淺析新農(nóng)村建設(shè)中的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)

何羅

【摘 要】冷彎薄壁型鋼具有截面合理、用量經(jīng)濟(jì)、自重小、模板成型、施工簡(jiǎn)便、抗震性好、力學(xué)性能良好等特點(diǎn)，滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。尤其在新農(nóng)村中、低層住宅建設(shè)中更能發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)、高效，快速、工廠化生產(chǎn)的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】冷彎薄壁型鋼；綠色建筑；鋼結(jié)構(gòu)；農(nóng)村住宅

0 引言

由于長(zhǎng)期城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的制約，農(nóng)村住宅的發(fā)展相對(duì)城鎮(zhèn)大為落后，建筑模式單一、舊房空置，散亂無(wú)序現(xiàn)象十分突出，出現(xiàn)以下幾個(gè)突出特點(diǎn)：（1）傳統(tǒng)農(nóng)宅建設(shè)村莊無(wú)規(guī)劃，建筑無(wú)設(shè)計(jì)，隊(duì)伍無(wú)資質(zhì)，監(jiān)管無(wú)機(jī)構(gòu)；（2）傳統(tǒng)農(nóng)宅墻體承重、結(jié)構(gòu)跨度等設(shè)計(jì)不科學(xué)、不規(guī)范造成建筑抗震性能較差；（3）傳統(tǒng)農(nóng)宅以磚混結(jié)構(gòu)為主，使得這種建筑的密封性較差，門窗漏風(fēng)嚴(yán)重，能耗非常大。因此，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有農(nóng)村住宅建筑建設(shè)方式，發(fā)展節(jié)能綠色新型農(nóng)村輕鋼結(jié)構(gòu)房屋體系是新農(nóng)村建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)和構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的根本目標(biāo)，擁有極大的潛力、市場(chǎng)效益，并將使新型農(nóng)房的舒適度及周邊居住環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生跨越式的提高[2]。

1 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

1.1 冷彎薄壁型鋼在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)

在建筑結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)自重大，空間利用率較低。根據(jù)農(nóng)民對(duì)使用功能要求的需要，建造堅(jiān)固耐久、多功能、大開間、易于改建、便于拆除的輕鋼結(jié)構(gòu)房屋，是新農(nóng)村建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)住宅戶內(nèi)有效使用面積可提高6%-8%，壽命可達(dá)90年以上，成本可降低5%，建筑風(fēng)格更靈活豐富，戶內(nèi)空間可多方案分割，滿足不同用戶的需求。

在西南地區(qū)，大量的農(nóng)村住房位于地震帶上。鋼結(jié)構(gòu)由于其自重輕，力學(xué)性能好，使得抗震性能好，結(jié)構(gòu)安全度高，因此，新農(nóng)村建設(shè)中當(dāng)?shù)卣畱?yīng)優(yōu)先考慮采用輕鋼結(jié)構(gòu)房屋。

1.2 冷彎薄壁型鋼在綠色節(jié)能上的優(yōu)勢(shì)

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅方便敷設(shè)內(nèi)外保溫材料，有很好的保溫隔熱性能和隔聲效果，符合國(guó)家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)并增加住宅居住的舒適性；熱工管道鋪設(shè)在節(jié)能墻體中，可減少熱能損失。輕鋼結(jié)構(gòu)房屋一般采用新型節(jié)能環(huán)保材料代替黏土磚和水泥等，減少了砂、石、灰用量，減少了對(duì)土地等不可再生資源的破壞，綠色環(huán)保，有利于環(huán)境保護(hù)。

1.3 冷彎薄壁型鋼在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)

自重輕，基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)小，結(jié)構(gòu)抗震措施簡(jiǎn)單，可大輻減少基礎(chǔ)造價(jià)和結(jié)構(gòu)抗震措施費(fèi)用；施工周期短，投資回報(bào)快，資金風(fēng)險(xiǎn)低，投資效益高；制作、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便，不需要模板支架，降低人工和機(jī)械費(fèi)用。

2 冷彎薄壁型鋼住宅裝配初步設(shè)計(jì)

2.1 樓板的選擇

壓型鋼板組合樓板由于壓型板輕便，易于搬運(yùn)和架設(shè)，大大縮短安裝時(shí)間。與木模相比，壓型鋼板施工時(shí)發(fā)生火災(zāi)的可能性大為減少。在多高層建筑中采用壓型鋼板，有利推廣多層作業(yè)，可大大加快工程進(jìn)度。壓型鋼板的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、堆放和裝卸都極為方便。壓型鋼板和混凝土通過疊合板的粘結(jié)作用使二者形成整體，從而使壓型鋼板起到混凝土樓板受拉鋼筋的作用。施工中，壓型鋼板還可起到增強(qiáng)支承鋼梁側(cè)向穩(wěn)定的作用。但施工吊頂困難、降低了樓層凈高；現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大，由于鋼板帶肋，管道鋪設(shè)困難；若壓型鋼板不拆除，則需要防火處理，且浪費(fèi)鋼材。

SP預(yù)應(yīng)力空心板具有施工速度快、跨度大承載力高、外觀尺寸誤差小、平整度好、防滲、隔聲效果好，產(chǎn)品用鋼量低，綜合造價(jià)低、不受氣候影響、可全天候施工等多種優(yōu)點(diǎn)。主要用作：樓層板，樓面板，墻板，隔音板，蓋板。但容易開裂。

蒸壓加氣混凝土板具有自重輕、絕熱性好、隔聲吸聲等特征，還具有耐火性好與一定的承載能力，可用作內(nèi)墻板、外墻板、屋面板與樓板。但由于強(qiáng)度偏低，不利于抗震；尺寸偏大，影響安裝精度；收縮率大，易于開裂；且抗凍融性差，限制其在北方的發(fā)展使用。

稻草板以稻草、麥草作原材料，綠色環(huán)保，來(lái)源廣泛；導(dǎo)熱系數(shù)低，抗燃燒能力強(qiáng)；強(qiáng)度高，隔音性能好。但生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

新型鋼筋桁架發(fā)泡水泥夾芯疊合樓板是采用鋼筋桁架（樓板的上下層縱向鋼筋由彎折成型的鋼筋焊接而成，即為鋼筋桁架）作為骨架，內(nèi)填發(fā)泡水泥，在工廠預(yù)制成型，施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑一層混凝土，組成一個(gè)在施工階段無(wú)需模板的能夠承受濕混凝土及施工荷載的結(jié)構(gòu)體系。其與鋼梁的連接方式——將疊合樓板鋼筋桁架伸入H型鋼梁中與梁腹板及下翼緣上表面在工廠焊接成一體，這種連接方式很好地適應(yīng)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過在工廠將樓板與鋼梁連接在一起、施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼梁進(jìn)行拼接，很容易達(dá)到快速施工和減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎量的目的。此連接方式也保證房屋的整體剛度大，且由于采用發(fā)泡水泥新型材料，有效地減輕了樓板質(zhì)量，使得房屋的整體抗震性能得到大幅度提升（圖1）。

通過綜合比擬，新型鋼筋桁架發(fā)泡水泥夾芯疊合樓板很好的切合了低層鋼結(jié)構(gòu)住宅的需求，同時(shí)響應(yīng)了國(guó)家綠色、循環(huán)、低碳這一城鄉(xiāng)建設(shè)指導(dǎo)思想，并且充分考慮了節(jié)材、節(jié)能和抗震的宗旨，隨即采用（圖2）。

2.2 結(jié)構(gòu)體系的選擇

薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系大致可分為鋼框架與混凝土筒體（墻體）的混合結(jié)構(gòu)體系、鋼框架支撐的結(jié)構(gòu)體系、純鋼框架結(jié)構(gòu)體系、錯(cuò)列析架結(jié)構(gòu)體系、輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系。由于鋼框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力準(zhǔn)確，制作安裝方便，建筑平面布置及窗的開設(shè)等有較大的靈活性。在水平力作用下，當(dāng)樓層較少時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形主要是剪切變形，即主要由框架柱的彎曲變形和節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角所引起；當(dāng)層數(shù)較多時(shí)，框架柱的軸向變形所引起的結(jié)構(gòu)整體彎曲而產(chǎn)生的側(cè)移明顯增大，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形為彎剪型。由此可以看出，純框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移能力主要取決于框架柱和梁的抗彎能力。當(dāng)層數(shù)較多時(shí)，要提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，只有加大柱和梁的截面，結(jié)構(gòu)就會(huì)變得不經(jīng)濟(jì)，所以，這種結(jié)構(gòu)體系適合于建造20層以下的中低層住宅。

綜上，由于我們的目的是建設(shè)具有一定抗震性能的低層、多層住宅，鋼框架結(jié)構(gòu)體系最滿足我們抗震的需求。

2.3 節(jié)點(diǎn)連接方式的選擇

采用箱形斷面柱時(shí)，梁、柱連接在兩個(gè)方向都采用剛性節(jié)點(diǎn)。采用H型鋼斷面柱時(shí)，由于其腹板較薄，故在此弱軸方向采用剛接形式。節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)表明，一般節(jié)點(diǎn)中的彎矩和其相對(duì)轉(zhuǎn)角的關(guān)系既非完全剛接，也非完全鉸接，而是非線性連接狀態(tài)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假定梁柱節(jié)點(diǎn)為完全剛接或完全鉸接的。為符合實(shí)際需要，我們將在結(jié)構(gòu)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處設(shè)置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接方式。

3 冷彎薄壁型鋼住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于整體輕鋼住宅造價(jià)較高，試驗(yàn)復(fù)雜等種種因素。國(guó)內(nèi)對(duì)冷彎薄壁型輕鋼住宅的整體性能研究大多通過有限元軟件進(jìn)行模擬，在模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些研究。

3.1 冷彎薄壁型鋼住宅結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

輕鋼墻體受力體系由輕鋼密肋梁柱及復(fù)合圍護(hù)構(gòu)成，各項(xiàng)建筑物理性能卓越，是高效節(jié)能型綠色建筑體系，適用于1-3層的建筑，例如，住宅、別墅、會(huì)所等。輕鋼框剪體系是在獨(dú)立基礎(chǔ)上采用鋼框架與填充輕鋼剪力墻結(jié)合，抗震性能顯著提高，適用于4-12層的建筑，例如，多層、小高層住宅、學(xué)校、酒店、公寓和會(huì)所等。

因此，對(duì)于擬設(shè)計(jì)低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅，適宜選用輕鋼結(jié)構(gòu)受力體系，對(duì)于擬設(shè)計(jì)多層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅，適宜選用輕鋼框剪體系。

3.2 冷彎薄壁型鋼住宅基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

常見的輕鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式多為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，并用連系梁進(jìn)行連接，以提高基礎(chǔ)沉降的均勻性。地質(zhì)條件較差的情況下可采用柱下條基，如上部結(jié)構(gòu)較大或者地質(zhì)情況很差，如淤泥等，可采用樁基礎(chǔ)，采用柱下樁基礎(chǔ)時(shí)，在不能設(shè)置雙向基礎(chǔ)拉梁時(shí)不宜采用單樁基礎(chǔ)。輕鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接既可以設(shè)計(jì)成剛接，也可以設(shè)計(jì)成鉸接，同樣的一個(gè)荷載形式下，柱腳剛接與柱腳鉸接相比，通常剛接上部結(jié)構(gòu)用鋼量要偏小，但基礎(chǔ)較大。

4 結(jié)語(yǔ)

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)具有良好的建筑綜合效益和獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，相比普遍的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)減輕了自重，抗震性好，提高了建筑的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約資源，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，并且因冷彎薄壁型鋼預(yù)制程度較高，對(duì)促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)預(yù)制化發(fā)展有著重大意義[1]。但我們不得不承認(rèn)我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工技術(shù)上與國(guó)外先進(jìn)水平還存在著差距。隨著對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)研究的深入和經(jīng)驗(yàn)的積累，可以預(yù)見，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國(guó)將有更廣泛深入的應(yīng)用和更光明寬廣的發(fā)展[3]。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]