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1、钢木砼复合结构建筑与建筑节能胡尚同 （ 海口磊安新钢结构工程有限公司，海南 海口） 摘 要： 系统分析了以钢管混凝土为主要承重构件的钢木砼复合结构建筑体系并和传统钢筋砼结构及钢-混组合结构进行了全方位的技术、经济比较，得出了钢木砼复合结构体系相对传统钢筋砼结构能耗及造价低20%以上的结论。并在此基础上对传统钢结构的螺栓连接和钢承板构造方式提出质疑；原创性的提出了梁式楼梯的新型做法；对一直困扰钢-混组合结构发展的外墙外挂围护体系进行了革命性创新；多年的工程实践证明：钢木砼复合结构结合了传统钢筋砼结构及钢-混组合结构的优点并克服了其不足，经过对主要构件和节点的优化组合，极大的简化了施工工艺、降低了
2、能耗、提高了生产效率，释放出巨大的社会能源和劳动力资源，具有辽阔的市场前景。关键词：建筑节能；钢管混凝土；梁式楼梯；节能型外墙,Steel-wood-concrete Composite BuildingHU Shang-tong（Haikou Lionking Steel Structure Engineering Company,Ltd.）Abastract A new structure system composing steel, concrete and wood (steel-wood-concrete composite structure) was introduced, i
3、n which the concrete-filled steel tubular columns are adopted to bear the main vertical loads. The economic benefit of this structure system was highlighted by comparing with those traditional reinforced concrete structures and steel-concrete composite structures. It is shown that the steel-wood-con
4、crete composite structure can reduce at least 20% cost than the traditional reinforced concrete structures. The traditional bolted connection and the detailing of the steel bearing plate for the steel structure is questioned. A new construction method for beam-stair is brought forward. A new kind of
5、 outbound wall board is invented. By optimizing the main components and the connections, the construction technique for steel-wood-concrete composite structures is simplified to increase the construction efficiency. The steel-wood-concrete composite structures can combine the advantages of reinforce
6、d concrete structure and steel-concrete composite structure, which will have a promising future in the market.Key words ：concrete-filled steel tubes, beam-stairs, economic analysis； economic wall;一、总论：建筑能耗是指在建筑物的建造和使用过程中所发生的建筑材料、人工、机械、运输、水电等的消耗总量,即建筑的总的能源消费量，用公式表示为：T = A + B + C + D EA :为构成建筑物的各种材料、
7、设备的生产制造、加工、搬运等消耗的能量，简称建筑生产用能;B :为建筑物建设、安装等施工过程中消耗的能量，筒称建筑施工用能；C :为建筑物日常使用过程中采暖、制冷、照明、烹任、家用电器用能，以及维修管理用能，筒称建筑日常运转用能；D ：为建筑物因老化陈朽需拆除所耗能量，筒称为建筑解体用能；E ：为建筑物拆除后，资材、机器设备的再利用，起到节能的效用。众所周知，建筑材料的生产必须从自然界中获得大量的原材料，而大规模的从自然界获取的原材料必然会对自然界造成极大的负面影响。例如大量的开采煤炭，石油，伐木取材等，破坏了大自然的生态环境。据统计，我国的钢铁工业每吨钢的综合能耗折合成标准煤为1.66吨，需
8、耗水 48.6吨，同时放出1吨的二氧化碳气体，并产生130公斤的粉尘。建筑的施工阶段，除消耗大量的能源外，还将产生大量粉尘、噪音等。给人们的生产、生活带来了很多负面影响。因此,建筑业是典型的资源与能源高消耗产业，对环境的影响有着举足轻重的作用。当前，我国经济持续稳定高速增长，经济体制改革正处于关键时期。建筑业在迅猛发展的同时也带来了大量的能耗，因此,建筑节能已迫在眉睫。建筑节能的目的就是利用新技术、新工艺降低建筑物在建造和使用过程中所发生的能耗，缓解社会的能源危机。建筑节能是建筑业一项重要、紧迫而又艰苦的任务，是一项复杂的系统工程，涉及规划设计、建设施工、建筑节能产品等多个环节，甚至延伸到整个
9、建筑寿命的全周期。作为一个复杂的系统工程，建筑节能的第一步且最关键的一步在于降低建筑物在设计和施工阶段的能耗。这就要求在建筑结构领域进行技术创新、寻求突破。面对日益短缺的能源危机和社会各界对高品位建筑的大量需求钢木砼复合结构可谓异军突起、应运而生。二、钢木砼复合结构简介：钢木砼复合结构是在综合各种传统建筑结构基础上发展而来的一种新型永久性结构，主要受力框架结构采用钢管砼技术，充分发挥钢材、木材、砼等传统建筑材料的物理力学性能和耐久性特点，利用结构力学原理组合而成的一种全新建筑结构。由于利用了钢管替代了传统结构的钢筋和模板，而且由空心钢管和高密度胶合木板组成的梁柱框架系统本身就具有足够的强度，楼
10、板面在不需要临时支撑的情况下足以满足施工人员自由行走、完成楼面钢筋作业。由于采用高密度胶合木板做为不拆卸的永久性模板，其施工工艺淘汰了传统的木工工种，而且施工中各楼层可以交叉、逆向施工。其建造速度可谓迅雷不及掩耳。三、结构体系1、承重柱：一般采用薄壁钢管砼构件。采用钢管砼作为承重柱构件现在已经是很成熟的技术并已有相关规程。但是，钢木砼复合结构中柱内的砼是在楼面钢筋绑扎完成后，在浇筑楼面砼时同时分层灌注，使梁、柱、板成为一个现浇的砼整体，由于整体性能卓越且结构延性好，因而，抗震性能卓越。构造措施：在柱高、梁的位置须预留砼浇注孔以便安装梁柱节点加强连通钢筋和使梁、板、柱在混凝土浇筑后成为一个有机的
11、连通整体；在混凝土浇筑后，须在柱底和柱顶部采用电钻钻适量通气孔洞以排出柱内砼残留的水分以及作为消防散热通道。2、承重梁：采用带翼钢管混凝土复合梁，采用薄壁钢板加工成型,与钢管砼柱焊接,在浇筑楼面砼时同时灌注梁内混凝土。使得梁、板结构成为一个有机的整体。3、楼面结构：现浇砼形式：利用带翼钢管梁焊接形成井字梁结构，将装饰模板整块用自攻钉安装固定于梁挑出平台部位，形成一闭合梁板体系。在梁内及板上绑扎、焊接梁板钢筋，然后整体浇筑梁板柱砼。由于模板跨度较大，在砼浇筑时承载力不足，因此在砼浇筑前须加设临时支撑系统。浇筑梁板砼后，所用装修模板作为结构的一部分，不需要拆除，由于木板处于结构的受拉区，而木板本身
12、具有较强的抗拉强度和整体性，（结构设计时仅考虑作为安全储备）在和现浇混凝土整体浇筑后对整个结构的整体性和承载力具有重大贡献，同时又是一个天然的人性化装修面层，如图1-2所示。 图1 钢木砼复合结构楼板效果 图2 钢木砼复合结构楼板支撑体系 图3 钢木砼复合结构板面钢筋4、楼梯结构体系： 由于建筑物楼梯承担日常交通和突发事件疏散的重要任务，传统建筑结构的楼梯做法一直是设计和施工的难点和重点，不但工艺复杂而且质量不容易控制（踏步模板容易变形）。钢木砼复合结构中采用一种钢管混凝土梁式楼梯的新型做法，采用带翼开口方钢管作为楼梯梁，在带翼开口方钢管内部按照设计踏步高度焊接垂直于地面的角钢，然后采用自攻螺
13、丝将踏步模板和侧面模板固定于角钢上，在楼梯钢筋帮扎完毕后灌注楼梯混凝土，待混凝土初凝后即可将自攻螺丝退出，踏步模板和侧面模板材料可周转使用。实践证明：采用这种方法施工，楼梯形状非常规则，如图4、5所示，而且工艺非常简单，不需要专业木工工种。 图4 钢木砼复合结构楼梯模板安装 图5 钢木砼复合结构楼梯5、节能型外墙围护体系： 在建筑物的使用过程中，外墙围护体系是至关重要的一个环节，不但关系到是否节能，而且还必须处理外墙防水、裂缝的问题，现行的外保温材料由于置于墙体的外侧，直接与外界接触，承受的温差大，同时由于建筑外墙承受风荷载较大，墙体部分会产生很大负风压（吸力），再加上外保温材料自重作用，容易
14、产生脱 落；再有外保温材料大多数为有机材料，而基层材料通常为各种砖、砌块或混凝土属无机材料，两者自身材性不相容，粘结性不好，容易产生脱落；因此，隔热材料不仅要有良好的阻抗热流传递的性能即大的热阻、小的传热系数，而且对保温材料的耐候性、耐久性和保温体系的抗裂、防火、防水、透气、抗震、抗风压能力提出较高的要求。因而也一直是个世界性的难题。钢木砼复合结构建筑非常巧妙的处理好了这个问题。（如图6、7） 外墙围护体系之所以成为一个世界性的难题，在于现行的墙体结构均为无机脆性材料且直接面对室外环境和自然灾害。而钢木砼复合结构建筑利用外钢管柱，根据门窗洞口的位置，直接焊接墙体檩条（C型钢），与外围结构柱形成
15、一个空间桁架，利用墙体檩条的两个面，分别固定单层彩钢板或者轻质水泥板，将外墙围护体系分成双层来施工，在内外层板之间再填充保温隔热材料。这样，在完全能够满足使用功能的前提下，既避免了热桥效应，拥有良好的保温隔热效果，又一劳永逸的解决了外墙防水、裂缝的问题，同时还增强了整个结构的空间刚度，对整个结构的抗震性能贡献巨大。实践证明：这种做法在完全能够满足使用功能的同时，造价比外墙直接砌砖墙还低廉。 图6 图7 图8 钢木砼复合结构酒店四、与钢筋砼结构的能耗及经济成本分析钢筋砼结构是我国乃至全世界现代建筑的主流，统治世界建筑格局近三个世纪。但是由于施工工期长、费工量多，建筑能耗巨大，而且抗震性能不佳，在地震灾害中往往容易造成开裂甚至倒塌而丧失使用功能，而一旦开裂，必须进行拆除，拆除的工作量非常巨大，同时钢筋砼结构建筑在拆除过程中，除了会产生大量的固体垃圾，占用大量的土地，并对周围的生态环境造成污染。另外还有一些建筑材料，例如塑料，橡胶等，在处理时还会释放大量的有害气体，对大气造成污染。其次，材料回收率极低，资源损失惨重,已经引起全世界各行业专家学者的广泛关注。随着现代建筑科技的发展，作为钢筋砼结构的替代品，新兴的型钢-混凝土组合结构体系在结构可靠性、安全性和抗震性能方面
