鋼—稻草板組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展前景★

張秀華 裴駿 郭冬偉 張安

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

鋼—稻草板組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展前景★

張秀華 裴駿 郭冬偉 張安

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了建筑用稻草板、壓型鋼板及壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)的特點，分析了其所具備的研究價值，并對其應(yīng)用與發(fā)展前景進行了詳細闡述，為其在建筑工程中合理應(yīng)用提供參考依據(jù)。

鋼—稻草板組合結(jié)構(gòu)，綠色建筑，發(fā)展前景

1 稻草板的研究與發(fā)展

稻草板第一次出現(xiàn)在第一次世界大戰(zhàn)期間，它是從瑞典逐漸發(fā)展起來的一種建筑材料。它的原料是稻草、秸稈等綠色環(huán)保材料，通過備料—松散—分選—喂料—加熱成型—輸送—切割—封端的生產(chǎn)工藝流程處理而形成的一種綠色環(huán)保的建筑材料［1］。

1.1 稻草板的特點

稻草板在20世紀90年代建筑行業(yè)里被廣泛采用，它的使用范圍非常廣泛，而作為一種建筑用材料有著其他材料所不具備的優(yōu)點:

1)保溫性能和隔熱性能良好，以稻草板為材料的房屋冬暖夏涼。

2)隔音性能比較好，它的隔音能力效果大約是普通建筑材料的5倍，表面經(jīng)過特殊加工處理后還能夠防火、防水、防腐、防蟲等等。

3)以稻草板和鋼材為主要原料建造的房屋，重量比傳統(tǒng)房屋要小，因此抗震能力強。

4)農(nóng)作物秸稈等原料相比于木材、竹材等材料的再生周期短且產(chǎn)量高，從利用效率和利用成本的角度來說更具有優(yōu)勢。

5)稻草板的制造原料綠色環(huán)保，完成使用功能后可以回收利用，污染小。

6)自動化和標準化的生產(chǎn)工藝，可以提高房屋建筑施工進度與質(zhì)量［2，3］。

1.2 稻草板的研究價值

我國是一個木材資源相對貧乏而農(nóng)作物秸稈等其他物質(zhì)資源較豐富的國家。然而如何有效地利用農(nóng)作物秸稈、稻草等資源是一個需要解決的問題。以我國主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)黑龍江省為例，按照“十二五”節(jié)能減排方案，預(yù)計到2015年，稻草、秸稈等農(nóng)作物廢料的利用率要達到80%，但是目前還不到10%［1，3］。

如何充分發(fā)揮稻草板的使用價值，合理與科學(xué)地利用農(nóng)作物廢料等，是眾多水稻主產(chǎn)區(qū)必須面對的一道難題。在我國黑龍江省方正縣，發(fā)展制造了一種叫建筑用紙面稻草板的建筑材料有效地解決了這個問題，不僅延長了我國水稻產(chǎn)業(yè)鏈，而且還增加了農(nóng)民的收入［4］。

1.3 稻草板的應(yīng)用和發(fā)展

隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和人口的迅猛增加，全球?qū)ㄖ宀牡男枨笤诓粩嘣黾印？萍嫉陌l(fā)展和國家政策的支持為稻草板的應(yīng)用和發(fā)展提供了大力支持。稻草板正是適應(yīng)了這種社會發(fā)展的需求應(yīng)運而生。對于如何解決秸稈、稻草的利用率問題，解決其造成的環(huán)境污染問題，以及節(jié)約土地的社會問題，我國自主研究和發(fā)展了成套的稻草板設(shè)備生產(chǎn)線，向全國的水稻產(chǎn)區(qū)出售設(shè)備，不僅提高了稻草、秸稈等農(nóng)作物廢料的利用率，而且大力推廣了稻草板這種新型的環(huán)保材料。

哈爾濱天成順杰實業(yè)有限公司在2007年從英國引進了一套建筑用紙面稻草板的生產(chǎn)線，在黑龍江省水稻產(chǎn)區(qū)方正縣，投資5 100多萬元建設(shè)了稻草板的生產(chǎn)基地，占地2萬多平方米，年產(chǎn)量達到245萬m2，成為了黑龍江省唯一的稻草板應(yīng)用開發(fā)研究中心，集產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)和推廣應(yīng)用為一體。

在生產(chǎn)與研究稻草板的同時，哈爾濱天成順杰有限公司還在不斷引進國外工藝設(shè)備的先進技術(shù)，并且通過自己的技術(shù)力量，與各大院?？蒲性核膶＜液献鳎砸M來的稻草板生產(chǎn)工藝設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合我國自身的實際情況，對設(shè)備生產(chǎn)工藝進行自主創(chuàng)新和改造，開發(fā)出了符合我國國情的稻草板生產(chǎn)線的專用設(shè)備，不僅實現(xiàn)了技術(shù)層面的創(chuàng)新和發(fā)展，還結(jié)束了我國長期依賴進口稻草板生產(chǎn)線的歷史。

2 壓型鋼板的研究與發(fā)展

鋼結(jié)構(gòu)從1889年開始就被廣泛應(yīng)用于全世界每個國家的建筑行業(yè)與工業(yè)建設(shè)之中，發(fā)展到目前為止，壓型鋼板作為一種特殊的鋼結(jié)構(gòu)建造板材，因其特殊截面形式和高效經(jīng)濟的優(yōu)點而備受關(guān)注，壓型鋼板是制作輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要材料，主要是用普通碳素鋼板或帶肋鋼板經(jīng)輥壓或沖壓成型的建筑材料。

2.1 壓型鋼板的特點

壓型鋼板具有如下的優(yōu)點:

1)壓型鋼板的截面形式是多種多樣的。在材料用量保持不變的基礎(chǔ)上，因其截面形式的不同變化，可以有效地提高其使用性能。

2)壓型鋼板質(zhì)量輕、剛度大，施工快速方便，周期短，抗震性能好。

3)以壓型鋼板為主要材料的房屋用鋼量小，成本低。壓型鋼板與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板相比，前者比后者用鋼量可節(jié)省5 kg/m2以上，若算上柱子與基礎(chǔ)的鋼材用量和混凝土用量則節(jié)省更多。

4)節(jié)省勞動時間和運輸安裝時間。壓型鋼板是一種預(yù)制的建筑構(gòu)件，能夠按照不同的要求進行批量生產(chǎn)。

5)壓型鋼板的保溫性能好，防火能力強。

6)作為鋼結(jié)構(gòu)中的一種特殊板材，可回收再利用，節(jié)省資源［5］。

2.2 壓型鋼板的研究和發(fā)展

近年來，國內(nèi)外的研究學(xué)者對壓型鋼板進行了深入的研究，首先壓型鋼板可以作為房屋建筑的主要承重構(gòu)件，比如:梁、柱等等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般應(yīng)用于單層與多層住宅、輕鋼別墅、大型庫房等等;壓型鋼板也可以做次要受力構(gòu)件、圍護結(jié)構(gòu)等，應(yīng)用范圍靈活多變。

壓型鋼板在我國始于19世紀30年代的鍍鋅瓦楞鐵板，在最開始運用的幾百年時間里，因為鋼材的產(chǎn)量不是很高，而且加工技術(shù)不好，所以限制了其在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展。從20世紀30年代開始，鋼材鍍鋅技術(shù)的研究發(fā)展以及一些加工設(shè)備的出現(xiàn)和大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)條件的成熟與技術(shù)的發(fā)展為壓型鋼板的推廣使用創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，在這個年代里出現(xiàn)的肋型截面和波型截面的壓型鋼板成為了最早的雛形并且一直應(yīng)用至今。其使用的范圍從外墻、屋面到樓板，從開始作為單純的圍護材料到很多組合結(jié)構(gòu)中的主要承重構(gòu)件，從單純的金屬鍍層到有機涂層，從開始的涂覆發(fā)展到了多層復(fù)合，進而發(fā)展到了現(xiàn)在的金屬夾心板等等。

3 壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)

目前我國應(yīng)用房屋建筑中的組合樓板主要是壓型鋼板和混凝土組合。壓型鋼板混凝土組合樓板利用混凝土造價成本低、抗壓強度高等特點，而壓型鋼板受拉性能好，將其放在受拉區(qū)，合理利用這兩種材料的特點，使壓型鋼板與混凝土相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)在受力性能和綜合指標方面更具優(yōu)勢，并得到很好的運用。而稻草板相比于混凝土而言，在一些方面其更具優(yōu)勢，成本更低，質(zhì)量更輕，更節(jié)能環(huán)保。而基于這種思想，我們用稻草板這種新型環(huán)保材料代替受壓區(qū)的混凝土材料，形成了新型組合結(jié)構(gòu)壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)。

壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)是將壓型鋼板與建筑用紙面稻草板通過普通螺栓進行連接，形成的最新高性能的組合結(jié)構(gòu)。

3.1 壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)的特點

壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮壓型鋼板的抗彎性能和稻草板的抗壓性能，并能夠協(xié)同工作，其組合結(jié)構(gòu)的特點如下:

1)壓型鋼板采用國家標準型號，不需工廠進行構(gòu)件的現(xiàn)加工，產(chǎn)量大，成本低，效率高。

2)承載力高。這種組合結(jié)構(gòu)是將壓型鋼板作為主要受力構(gòu)件，充分發(fā)揮其受拉與受彎性能，而建筑用紙面稻草板則作為面板，充分發(fā)揮其受壓性能，兩種材料相結(jié)合，使構(gòu)件具有更高的承載力。

3)建筑用稻草板的質(zhì)量輕，延性高，使組合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的抗震性。

4)整體工作性好。稻草板的受拉承載力相對不足，但其在受壓區(qū)能起到很好的保護作用，有效解決了壓型鋼板在使用時容易失穩(wěn)的問題，安全儲備高，協(xié)同工作性好。

5)材料成本低，利用率高，經(jīng)濟性好。

6)原料綠色環(huán)保，不產(chǎn)生建筑垃圾，可回收再利用。

3.2 壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)形式

目前，房屋建筑中樓板的主要形式有:鋼筋混凝土樓板、壓型鋼板混凝土樓板、鋼骨輕質(zhì)混凝土新型樓板、木樓板等［6］。如果將鋼板與稻草板這兩種建筑材料合理的組合在一起使用，形成一種新型的樓板形式用在建筑結(jié)構(gòu)上，不僅增加我國建筑樓板的主要形式，可以有效地緩解目前鋼材、木材等建筑材料的緊張形勢，還可以有效地減少廢棄混凝土等建筑垃圾和秸稈等農(nóng)作物廢料，完全符合我國目前環(huán)保政策。

由稻草板和鋼板組成的組合樓板、組合墻體等，在建筑領(lǐng)域中可以作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用。組合樓板由稻草板和壓型鋼板組成，組合墻體由2張稻草板夾1張壓型鋼板組成，稻草板與鋼板界面可采用栓釘和高強結(jié)構(gòu)膠連接。

壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)的截面形式如圖1所示。這種組合結(jié)構(gòu)的截面形式具有較大的承載力和剛度，由于稻草板表現(xiàn)出的延性，使組合結(jié)構(gòu)整體性好，抗震能力強，可以很好的滿足建筑房屋對其的使用要求。

圖1 壓型鋼板—稻草板組合結(jié)構(gòu)截面形式

4 結(jié)語和期望

我國是一個木材資源貧乏而農(nóng)作物秸稈資源豐富的國家，高效地利用農(nóng)作物秸稈資源是解決資源瓶頸的一項新突破點。將本來要焚燒的稻草加工為稻草板，成為了很好的建筑材料，提高了稻草的利用率，減少了大氣污染。合理地將稻草板和壓型鋼板結(jié)合并把它們應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)上，不僅能夠充分發(fā)揮出這兩種材料各自的優(yōu)點，而且還能節(jié)省大量混凝土的使用，有利于環(huán)境保護。加深稻草板利用的程度，擴大稻草板在建筑中的應(yīng)用范圍，具有深遠的社會意義和經(jīng)濟效益。

綠色環(huán)保型的新型建筑在不遠的將來必定會走進人們的生活中，而稻草板等綠色材料似乎成為了很多環(huán)保建設(shè)者和設(shè)計者們首選的一種可持續(xù)材料。

稻草板組合構(gòu)件具有良好的力學(xué)性能，可以用于農(nóng)村城鎮(zhèn)改造工程、別墅、輕型工業(yè)廠房以及倉庫、小成本公寓樓等，符合我國保護環(huán)境、人與自然和諧發(fā)展的基本政策。

相比于傳統(tǒng)的以混凝土為主要建筑材料的樓板而言，建筑用稻草板既符合建筑要求與生活的需要，又符合我國十八大著重強調(diào)的環(huán)保方針。稻草板的生產(chǎn)運用，不僅有效地緩解了秸稈嚴重污染現(xiàn)象，而且為當?shù)氐霓r(nóng)民增加了可觀的經(jīng)濟收入。工廠生產(chǎn)出來的稻草板這種生態(tài)材料，又可節(jié)約大量取土燒磚和建筑材料浪費的土地資源。這種新型建筑材料以其較好的技術(shù)特性和綜合的經(jīng)濟效益贏得了人們的重視，在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用必可以徹底改變其舊的面貌。

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展與科技的不斷創(chuàng)新，我國近些年又面臨著鋼材產(chǎn)量過剩的局面，建筑用稻草板與壓型鋼板的合理組合利用，既能有效緩解我國鋼材市場的不利情況，減少稻草、秸稈等農(nóng)作物廢料，還能帶動內(nèi)需，增加農(nóng)民收入，實現(xiàn)經(jīng)濟的發(fā)展與保護環(huán)境協(xié)同發(fā)展。

目前，我國有關(guān)稻草板在建筑工程中的研究與利用才剛剛起步，理論研究嚴重不足，只在極少數(shù)地區(qū)用于建筑房屋，利用率低。稻草板與鋼結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)正處于起步階段，承載力及變形的計算方法，其連接方式等問題都急需解決。但隨著我國社會發(fā)展需求與環(huán)境破壞所產(chǎn)生的問題，壓型鋼板與稻草板的組合利用與發(fā)展必將進入一個新的階段。

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On application of steel-thatchboard com posite structure and its development prospect★

Zhang Xiuhua Pei Jun Guo Dongwei Zhang An

(Civil Engineering College，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China)

The paper introduces the features and development prospect of architectural thatchboard，pressed steel plate and the composite structure of pressed steel plate and thatchboard，and analyzes its research value，so as to provide some reference for the reasonable application in architectural project.

steel-thatch composite structure，green building，development prospect

TU398

A

1009-6825(2015)29-0031-03

2015-08-03 ★:哈爾濱市科技創(chuàng)新人才項目(項目編號:2015RQQXJ078)

張秀華(1970-)，女，博士，碩士生導(dǎo)師，副教授; 裴 駿(1990-)，男，在讀碩士; 郭冬偉(1993-)，男，在讀本科生;張 安(1996-)，男，在讀本科生