輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅研究與展望

劉 宏 白潤山

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024)

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輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅研究與展望

劉 宏 白潤山

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024)

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是指以高效能結(jié)構(gòu)鋼材作為建筑承重部件，以輕型建筑墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的綠色住宅.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅具有自重輕、建設(shè)速度快、性能好、節(jié)約能源、節(jié)約材料、節(jié)約用水、節(jié)約用地、抗震性好等特點(diǎn).主要針對(duì)我國的具體國情，概述了輕型鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑中的發(fā)展勢態(tài)，并指出在發(fā)展中的有利條件、現(xiàn)存問題及建議.

輕型鋼結(jié)構(gòu)；發(fā)展；優(yōu)勢；問題；建議

0 引 言

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是以冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼、T型鋼、焊接或無縫鋼管及其組合構(gòu)件等高效能型材作為承重骨架[1]，以輕型墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成的能滿足建筑特定功能和空間要求的綠色住宅.它具有自重輕、延性好、施工周期短、環(huán)境污染小、空間布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，目前輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是我國發(fā)展的重點(diǎn)，也是我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向之一.

1 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅簡介

所謂輕型鋼結(jié)構(gòu)體系，就是承受較小的水平外力荷載，采用較小的構(gòu)件截面，結(jié)構(gòu)自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)體系[2].該體系應(yīng)用冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼、T型鋼、焊接或無縫鋼管及其組合構(gòu)件作為承重骨架，應(yīng)用石膏板、OSB板、PC板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(AIC板)、彩鋼板作為骨架外的圍護(hù)結(jié)構(gòu).這種體系的房屋建筑構(gòu)造靈活，屋外裝飾類型和色彩豐富多樣，可以建造出形式各異的低層或多層輕鋼別墅或住宅公寓.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系與磚混結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)體系有很大區(qū)別，它由輕鋼結(jié)構(gòu)體系、樓面結(jié)構(gòu)體系和維護(hù)結(jié)構(gòu)體系等組成[3].

輕鋼結(jié)構(gòu)體系主要包括兩種低層輕鋼結(jié)構(gòu)體系和多層輕鋼結(jié)構(gòu)體系，低層輕鋼建筑指兩層及以下的輕鋼房屋建筑，主要有實(shí)腹式(格構(gòu)式)門式鋼架或排架.該體系的受力構(gòu)件主要是各榀鋼架靠墻梁、檁條和各類支撐連系.多層輕鋼建筑一般為10層以下的住宅，總高度小于24 m的公共建筑，20 m以下樓面荷載小于8 kPa的工業(yè)廠房.多層輕鋼建筑適宜采用三維框架體系，同時(shí)必須加強(qiáng)各榀剛架間的連系與支撐.這類結(jié)構(gòu)體系主要采用剛接或半剛接的梁柱體系，一般設(shè)計(jì)為強(qiáng)柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式.

樓面結(jié)構(gòu)體系中樓板主要采用壓型鋼板-現(xiàn)澆混凝土組合樓板、預(yù)制混凝土疊合板、現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板等，起支承豎向荷載和傳遞水平荷載的作用[4].

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要包括兩種非自重式輕型墻體和自承重輕型墻體.非自重式輕型墻體材料主要有壓型彩鋼夾輕型保溫隔層墻體、壓型彩鋼夾芯板、玻纖增強(qiáng)水泥外墻板等.自承重輕型墻體材料主要有空心砌塊、加氣混凝土砌塊、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土砌塊、長尺壓型鋼板、鋼網(wǎng)塑料墻體、輕鋼龍骨加面板墻體等.此外，玻璃幕墻既可作非承重式輕型墻體，也可作自承重輕型墻體，主要是看做法[5].

2 我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展現(xiàn)狀

長期以來，我國住宅采用的結(jié)構(gòu)形式主要是磚混結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，但隨著時(shí)間的發(fā)展，這兩種結(jié)構(gòu)形式顯現(xiàn)出越來越大的弊端，尤其是2008年汶川地震發(fā)生后，這兩種形式的房屋由于材料自重大、彈塑性能差，遭受了很大的破壞，在震后修復(fù)過程中，鋼結(jié)構(gòu)住宅走進(jìn)了人們的視線中.我國輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究與發(fā)展起源于20世紀(jì)90年代后期，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在2006年我國鋼產(chǎn)量更是達(dá)到4.1億噸，占全球鋼產(chǎn)總量的33.18%，這就為鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展奠定了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ).同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被列入建筑十項(xiàng)新技術(shù)，這就為鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了政策支持.目前已有試點(diǎn)工程北京西三旗水電宿舍6層H型鋼-剪力墻結(jié)構(gòu)體系住宅樓、江陰京江輕鋼房屋公司5層鋼框架輕鋼住宅試驗(yàn)樓、北京朝陽區(qū)十里堡晨光家園B區(qū)10層H型鋼梁柱小高層住宅樓、清華大學(xué)大石橋?qū)W生5號(hào)公寓、北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(亦莊)青年公寓等[6].

3 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)

3.1 住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅主要采用冷彎型鋼、熱軋H、T型鋼等輕型高強(qiáng)型材作為承重結(jié)構(gòu)，所以與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕，空間布置靈活，抗震性能好.住宅中只有墻和樓蓋，大空間無梁無柱，管線敷設(shè)方便.

3.2 住宅經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)住宅容易做到設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工制作標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)場安裝機(jī)械化，現(xiàn)場濕作業(yè)少，不需模板支架，可大大縮短施工工期.同時(shí)，由于建筑材料主要是鋼材，可重復(fù)率為100%，是真正的綠色環(huán)保材料，鋼結(jié)構(gòu)住宅被稱為“綠色住宅”.

4 輕鋼住宅的結(jié)構(gòu)體系選型

4.1 冷彎薄壁型鋼體系

構(gòu)件多用薄鋼板冷彎成C形、Z形可單獨(dú)使用也可獨(dú)立使用，桿件間采用自攻螺釘進(jìn)行連接，這種體系的抗側(cè)移能力較差，一般采用1-2層住宅或別墅.

4.2 框架體系

采用鋼管或型鋼作為住宅的承重構(gòu)件，按承重構(gòu)件截面形式可分為H型鋼、U型鋼、L型鋼、工字型鋼.縱橫設(shè)成鋼框架，門窗設(shè)計(jì)靈活，提供較大開間，便于二次設(shè)計(jì).這種體系常被應(yīng)用于低多層住宅體系，但梁柱連接的剛性難以保證，施工時(shí)應(yīng)慎重.

4.3 框架支撐體系

在風(fēng)載或者地震作用較大的區(qū)域，增加軸交支撐或偏交支撐可提高體系的抗側(cè)剛度.這種體系為多重抗側(cè)，而且柱腳節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)可鉸接也可半剛接，施工簡單，基礎(chǔ)主要承受軸力，體型較小，很受青睞.

4.4 框架剪力墻體系

目前，除了可采用傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)外，還有新型的輕質(zhì)板材--空腔結(jié)構(gòu)板，此結(jié)構(gòu)板采用黃紙制成具有眾多等邊空腔結(jié)構(gòu)的板狀基架，再浸漬而成，可和鋼框架可靠連接，形成新型剪力墻.

5 我國鋼結(jié)構(gòu)住宅存在的問題及建議

5.1 從輕鋼結(jié)構(gòu)目前的發(fā)展情況來看，存在的主要問題有：

(1)因?yàn)槲覈p鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，設(shè)計(jì)計(jì)算理論、施工規(guī)程和規(guī)范都相應(yīng)的比較匱乏，這就導(dǎo)致了輕鋼結(jié)構(gòu)不論在設(shè)計(jì)還是施工驗(yàn)收上都受到了限制.

(2)我國的相關(guān)產(chǎn)品過于單一，設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量不高，構(gòu)、配件和功能材料不齊全，一些試點(diǎn)工程所需材料很多都需要從國外購買，這也在一定程度上制約了鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣和發(fā)展.

(3)由于鋼結(jié)構(gòu)本身防火和防腐性能的缺陷，以及較差的隔音性能造成鋼結(jié)構(gòu)住宅推廣困難.

(4)目前國內(nèi)高校涉及鋼結(jié)構(gòu)方面的專業(yè)人才很少，同時(shí)也缺少熟練地技術(shù)工人，使鋼結(jié)構(gòu)推廣起來缺乏相應(yīng)的骨干人才.

5.2 針對(duì)以上情況，通過對(duì)國外技術(shù)的引用與推廣輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究，結(jié)合我國的具體情況著手以下幾個(gè)方面的工作：

(1)首先我們應(yīng)該組織我國建設(shè)的科研單位、高等學(xué)校、企業(yè)等一同編制適應(yīng)我國建筑產(chǎn)業(yè)的輕型鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范要求，從根本上解決鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)、施工等問題.

(2)積極學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)知識(shí)，有組織地開展引進(jìn)、消化、吸收和改造的工作，加快建設(shè)國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)共產(chǎn).

(3)加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)本身性能的研究，改善鋼結(jié)構(gòu)住宅的隔音功能，開發(fā)耐候鋼和耐火鋼在建筑中的應(yīng)用.

(4)加強(qiáng)輕鋼結(jié)構(gòu)的教育和普及工作，大力培養(yǎng)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)研發(fā)人員，加大技術(shù)研發(fā)的投入.

(5)鋼材傳熱系數(shù)大，熱量散失快，且易形成冷橋，所以要加大建筑節(jié)能技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)住宅中的應(yīng)用.

6 結(jié) 語

總而言之，輕型鋼結(jié)構(gòu)在我國仍然處于發(fā)展階段，目前還有很多的問題需要我們進(jìn)行研究和解決，作為現(xiàn)階段國家重點(diǎn)推廣的住宅結(jié)構(gòu)之一，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅符合我國綠色發(fā)展的要求.但是由于我國相關(guān)規(guī)范以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等設(shè)計(jì)人員的短缺，造成了鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展阻礙.所以，加強(qiáng)培養(yǎng)鋼結(jié)構(gòu)方面的人才，加強(qiáng)試點(diǎn)工程建設(shè)，制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范，加快解決鋼結(jié)構(gòu)住宅的基本問題，才能促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展.

[1]郭曉艷.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系發(fā)展淺析[期刊論文]-現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息(學(xué)術(shù)版).2008(8)

[2]徐凌,朱浮聲.新型輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系及其應(yīng)用[期刊論文]-鞍山科技大學(xué)學(xué)報(bào).2004(4)

[3]郭曉艷.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系發(fā)展淺析[期刊論文]-現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息(學(xué)術(shù)版).2008(8)

[4]鄒晶.鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在我國發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題[期刊論文]-《鋼結(jié)構(gòu)》2007(7)

[5]程玉龍.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的發(fā)展現(xiàn)狀綜述[期刊論文]-甘肅科技.2009(21)

[6]吳廣珊,華蘭,徐鈞.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系及其應(yīng)用與發(fā)展[期刊論文]-上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2003(4)

Research and Prospect of Light-steel Structure Housing

LIUHong,BAIRun-shan

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075024 China)

The steel-structure housing refers to the green residential building with high-efficiency structural steel as building bearing components and light wall materials as enclosure structure.Steel-structure residence has the advantage of light weight,quick construction,good performance,energy saving,material saving,water saving,economical use of land,and good vibration resistance,etc.Aiming at our country's specific national conditions,this article mainly summarizes the developing situation of light-steel structure residential building,points out the favorable conditions and existing problems in its development,and gives some suggestions.

light-steel structure;development;advantage;issue;suggestion

2016-03-27

劉宏(1990-)，女，在讀碩士研究生，從事鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.

TU 3

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