑与结构设计相结合原则,形成具有本课题住宅体系特色的标准构件库和标准模块库。同时引入SI体系思想与家庭生命周期概念,提出可变平面布局方案,实现一户多型。通过市场调研对不同住宅面积段的房产成交数据进行分析,设计90m、120m、140m三种面积段较为集中的标准套型作为本文的三套重点研究套型。进行构件标准化研究,实现构件批量生产,是建筑工业化发展的需要。本文利用盈建科结构设计软件对重点研究套型进行整体结构计算,确定了建筑高度33m以下和建筑高度33m～54m住宅所使用的主要构件标准规格尺寸,形成标准构件尺寸选用表。以重点研究套型为基础,按照“先外墙,后内墙、“先双柱,后单柱等原则确定一套墙板构件标准拆分原则,为后期由标准户型实现构件自动拆分的计算机软件编程开发奠定了基础,有利于实现住宅建筑设计及构件加工制作自动化。连接节点标准化研究能够提高装配式建筑现场施工效率,是装配技术水平的体现。本文对墙面板、楼面板等构件的拼装和连接关键工序制定标准化施工工艺和施工工法,指出实际工程中存在的装配连接问题。对楼板搭接、上下层墙内柱拼接节点构造提出优化方案,提出一种新型内套管式螺栓连接柱拼接节点,通过建立6组共66个有限元模型模拟柱端单调静力加载方式对柱节点进行承载力计算。研究表明,当套管长度与柱截面比≥1.75时,该套管式柱拼接节点能够有效传递柱端弯矩、剪力和轴力,建议实际工程中内套管式柱拼接节点套管最小长度不低于1.75倍的方钢管柱边长尺寸。