輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系介紹及應(yīng)用淺析
【關(guān)鍵詞】住宅輕鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系
隨著我國(guó)新型住宅的開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑體系用于住宅建筑，從其在發(fā)達(dá)國(guó)家多年的實(shí)踐中及我國(guó)一些研究單位、高校的研究資料上分析，其建筑物的重量與其它類(lèi)住宅通用體系相比可減輕30%，特別是在地質(zhì)承載力低和地震烈度較高的地區(qū)，其綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于一般住宅建筑體系。在我國(guó)土地資源匱乏而鋼產(chǎn)量相對(duì)充裕的現(xiàn)實(shí)情況下，國(guó)家倡導(dǎo)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的建設(shè)是十分適宜的，且鋼結(jié)構(gòu)體系亦與可持續(xù)發(fā)展的“綠色住宅”理念相符。
1輕鋼結(jié)構(gòu)住宅及優(yōu)點(diǎn)
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是以經(jīng)濟(jì)鋼型材構(gòu)件，包括冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼，T型鋼、焊接或無(wú)縫鋼管及其組合構(gòu)件作為住宅承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系主要包括以鋼結(jié)構(gòu)為主、鋼木混合、鋼木和混凝土混合結(jié)構(gòu)三種。與傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅優(yōu)點(diǎn)有：
（1）建筑空間布置靈活，能滿(mǎn)足不同住戶(hù)對(duì)住宅的多種功能要求；
�。�2）采用材料輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、安全性高；
�。�3）可以實(shí)現(xiàn)住宅建設(shè)的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化；
�。�4）施工方便快捷，建設(shè)周期短；
�。�5）符合國(guó)家環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求；
�。�6）綜合經(jīng)濟(jì)效益好。
2輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要結(jié)構(gòu)體系
從結(jié)構(gòu)方面來(lái)講，我國(guó)常用的輕鋼結(jié)構(gòu)體系有:純框架結(jié)構(gòu)體系、框支結(jié)構(gòu)體系、框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系、錯(cuò)列桁架體系、鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)體系和輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系。
�。�1）純框架結(jié)構(gòu)體系
純框架結(jié)構(gòu)體系在地震區(qū)一般不超過(guò)15層。框架結(jié)構(gòu)的平面布置靈活，可提供較大的室內(nèi)空間，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻�？蚣芙Y(jié)構(gòu)有較大的延性，自振周期較長(zhǎng)，抗震性能好。但側(cè)向剛度小，由于側(cè)向位移大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，因此不宜建的太高。
�。�2）框支結(jié)構(gòu)體系
純框架在風(fēng)、地震荷載作用下，側(cè)移不符合要求時(shí)，可以采用帶支撐的框架，即在框架體系中，沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個(gè)方向布置一定數(shù)量的支撐。采用由軸向受力桿件形成的豎向支撐來(lái)取代由抗彎桿件形成的框架結(jié)構(gòu)，能獲得比純框架結(jié)構(gòu)大的多的抗側(cè)力剛度，可以明顯減小建筑物的層間位移。
�。�3）框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系
在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)以剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，平面布置靈活、使用方便，又有較大的剛度，可用于40至60層的高層鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼筋混凝土墻沿服務(wù)性面積(如樓梯間、電梯間和衛(wèi)生間)周?chē)O(shè)置，就形成框架多筒體結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)體系在各個(gè)方向都具有較大的抗側(cè)力剛度，成為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，承擔(dān)大部分水平荷載，鋼框架主要承受豎向荷載。如圖1。
�。�4）錯(cuò)列桁架體系
圖2為錯(cuò)列桁架體系。錯(cuò)列桁架體系是19世紀(jì)60年代中期，由麻省理工學(xué)院在美國(guó)鋼鐵公司的贊助下開(kāi)發(fā)的一種結(jié)構(gòu)體系。主要用于多、高層住宅中。目前，這類(lèi)結(jié)構(gòu)體系在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。
�。�5）鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)體系
鋼--混凝土組合結(jié)構(gòu)體系是由鋼管混凝土柱、鋼骨混凝土梁、抗側(cè)力支撐、雙向輕鋼密助組合樓蓋和復(fù)合外墻板等構(gòu)件組成的鋼結(jié)構(gòu)框架支撐結(jié)構(gòu)體系。
（6）輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系
輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系主要用于低層住宅或別墅，可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為冷彎C型鋼組成的龍骨體系，另一類(lèi)以小型熱軋型鋼組成的龍骨結(jié)構(gòu)體系。
3輕鋼住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系
為發(fā)揮輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，圍護(hù)墻體應(yīng)采用輕質(zhì)材料，以形成輕型結(jié)構(gòu)體系，如自承重式的空心砌塊、加氣混凝土塊、非自承重的壓型鋼板夾芯板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(ALC)、以及玻璃幕墻等。墻梁優(yōu)先選用冷彎薄壁槽鋼、卷邊槽鋼、卷邊z型鋼，通過(guò)螺栓與主體框架連接。
�。�1）鋼骨構(gòu)件
低層住宅結(jié)構(gòu)用鋼的強(qiáng)度指標(biāo)一般達(dá)到230Mpa或340Mpa，厚0.46mm~2.5mm，由鋼板壓制成C型、U型或者L型�！ �
與鋼結(jié)構(gòu)體系相適應(yīng)的圍護(hù)墻體材料的選擇是制約鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的一個(gè)非常重要的因素。它要求：①工廠化程度高，與鋼結(jié)構(gòu)易于連接，②材料輕且強(qiáng)度高，③防水、抗?jié)B、抗凍性能強(qiáng)，④保溫、隔熱、節(jié)能，⑤外飾面，⑥耐火，⑦耐久性，⑧經(jīng)濟(jì)指標(biāo)易于接受，等等。
�。�2）保溫隔熱、隔音材料
輕型鋼骨結(jié)構(gòu)住宅所采用的保溫隔熱材料以玻纖棉為主，當(dāng)墻面做外保溫時(shí)，比較多地采用剛性擠塑成型發(fā)泡材料，這些保溫隔熱材料同時(shí)也是較好的隔音材料，一般隔音效果可達(dá)到40分貝以上，大大減少了房屋的環(huán)境噪音污染。樓層板隔音一般采用雙層保溫層做法。
（3）外墻及屋面防水材料
外墻體通常采用單向透氣透水的建筑紙或其它優(yōu)質(zhì)防水卷材或涂料，并輔以防水外掛裝飾材料。屋面采用各種輕質(zhì)的金屬或非金屬掛瓦、板材或貼面材料。色彩多樣、成本低、維護(hù)方便、防漏性能好�！�
4輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用
�。�1）輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系國(guó)外應(yīng)用
在美國(guó)、日本、意大利、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)，早己把鋼結(jié)構(gòu)用于住宅，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑則是一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系。在美國(guó)普通的低層民用住宅中，采用輕鋼結(jié)構(gòu)，特別是采用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于住宅建造所占的比例，從20世紀(jì)90年代初的5%己發(fā)展到現(xiàn)在的25%左右，且技術(shù)己經(jīng)成熟完善，例如典型的北美輕鋼住宅。
北美鋼結(jié)構(gòu)低層住宅是一種輕型鋼骨結(jié)構(gòu)體系，一般為4層以?xún)?nèi)，也可以建造6-7層的房屋。
（2）輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在我國(guó)的應(yīng)用
我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究和應(yīng)用試用于20世紀(jì)90年代末，目前還處于研究和試點(diǎn)工程階段。目前全國(guó)已進(jìn)行了大量的試點(diǎn)項(xiàng)目，如下：
(1)上�，F(xiàn)代房產(chǎn)實(shí)業(yè)有限公司建造了幾萬(wàn)㎡低層和高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程。
(2)1999年新疆庫(kù)爾勒建造了一幢8層錯(cuò)列桁架體系鋼框架住宅樓。
(3)馬鞍山鋼鐵公司建成了2層的輕鋼試點(diǎn)工程，全部采用馬鋼生產(chǎn)的熱軋H型鋼。馬鋼光明新村也將興建2幢16層支撐框架結(jié)構(gòu)的住宅試點(diǎn)樓。
(4)北京西三旗水電工程宿舍為6層H型鋼-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，壓型鋼板組合樓面，自承重砌體外墻，鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)加連系梁，防火為防火涂料加砂漿覆面。
(5)湖南長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大集團(tuán)建造了一幢7層輕鋼框架住宅樣板樓，柱網(wǎng)3.6m×6.0m，120mm厚壓型鋼板混凝土組合樓面，耗鋼量46kg/㎡。
(6)北京某綜合辦公樓為5層，局部6層，為輕鋼結(jié)構(gòu)，用鋼量約55kg/㎡，按現(xiàn)行定額標(biāo)準(zhǔn)，其造價(jià)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案略低。
(7)江蘇江陰京江輕鋼房屋公司試驗(yàn)樓，5層輕鋼框架結(jié)構(gòu)，ALC板做外墻，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)用鋼量約50kg/㎡。
(8)山東萊蕪鋼鐵股份公司在萊蕪鋼城建造H型鋼住宅樣板小區(qū)�！�
5輕鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展存在的主要技術(shù)問(wèn)題
目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的主要研究及技術(shù)熱點(diǎn)問(wèn)題有：
�。�1）輕鋼結(jié)構(gòu)的防銹、防火技術(shù)及新型防火材料的研制和相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)程的制訂還不能滿(mǎn)足市場(chǎng)要求。
�。�2）輕鋼住宅典型連接節(jié)點(diǎn)及其抗震性能研究;輕鋼住宅中圍護(hù)結(jié)構(gòu)及隔斷體系研究與開(kāi)發(fā)。
（3）輕鋼住宅中防火、防腐和保溫技術(shù)。
�。�4）輕鋼住宅配套使用建筑設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性研究；輕鋼住宅的施工技術(shù)與施工措施研究。
輕鋼住宅體系是一個(gè)綜合復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，除結(jié)構(gòu)本身外，還涉及到墻體材料、屋面保溫防水材料、櫥衛(wèi)設(shè)備和管線(xiàn)系統(tǒng)等其它配套體系。只有采用適合輕鋼結(jié)構(gòu)的配套體系，才能最充分地發(fā)揮輕鋼住宅的優(yōu)勢(shì)，造福于民�！ �
結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系的研究和工程試點(diǎn)表明，逐步開(kāi)發(fā)和完善安全舒適、功能優(yōu)越且成本低廉的輕鋼住宅，可以考慮將來(lái)作為部分富裕農(nóng)村地區(qū)的建筑形式，可以加快國(guó)家和城市的發(fā)展速度，還提高了住宅質(zhì)量和人們的居住水準(zhǔn)，它作為一種商品具有較高的綜合經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還促進(jìn)了社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展，給社會(huì)帶來(lái)了良好的社會(huì)效益，這也是發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的重要意義。
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