輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用

柳新嶺 劉玉娟

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用

柳新嶺 劉玉娟

（山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東科技大學(xué) 山東青島 266590）

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是一種新型建筑體系,因其造型美觀、施工速度快、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)而備受世界各國(guó)的青睞。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)與建造，必須要有材性穩(wěn)定、耐候耐久、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輕質(zhì)圍護(hù)配套部品及其與鋼結(jié)構(gòu)的配套技術(shù)，尤其是輕質(zhì)外圍護(hù)墻體及其與鋼結(jié)構(gòu)的配套技術(shù)。本文通過分析我國(guó)輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系的材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求,對(duì)我國(guó)發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展、優(yōu)勢(shì)以及面臨的問題進(jìn)行了分析。

輕型鋼結(jié)構(gòu)；住宅；設(shè)計(jì)與建造；優(yōu)勢(shì)

本文主要說明輕鋼結(jié)構(gòu)建筑中的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。鋼材的強(qiáng)度比混凝土、砌體和木材要高，荷載相同時(shí)，所需截面小。如今鋼結(jié)構(gòu)住宅在很多國(guó)家開始普及，而我國(guó)仍然是以磚混和鋼混框架為主。目前我國(guó)提出發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅己經(jīng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)國(guó)際大趨勢(shì)的盲目追求，它是我國(guó)新一代住宅發(fā)展的必然趨勢(shì)。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅是一種新的建筑體系，涉及的材料是新型建筑材料，設(shè)計(jì)方法是“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備與施工和裝修一體化”的新方法，是一種專業(yè)性很強(qiáng)的綜合建筑體系，是房屋建造企業(yè)的專業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品。

1、輕型鋼結(jié)構(gòu)材料及要求

所謂“輕鋼結(jié)構(gòu)建筑”，其主要輕型鋼框架結(jié)構(gòu)體系，輕型圍護(hù)體系等組成。輕型鋼框架是指由小截面熱軋H型鋼、高頻焊接H型鋼、普通焊接H型或異型截面的型鋼、冷軋或熱軋成型的方（矩、圓）形鋼管組成的純框架或框架支撐結(jié)構(gòu)體系。輕型圍護(hù)體系材料宜采用水泥基的復(fù)合型多功能輕質(zhì)條形板材，也可以采用水泥加氣發(fā)泡類材料、輕質(zhì)混凝土空心材料、輕鋼龍骨薄板組合材料等。

我國(guó)近幾年來的鋼結(jié)構(gòu)住宅工程實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)體系形式呈多樣化發(fā)展態(tài)勢(shì)，有從國(guó)外引進(jìn)的冷彎薄壁型鋼低層住宅建筑，也有用普通熱軋H型鋼結(jié)構(gòu)的多層和高層住宅建筑。但建筑材料和應(yīng)用技術(shù)均滿足不了住宅功能的要求，表現(xiàn)在與鋼結(jié)構(gòu)配套的圍護(hù)材料品種少、質(zhì)量差及科技含量不高等方面，制約了鋼結(jié)構(gòu)住宅的健康發(fā)展。

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)材料要求：輕鋼結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度以及硫、磷含量的合格保證。對(duì)焊接承重結(jié)構(gòu)的鋼材尚應(yīng)具有碳含量的合格保證和冷彎試驗(yàn)的合格保證。對(duì)有抗震設(shè)防要求的承重結(jié)構(gòu)鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)大于0.85，伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于20%。鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和物理性能指標(biāo)應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018的有關(guān)規(guī)定采用。

2、輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

自重輕，抗震性能好，安全性高；建筑造型簡(jiǎn)潔美觀，輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的室內(nèi)水電管線布置一般暗埋在墻體中，因此內(nèi)部可布置的空間靈活豐富；實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化、建筑集成化輕鋼結(jié)構(gòu)住宅構(gòu)件在工廠大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其建筑部件可以現(xiàn)場(chǎng)拼裝，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化，提高了住宅產(chǎn)業(yè)化水平；施工快捷、工期短, 不受季節(jié)限制；綠色、環(huán)保，符合國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展的要求；防腐耐久，舒適性好；宜于拆卸搬遷；先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) 例如下圖輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房CAD圖紙和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM) 技術(shù)，能全面按用戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，且效率高、報(bào)價(jià)快、造價(jià)低、供貨迅速等優(yōu)點(diǎn)。

此外，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是科技含量高的新型建筑，單以墻體保溫隔熱這一項(xiàng)就要比傳統(tǒng)的砌體建筑優(yōu)越得多，例如100mm左右厚的R15保溫棉，熱阻值與1米左右的磚墻厚度相同。因此這種墻體有著更高的科技含量和節(jié)能效果。另外，外墻防水、防潮材料的應(yīng)用也采用了當(dāng)今最新的建材，房屋的內(nèi)墻采用的是防火石膏板。石膏板除具有防火功能外，石膏板所具有的呼吸功能，可在梅雨季節(jié)吸收室內(nèi)空氣中大量的水分，使室內(nèi)的空氣保持干燥，而在秋冬比較干燥的季節(jié)就會(huì)把水分釋放出來調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度。所以住在周圍是石膏板的房子里，要比磚石水泥砌筑的房子要舒適得多，例如澳大利亞輕鋼別墅。輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的窗一般是采用中空玻璃不僅有很好的保溫隔熱功能，而且有較高的隔音功能，隔音程度一般達(dá)40分貝以上。住宅中一般配備較高科技含量的設(shè)備，主要有中央空調(diào)系統(tǒng)、中央熱水系統(tǒng)、中央報(bào)警及防火報(bào)警系統(tǒng)、電動(dòng)遙控四庫門等。廚房一般配有現(xiàn)代爐灶、排煙機(jī)、洗碗機(jī)、垃圾處理機(jī)、直飲水等設(shè)備應(yīng)有盡有。

3、目前我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅還面臨一些問題

由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是新興產(chǎn)業(yè)，所以我國(guó)現(xiàn)在在技術(shù)上還存在許多問題。缺乏有針對(duì)性的鋼結(jié)構(gòu)住宅規(guī)范，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系此前在我國(guó)屬于技術(shù)空白，所以不能滿足我國(guó)現(xiàn)行強(qiáng)制性規(guī)范的某些條文。

部分輕質(zhì)鋼材材料尚需進(jìn)口，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是在國(guó)外尤其是北美地區(qū)木屋結(jié)構(gòu)住宅的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這兩種體系雖然在國(guó)外已經(jīng)十分成熟和完善，但是對(duì)于我國(guó)來說卻完全是新東西，因而各種困難幾乎無處不在。在建材和部品方面, 目前建造輕鋼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工程所需材料許多要從國(guó)外運(yùn)來, 甚至有些由外商在中國(guó)大陸委托加工的部件, 往往也只能到國(guó)外去采購；實(shí)用性人才不多見，我國(guó)建筑類專業(yè)的工程技術(shù)人員對(duì)這一體系知道的很少，而更加缺乏的是熟練技術(shù)工人。

管理模式不太適應(yīng)，我國(guó)現(xiàn)行的建筑管理模式與輕鋼結(jié)構(gòu)住宅這種工業(yè)化生產(chǎn)方式并不適應(yīng)；建筑保溫和節(jié)能問題，由于鋼材傳熱系數(shù)大，熱量散失快，且易形成冷橋，因此保溫節(jié)能是輕鋼結(jié)構(gòu)住宅要解決的主要問題之一；建筑防火問題，鋼材不耐火，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅要加強(qiáng)抗火設(shè)計(jì)及防火措施保護(hù)。常用的防火措施有四種:防火涂料法；隔離法；實(shí)心包裹法；膨脹漆覆蓋法；建筑隔音問題，聲音傳播分為空氣傳播和固體傳播兩種形式。最重要的還有造價(jià)問題，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅成本偏高，國(guó)內(nèi)消費(fèi)者近期還難以接受。

4、關(guān)于多層高層鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的建議

從近年開始，我們已開始對(duì)多層高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行研究，但我們初步的研究情況發(fā)現(xiàn)，由于多層住宅是定位于比較低的消費(fèi)群體，所以建造成本一定要相對(duì)比低層住宅一定要更低一些。而我們目前做出的測(cè)算與目前我國(guó)廣泛采用的磚混及鋼筋砼框架體系的建造的住宅成本比有較大的差距。

我認(rèn)為，在技術(shù)上多層輕鋼體系應(yīng)是成熟的，但與市場(chǎng)所能接受的造價(jià)成本差距較大，因此作為輕鋼體系的承重體系，外維護(hù)墻、內(nèi)隔墻及屋頂結(jié)構(gòu)一般采用輕鋼龍骨，整個(gè)建筑物的科技含量隨著墻體及屋頂?shù)母倪M(jìn)而大大提高，同時(shí)建筑物的自重也會(huì)大大降低。加上使用面積的增大、建設(shè)速度的快捷等的優(yōu)點(diǎn)，那么輕鋼體系的綜合成本會(huì)非常接近普通的磚混框架體系，甚至可能會(huì)做到更經(jīng)濟(jì)。它的綜合的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益以及居住質(zhì)素的優(yōu)化，是我國(guó)傳統(tǒng)建筑住宅所以倫比的。此外應(yīng)加強(qiáng)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，盡快組織《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002，《壓型金屬板設(shè)計(jì)施工規(guī)程》的修訂工作。結(jié)合國(guó)內(nèi)在門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工使用中的經(jīng)驗(yàn)和出現(xiàn)的問題修改完善規(guī)程內(nèi)容，例如對(duì)于我們的門式剛架房屋承載力儲(chǔ)備比美國(guó)小的問題;對(duì)于廠房高低跨、女兒墻、屋面高差處以及我國(guó)多雪地區(qū)、強(qiáng)風(fēng)地區(qū)給出特殊的規(guī)定要求等等。

現(xiàn)在，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)研究已進(jìn)人一個(gè)新的階段，有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，國(guó)內(nèi)鋼材產(chǎn)量充足，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展已具備了較好的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系符合國(guó)家發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅，建設(shè)“百年住宅”，實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)的住宅的目標(biāo)要求，具有良好的發(fā)展前景。我們可以相信，21世紀(jì)將是鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)將會(huì)被淘汰，而鋼結(jié)構(gòu)制造、施工企業(yè)的前景將非常寬闊。

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