淺談?shì)p鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系

宋延勇 李元齊

1 概述

輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系是一種新型住宅體系,是指以密排(通常為400 mm～600 mm)的冷彎薄壁型鋼構(gòu)件為承重結(jié)構(gòu),然后用復(fù)合覆層包裹起來(lái)的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系因其美觀適用、健康環(huán)保、綜合效益好等特性在世界各地都得以大量應(yīng)用,目前已成為美國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家住宅建筑的重要形式,并且其設(shè)計(jì)、制造和安裝技術(shù)已經(jīng)非常完善。我國(guó)目前鋼鐵產(chǎn)量逐年增加,國(guó)家用鋼政策的轉(zhuǎn)變也使其在我國(guó)得以迅猛發(fā)展,輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

2 輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系

圖1給出了輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系的組成及構(gòu)造。這種住宅體系以冷彎薄壁型鋼密排柱(輕鋼龍骨)為主要受力構(gòu)件,主要由墻體立柱(立龍骨),天、地龍骨,托梁,支撐以及各種配套的扣件和加勁件組成,一般適用于兩層或局部三層以下的獨(dú)立或連排住宅。住宅單元長(zhǎng)度不超過(guò)18 m,寬度不超過(guò)12 m,單層承重墻高度不超過(guò)3.3 m,檐口高度不超過(guò)9 m,屋面坡度宜在1/4～1/1范圍內(nèi),常設(shè)地下室[1]。

輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系主要組成部分包括墻體體系、樓蓋(屋蓋)體系及圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系。墻體體系由間距400 mm～600 mm的密排立柱(立龍骨)、拉條及墻面板組成,如圖2所示。墻體的墻面板有石膏板、OSB板(結(jié)構(gòu)定向刨花板)、膠合板、水泥纖維板及水泥膠合板等。樓蓋體系由間距400 mm～600 mm的樓蓋梁、樓面板和吊頂組成。樓面板材料同墻面板,有時(shí)樓面板上也鋪一層輕質(zhì)混凝土。屋蓋體系主要由屋架、屋面板和吊頂組成。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系的墻面板和樓面板與墻體立柱和樓蓋梁牢固連接,形成了復(fù)合板結(jié)構(gòu)體系或板肋結(jié)構(gòu)體系。墻面板和樓面板不僅起圍護(hù)作用,同時(shí)還對(duì)改善墻體和樓層的結(jié)構(gòu)性能起到重要作用。這種復(fù)合板結(jié)構(gòu)體系或板肋結(jié)構(gòu)體系平面內(nèi)剛度很大,能很好地承受豎向和水平荷載作用。

冷彎薄壁型鋼構(gòu)件截面形式有 U形、C形、Z形、π形、L形、管形等以及各種組合截面,其中,C形截面和U形截面為最常用的兩種構(gòu)件截面形式。C形截面多用于承重構(gòu)件,U形截面多用作天、地龍骨等非承重構(gòu)件。構(gòu)件鋼材多為Q235鋼和Q345鋼,構(gòu)件厚度一般在0.45 mm～2.50 mm之間。冶煉技術(shù)和防腐技術(shù)的進(jìn)步使得冷彎薄壁型鋼構(gòu)件不斷向高強(qiáng)、超薄的方向發(fā)展。目前屈服強(qiáng)度為550 MPa的高強(qiáng)度鋼材已用于輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系,而構(gòu)件壁厚最薄已達(dá)到0.42 mm。

由于輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系構(gòu)件壁薄難以施焊,緊固件連接成為該結(jié)構(gòu)體系中最常用的連接方式。螺釘、自攻螺釘、射釘、拉鉚釘、螺栓和扣件等都是輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系中常用的緊固件。其中,自攻螺釘連接施工便利、連接剛度好、承載能力高、外形美觀,最為常用。

3 輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系的特點(diǎn)及發(fā)展

與混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅體系相比,輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系具有一系列不可比擬的優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。這主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面:

1)綠色環(huán)保,符合可持續(xù)發(fā)展理念。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系采用各種新型建筑材料,防腐阻燃,居住環(huán)境健康衛(wèi)生。其主要用材——鋼材全部可以回收再利用,其他圍護(hù)材料也大部分可以回收利用,且其拆除回收簡(jiǎn)單,不污染環(huán)境。另外,其施工為干作業(yè),很少使用水泥、黏土磚、水等不環(huán)保材料和不可再生資源。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系是可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保住宅體系,符合現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向。

2)隔熱、隔聲性能好,能耗低。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系的墻體體系承重構(gòu)件間的空腔通常填充保溫隔聲材料,這使得其具有良好的保溫隔聲性能和較高的舒適度。敷設(shè)于墻體中的熱工管道周?chē)槐馗魺岵牧习?熱量損失很少。這些都使得輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系在使用壽命周期內(nèi)具有低能耗的特點(diǎn)。此外,輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系很少使用水泥、黏土磚等不可再生資源,不僅降低了生產(chǎn)過(guò)程中的能耗,而且節(jié)約了大量因燒制水泥、黏土磚而被破壞的大量耕地資源。

3)用鋼量少。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系用鋼量一般在30 kg/m2左右,若采用澳大利亞G550等高強(qiáng)鋼材,該結(jié)構(gòu)體系的用鋼量可降低到10 kg/m2左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的用鋼量。

4)推廣輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系是提高我國(guó)建筑用鋼量的重要突破口。我國(guó)近年來(lái)鋼鐵產(chǎn)量急增,國(guó)家制定了一系列推廣使用鋼結(jié)構(gòu)的政策措施,提出“十五期間建筑鋼結(jié)構(gòu)的用量達(dá)到總鋼產(chǎn)量的 3%,至2010年建筑鋼結(jié)構(gòu)的用量達(dá)到總鋼產(chǎn)量的6%”的目標(biāo)。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系若能夠在我國(guó)大面積推廣,其產(chǎn)生的規(guī)模效應(yīng)一定能夠大大提高建筑業(yè)的用鋼量。從這個(gè)意義上講,大力推廣輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系是提高我國(guó)建筑用鋼量的重要突破口,這與單棟輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅用鋼量少并不矛盾。

5)構(gòu)件、板材等多在工廠制作,機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高,質(zhì)量易保證,其大規(guī)模推廣有利于促進(jìn)建筑科技進(jìn)步,推動(dòng)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

6)現(xiàn)場(chǎng)拼裝簡(jiǎn)單,施工周期短,投資回報(bào)快,效益好。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系構(gòu)件小,且基本為干作業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)僅需少數(shù)勞動(dòng)力即可完成拼裝,而不像傳統(tǒng)住宅結(jié)構(gòu)需要大型吊裝機(jī)械、腳手架和模板等,拼裝施工極為簡(jiǎn)單。同時(shí)施工工期與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可以縮短40%[2],工期短使得資金回收快,綜合效益好。

7)輕巧靈活,綜合性能好。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系墻壁樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件占用空間小,管線可以通過(guò)對(duì)鋼構(gòu)件腹板開(kāi)孔而敷設(shè)于墻體體系和樓板體系中,與傳統(tǒng)住宅相比,同樣建筑面積時(shí)使用面積大(一般可達(dá)總面積92%以上),樓層凈空高。同時(shí)隔墻布置靈活,建筑空間可以不受傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)承重墻上下對(duì)齊的限制,能夠更好的滿(mǎn)足首層大空間要求及靈活的空間層次要求。這些特點(diǎn)使得輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅體系能夠更好的滿(mǎn)足現(xiàn)代住宅市場(chǎng)及現(xiàn)代居住生活的需要。

8)自重輕,基礎(chǔ)造價(jià)低,抗震性能好。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系自重僅相當(dāng)于傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的1/4～1/6[2],基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)小,造價(jià)低,在軟土地基中優(yōu)勢(shì)尤為明顯。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系優(yōu)良的抗震性能在歷次大地震中都得到了印證。

盡管輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系有諸多優(yōu)點(diǎn),但目前還有一些因素制約著其在我國(guó)的發(fā)展,如經(jīng)濟(jì)性不好,技術(shù)條件不成熟,消費(fèi)者難以接受等。國(guó)內(nèi)輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系的直接價(jià)格還無(wú)法低于傳統(tǒng)住宅;相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)人員及設(shè)計(jì)軟件等也相當(dāng)匱乏;超薄、高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼的生產(chǎn)、冷彎薄壁型鋼構(gòu)件防火防腐、輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系配套圍護(hù)結(jié)構(gòu),配套裝飾材料的研發(fā)及生產(chǎn)方面也與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著較大差距;住慣了混凝土、砌體等傳統(tǒng)住宅的消費(fèi)者接受輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系這一新鮮事物也需要一個(gè)過(guò)程。為在我國(guó)大力推廣和發(fā)展輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系,我們必須要解決好這幾個(gè)方面的問(wèn)題。

盡管如此,輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系作為一個(gè)新型、綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的住宅體系正在我國(guó)得以迅速發(fā)展,其正逐漸改變著我國(guó)“秦磚漢瓦”一統(tǒng)天下的單一住宅格局和傳統(tǒng)的住宅建筑建造模式。其應(yīng)用可以節(jié)約土地資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,符合國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,對(duì)促進(jìn)建筑科技進(jìn)步,推動(dòng)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重大意義。因此,輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系是一種綠色的、健康環(huán)保的、可持續(xù)發(fā)展的新型住宅體系,它具有諸多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)及良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益,其自被引入我國(guó)以來(lái)已取得了快速發(fā)展,在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

[1] 周緒紅,石 宇,周天華,等.輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅體系[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,22(2):1-14.

[2] 李 瀅.鋼結(jié)構(gòu)低層獨(dú)立住宅結(jié)構(gòu)體系受力性能分析[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.