裝配式鋼結(jié)構(gòu)再利用概念設(shè)計(jì)探究

裝配式鋼結(jié)構(gòu)再利用概念設(shè)計(jì)探究裝配式鋼結(jié)構(gòu)再利用概念設(shè)計(jì)探究 2019/01/09 摘要:為貫徹可持續(xù)發(fā)展與建筑節(jié)能理念，促進(jìn)鋼材循環(huán)利用，本文從裝配式鋼結(jié)構(gòu)再利用的角度出發(fā)，從此種類型建筑的設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)再利用兩個(gè)方面進(jìn)行了概念研究。關(guān)鍵詞:裝配式鋼結(jié)構(gòu);鋼結(jié)構(gòu)再利用;概念設(shè)計(jì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)主要用作臨時(shí)或永久性結(jié)構(gòu)的支撐體系，起到承受水平、垂直等各種荷載的作用，其主體結(jié)構(gòu)主要由鋼柱、鋼板、鋼梁及其之間的節(jié)點(diǎn)組合而成。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的社會(huì)活動(dòng)促進(jìn)了新的建筑功能的產(chǎn)生，如:臨時(shí)展館、臨時(shí)支撐體系等。2010世界博覽會(huì)結(jié)束后僅保留“一軸四館”及部分場(chǎng)館，展覽結(jié)束后，數(shù)量巨大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可進(jìn)行重復(fù)利用。因此，在此類建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)考慮建筑拆卸和構(gòu)件再利用的問(wèn)題。鋼材因其比強(qiáng)度高、施工精確度高、抗震性好，便于預(yù)制生產(chǎn)加工，將是應(yīng)用于此類建筑的最佳材料。1設(shè)計(jì)階段理論上，再利用鋼結(jié)構(gòu)適用于剛度均勻、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單、傳力明確的建筑。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的利用分為全部重復(fù)利用和部分重復(fù)利用1。全部重復(fù)利用，即將此建筑異地搬遷。部分重復(fù)利用，即先對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加工處理后，再將具有強(qiáng)度安全保障的構(gòu)件安裝到其他類型的建筑中。1.1結(jié)構(gòu)選型帶支撐輕型鋼框架、輕型門式剛架、冷彎薄壁型板式結(jié)構(gòu)三種體系是大空間場(chǎng)館的常用結(jié)構(gòu)。輕型鋼框架難以滿足大空間場(chǎng)館的功能要求，造價(jià)高，而冷彎薄壁型板式結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)整體性較差，對(duì)后續(xù)布展功能限制條件較苛刻。輕型門式剛架因其較低的建筑造價(jià)、快速的加工和施工速度、較高的材料重復(fù)利用率、成熟廣泛的應(yīng)用范圍，成為適合大空間場(chǎng)館的最佳選擇2。1.2構(gòu)件尺寸與截面形式選擇這是再利用建筑設(shè)計(jì)階段最重要的一環(huán)。再利用建筑的核心是采用模塊化裝配設(shè)計(jì)，其構(gòu)件尺寸應(yīng)符合于不同功能的建筑，因此構(gòu)件基本尺寸應(yīng)盡量減少，降低再利用的復(fù)雜性。如:長(zhǎng)構(gòu)件比短構(gòu)件利用方便，加工時(shí)更易保證質(zhì)量，優(yōu)先選用長(zhǎng)構(gòu)件。此外，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照受力情況可分為軸心受力、受彎、壓彎、拉彎等類型，構(gòu)件尺寸選擇必須滿足各自情況下的承載力計(jì)算，保證強(qiáng)度和剛度。在鋼構(gòu)件截面形式上，考慮鋼構(gòu)件再利用采集的便利，廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的H型鋼，生產(chǎn)體系成熟，優(yōu)先選用。1.3鋼構(gòu)材料的選擇在鋼結(jié)構(gòu)材料的選擇上，結(jié)合材料再加工的可能性、荷載的特點(diǎn)和氣候條件等綜合考慮。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件從原結(jié)構(gòu)中拆卸下來(lái)后，不可避免的要對(duì)構(gòu)件長(zhǎng)度和截面進(jìn)行切割處理，優(yōu)先選用熱軋鋼或低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等易于加工的鋼材。但經(jīng)過(guò)切割處理的鋼材因其內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，剛度降低，對(duì)壓桿的承載能力有不利影響，應(yīng)盡量避免。經(jīng)常受往復(fù)變化的動(dòng)荷載的構(gòu)件應(yīng)選用抗疲勞性能好的鋼材。1.4連接方式選擇與設(shè)計(jì)連接方式的選擇是鋼結(jié)構(gòu)施工與拆卸能達(dá)到快速的重要方面，在滿足荷載要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用螺栓連接，節(jié)點(diǎn)形式的設(shè)計(jì)應(yīng)符合快速拆裝施工的要求。普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接是常見的兩種螺栓連接方式。因螺栓孔會(huì)削弱板件的截面，在螺栓設(shè)計(jì)中應(yīng)首先確定螺栓在鋼板上的排列方式，保證鋼板截面有足夠的凈截面承載力，然后再考慮螺栓孔數(shù)和板件截面積。2鋼結(jié)構(gòu)再利用再利用過(guò)程中，為確保結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的可靠安全耐久以及結(jié)構(gòu)抗震要求的應(yīng)用，應(yīng)實(shí)施高效化的管理方式、安全的結(jié)構(gòu)檢測(cè)、合理的拆卸與加工加固方法。為了使已利用的構(gòu)件在再利用時(shí)有強(qiáng)度保障，可采取損傷構(gòu)件強(qiáng)度折減法和未損傷構(gòu)件預(yù)應(yīng)力加固法兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，在結(jié)構(gòu)整體中，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身的延性儲(chǔ)備以及結(jié)構(gòu)超強(qiáng)3都使得結(jié)構(gòu)實(shí)際的承載力大于其設(shè)計(jì)的承載力。所以，在再利用設(shè)計(jì)中，構(gòu)件強(qiáng)度折減以及延性的折減都不應(yīng)孤立考慮。2.1構(gòu)件管理構(gòu)件運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行永久性標(biāo)記，拆除和再安裝時(shí)，對(duì)材料根據(jù)類別、跨度進(jìn)行分類存放，順序標(biāo)識(shí)，方便查找，并將構(gòu)件置于良好環(huán)境中儲(chǔ)藏，避免生銹。這是確保構(gòu)件可再利用的重要一環(huán)4。2.2結(jié)構(gòu)檢測(cè)在鋼結(jié)構(gòu)服役期間，溫差、荷載變化、超期服役、電化學(xué)腐蝕等都對(duì)材料有損傷。為保障鋼結(jié)構(gòu)能可靠的投入再次使用中，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體性能進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括材料缺損檢測(cè)與鑒定、鋼結(jié)構(gòu)疲勞度檢測(cè)與鑒定、鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)與鑒定、連接與節(jié)點(diǎn)的缺陷等方面。常采用無(wú)損檢測(cè)的方法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行檢查，有目測(cè)法、聲波檢測(cè)、電測(cè)技術(shù)、超聲波探傷5，這些方法都具有操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用強(qiáng)的特點(diǎn)。2.3構(gòu)件拆卸與加工加固拆除時(shí)，部分構(gòu)件會(huì)發(fā)生變形。因此，應(yīng)對(duì)產(chǎn)生變形的構(gòu)件進(jìn)行變形矯正，但矯正后，注意避免構(gòu)件內(nèi)出現(xiàn)殘余應(yīng)力;各個(gè)構(gòu)件經(jīng)過(guò)強(qiáng)度檢測(cè)或強(qiáng)度折減以及延性折減，為后續(xù)整體抗震設(shè)計(jì)提供了保障，進(jìn)而能應(yīng)用于新建建筑中;在對(duì)構(gòu)件長(zhǎng)度和截面進(jìn)行修改時(shí)，應(yīng)避免鋼材損傷;在高強(qiáng)螺栓拆除后，螺桿的變形已無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，螺栓不能再利用;構(gòu)件連接形式的修改主要是連接孔洞大小位置的修改或重新制孔，如不重新制孔應(yīng)根據(jù)受力情況在構(gòu)件上增加摩擦面來(lái)提高抗滑移系數(shù);再利用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況重新考慮使用年限，清除舊涂層，重新涂刷防腐涂料。鋼結(jié)構(gòu)再利用加固可利用預(yù)應(yīng)力加固鋼結(jié)構(gòu)局部，主要有直接粘貼、預(yù)應(yīng)力拉索法、截面補(bǔ)強(qiáng)法、增加附加支撐等方法。直接粘貼法適用于表面平整的拉桿，兩端錨固后施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力拉索法是用高強(qiáng)度拉索加固結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)。截面補(bǔ)強(qiáng)法是沿著鋼構(gòu)件局部或全長(zhǎng)補(bǔ)鋼材，擴(kuò)大截面，提高承載力6。3使用前景A.鋼結(jié)構(gòu)再利用適用于拆卸鋼結(jié)構(gòu)建筑臨時(shí)支撐體系中。目前我國(guó)臨時(shí)支撐體系多以現(xiàn)場(chǎng)綁扎腳手架或安裝輕型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為主。以上兩種臨時(shí)支撐體系，成本高、施工復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)一套利于拆卸的可再利用鋼結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支撐體系，將對(duì)實(shí)際工程有重要意義。B.鋼結(jié)構(gòu)再利用適用于臨時(shí)場(chǎng)館中。隨著中國(guó)日益強(qiáng)大，承辦體育賽事、展覽增多，針對(duì)短時(shí)間內(nèi)人流暴漲，不可避免的將要建設(shè)臨時(shí)性展館、住宅、場(chǎng)館等臨時(shí)建筑，為了避免土地資源的浪費(fèi)，將在活動(dòng)結(jié)束后再拆除。因此，再利用技術(shù)的研究可便于此類項(xiàng)目的進(jìn)行。C.鋼結(jié)構(gòu)再次利用是新時(shí)代理想的工業(yè)生產(chǎn)方式。構(gòu)件節(jié)點(diǎn)精簡(jiǎn)，模數(shù)化設(shè)計(jì)，拆裝簡(jiǎn)單，濕作業(yè)少，再利用施工快。可持續(xù)發(fā)展作為中國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，具有節(jié)能環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)形式被市場(chǎng)看好。4結(jié)語(yǔ)在理想情況下，N次可拆卸建筑即為永久建筑。裝配式鋼結(jié)構(gòu)因其工業(yè)化程度高，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少，施工效率高，廣泛應(yīng)用于公共建筑中。我國(guó)已在鋼結(jié)構(gòu)的施工實(shí)踐中總結(jié)了許多有效的經(jīng)驗(yàn)，而在可拆卸式建筑的產(chǎn)業(yè)工業(yè)化過(guò)程中，拆卸技術(shù)仍不成熟，還有很多技術(shù)值得探索，拆卸輔助臨時(shí)支撐體系還可以盡善盡美。本文因篇幅有限僅對(duì)單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中還應(yīng)對(duì)再利用鋼結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度、延性進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。期望本文論述的處理措施能為施工者提供參考，并加強(qiáng)我國(guó)人民對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的了解，促進(jìn)資源循環(huán)高效利用。參考文獻(xiàn):1顧軍.上海世博臨時(shí)場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)快速拆裝和可重復(fù)利用式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用J建筑知識(shí)(學(xué)術(shù)刊)，2010，(09):3942.2劉魁，虞終軍，鄭毅敏.2010年上海世博會(huì)可重復(fù)利用鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)J山西建筑，2009，(12):60.3翟長(zhǎng)海，謝禮李.結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中強(qiáng)度折減系數(shù)研究進(jìn)展J哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，(08):11771184.4魏德勝，郭祥軍，陳龍，等.裝配式鋼結(jié)構(gòu)辦公樓施工技術(shù)J施工技術(shù)，2016，(45):415418.5張紅.淺談橋梁鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)與檢測(cè)J路橋工程，2017，(08):1646.6黃曉峰.某多層鋼結(jié)構(gòu)車間檢測(cè)鑒定及加固設(shè)計(jì)J四川建材，2018，44(06):6263.