從安徽桐城別墅鋼結(jié)構(gòu)樣板房看農(nóng)村輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅機(jī)遇和挑戰(zhàn)

袁　敏

（1.合肥工業(yè)大學(xué)；2.安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽　合肥　230051）

從安徽桐城別墅鋼結(jié)構(gòu)樣板房看農(nóng)村輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅機(jī)遇和挑戰(zhàn)

袁敏1,2

（1.合肥工業(yè)大學(xué)；2.安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥230051）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高和全面建設(shè)小康社會的推進(jìn)，農(nóng)村村民對居住條件和居住環(huán)境提出了更高的要求，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅迎來了在農(nóng)村發(fā)展的機(jī)遇.

輕型鋼結(jié)構(gòu)；住宅；機(jī)遇和挑戰(zhàn)

新中國成立以來，我國的村鎮(zhèn)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展歷程是曲折的.在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速恢復(fù)和發(fā)展的前提條件下，廣大農(nóng)民的住房條件有了一定的改善，全國農(nóng)村改造一些舊房，并且同時(shí)也新建了一大批新房.部分生產(chǎn)發(fā)展速度比較快、經(jīng)濟(jì)條件比較好的地方，還陸續(xù)完成了一批村鎮(zhèn)新村的建設(shè).如上海嘉定縣、河南新鄉(xiāng)縣、江蘇江陰市以及浙江肖山市等.雖然大部分農(nóng)民的居住條件在不同程度上得到了一定的改善，但是在全國范圍內(nèi)像這樣的地區(qū)還是比較少的，村鎮(zhèn)的居住條件和城市還是有比較大的差距的.同時(shí)還有人均居住面積較小，居住環(huán)境臟亂差,基礎(chǔ)設(shè)施缺乏,住房私搭亂蓋沒有合理規(guī)劃布局等突出問題［1］.

隨著廣大農(nóng)民我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廣大農(nóng)民收入的不斷增長,農(nóng)民對住房條件的要求不斷提高，對房屋建筑的能源消耗也同時(shí)發(fā)生了很大的變化［2］.改革開放以后，我國農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，能源特別是商品能生產(chǎn)發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人民的需求，再加上農(nóng)村技術(shù)方面不過關(guān)，能源生產(chǎn)方式落后，利用效率低，從而導(dǎo)致資源浪費(fèi)嚴(yán)重.我國資源本來就相對不足，對于上述問題必須高度重視.由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)形勢的好轉(zhuǎn)和人民文化程度的提高，我國農(nóng)村也不再單一的采用生物能，很多的選擇使用商品能源，廣大農(nóng)村也開始廣泛使用空調(diào)采暖，消耗商品能越來越多，越來越快，為了更好的節(jié)省能源和改善農(nóng)民生活質(zhì)量，推廣農(nóng)村建筑節(jié)能和合理用能勢在必行［3］.我國農(nóng)村的特點(diǎn)是人口多、面積廣，消耗能源多，我國建筑節(jié)能工作中農(nóng)村住宅節(jié)能是一個(gè)相當(dāng)重要環(huán)節(jié).深入了解農(nóng)村生活對能源消耗的實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際制定出有效合理的農(nóng)村建筑節(jié)能相應(yīng)措施，鼓勵(lì)農(nóng)民節(jié)能環(huán)保，更好的促進(jìn)我國整體建筑節(jié)能的發(fā)展，開創(chuàng)新農(nóng)村節(jié)能減耗新篇章，對我國可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略影響深遠(yuǎn)［4］.

隨著社會的進(jìn)步，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，農(nóng)民收入日益增加,農(nóng)村房屋住宅也進(jìn)入了一個(gè)大刀闊斧建設(shè)的新時(shí)期.農(nóng)民生活水平不斷提高的同時(shí)，農(nóng)民對于房屋住宅要求也相應(yīng)提高，對于能源消費(fèi)也不再是以往單一的生物能源了.和城市建筑相比，我國農(nóng)村民用建筑商品用能總量要高，單位面積的商品能耗量也要高.我國大力開展新農(nóng)村建設(shè)，增加農(nóng)民收入，進(jìn)一步提高農(nóng)民生活水平，滿足農(nóng)民對于日益提高的房屋住宅條件的要求，完善基礎(chǔ)設(shè)施，而能源消耗問題日益突出為了更好的建設(shè)新農(nóng)村，解決農(nóng)村建筑節(jié)能問題成了當(dāng)務(wù)之急［5］.因此，我國農(nóng)村的建設(shè)必須要改變能源消費(fèi)模式，加強(qiáng)能源消費(fèi)管理,引導(dǎo)農(nóng)村節(jié)能減耗，提高能源利用效率，建立資源節(jié)約型農(nóng)村經(jīng)濟(jì).基于我國農(nóng)村現(xiàn)狀，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅適用于底層或多層建筑，它是由輕質(zhì)材料組成，工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝的輕型房屋建筑，具有設(shè)計(jì)施工一體化的特點(diǎn).

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu).混凝土延性較差，屬于脆性材料，而鋼材的延展性較好，在地震的作用下能減輕地震反應(yīng)，屬于較理想的彈塑性材料，具有抵抗地震的變形能力；（2）自重輕.鋼結(jié)構(gòu)體系輕質(zhì)高強(qiáng)，可減輕建筑結(jié)構(gòu)自重30%，大大降低基礎(chǔ)的造價(jià)；（3）可增加使用面積.與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，可以更好地滿足大開間、靈活分割的要求，且鋼結(jié)構(gòu)的柱截面小，墻體厚度也較小，可增加使用面積3%～5%.（4）施工速度快.鋼結(jié)構(gòu)可采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的工廠預(yù)制和現(xiàn)場裝配化施工，實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成化，施工周期短.（5）環(huán)保型建筑，可再生利用.與鋼結(jié)構(gòu)配套的輕質(zhì)墻板、復(fù)合樓板等新型材料，符合建筑節(jié)能和環(huán)保的要求，可以達(dá)到節(jié)能50%的目標(biāo)，極大地節(jié)約了我國相對人均短缺的能源利用，符合環(huán)保建筑的要求.鋼結(jié)構(gòu)住宅現(xiàn)場濕作業(yè)少，而且鋼材本身可再生.我國是鋼產(chǎn)量大國，推廣建筑用鋼意義重大.從2000年開始，粘土磚被禁用，建筑節(jié)能和建筑資源的可持續(xù)發(fā)展等問題被提上日程.如果能促進(jìn)住宅建筑用鋼，對建筑行業(yè)發(fā)展將會起到重要的推動作用.開發(fā)和應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅對于消化鋼材和水泥，帶動建筑、冶金、建材、化工等一大批跨部門、跨行業(yè)企業(yè)的發(fā)展也有著重要意義.此外，由于輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅通用的輕型鋼框架結(jié)構(gòu)體系具有充分的靈活性、可改性和安全性，有利于保證現(xiàn)代居住生活的需要，適應(yīng)現(xiàn)代住宅市場的需求.另外，輕質(zhì)墻體、輕質(zhì)樓面、輕質(zhì)屋面建筑體系所組成的輕型節(jié)能房屋建筑對抗震有利，適合建造多層結(jié)構(gòu).冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系和H型鋼結(jié)構(gòu)體系能與我國現(xiàn)行的規(guī)范體系保持一致，滿足抗震要求，是一種符合中國國情的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系.

1　工程概況

新型城鎮(zhèn)住宅—安徽桐城別墅鋼結(jié)構(gòu)樣板房（如圖1所示）

（1）該項(xiàng)目地上2層；層高：3.4m+3.2m，建筑總高度8.8m，總建筑面積：249㎡，現(xiàn)場有效安裝時(shí)間為18天；

（2）抗震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計(jì)使用年限50年.

（3）本樣板房采用輕鋼裝配式結(jié)構(gòu)體系.

圖1　安徽桐城別墅鋼結(jié)構(gòu)樣板房

表1　輕鋼解決方案

1.1結(jié)構(gòu)體系

本工程采用輕鋼裝配式結(jié)構(gòu)體系，其主要材料是由熱鍍鋅鋼帶經(jīng)冷軋技術(shù)合成的輕鋼龍骨，經(jīng)過精確的計(jì)算加上輔件的支持與結(jié)合，起到合理的承載力.主梁與柱剛接，立柱和屋梁采用H型鋼，加工成方形鋼管，檁條為槽鋼，結(jié)構(gòu)面采用鋼筋桁架樓承板.本工程是以ISLP承重墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為承重結(jié)構(gòu)，通過條形基礎(chǔ)、鋼筋桁架混凝土樓面及HL輕質(zhì)絕熱屋頂系統(tǒng)組合形成牢固的結(jié)構(gòu)框架，配以HL彩鋼集水系統(tǒng)、內(nèi)外裝飾系統(tǒng)、節(jié)能門窗及電力設(shè)施，最終成為輕鋼住宅體系，輕鋼解決方案如表1所示.施工除了基礎(chǔ)采用現(xiàn)場澆筑，其余都采用干作業(yè)施工.

1.2墻體

墻體設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足住宅建筑的功能和性能要求，并與主體結(jié)構(gòu)同壽命.本工程采用輕鋼龍骨復(fù)合墻體，外墻的輕鋼龍骨采用小方鋼管桁架結(jié)構(gòu)，聚氨酯復(fù)合材料外包覆蓋主體鋼結(jié)構(gòu)，即輕質(zhì)隔墻板+龍骨+聚氨酯保溫裝飾一體板（如圖2所示）.聚氨酯保溫裝飾一體板具有良好的保溫、隔熱、隔音效果，并且聚氨酯不助燃，符合消防安全，上下板加聚氨酯的共同作用，具有很高的強(qiáng)度和剛度，下層板光滑平整，線條明朗，增加室內(nèi)的美觀度和平整度.安裝方便，工期短，美觀，是一種新型的建筑材料.內(nèi)墻采用復(fù)合墻板和硅酸鈣板保護(hù)（如圖3所示）.

圖2　外墻做法

圖3　內(nèi)墻做法

1.3樓板和屋面板

樓板采用鋼筋桁架樓承版，鋼筋桁架樓承板將樓板中的鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與鍍鋅壓型鋼板焊接成一體的組合樓板.鋼桁架樓承板的施工過程如下：

樓承板的鋪設(shè)→邊模安裝→剪力釘安裝→管線鋪設(shè)→混凝土灌注→鋼筋桁架樓承板

在施工階段，鋼筋桁架樓承板可承受施工荷載，直接鋪設(shè)到梁上，進(jìn)行簡單的鋼筋工程便可澆筑混凝土.由于完全替代了模板功能，減少了模板架設(shè)和拆卸工程，大大提高了樓板施工效率.然后在其上做水泥砂漿找平層，保溫層.樓面采用C15細(xì)石混凝土墊層，刷素水泥漿結(jié)合層，鋪面磚（如圖4所示）.

圖4　樓板做法

本工程采用薄壁型鋼制成的桁架和檁條作為屋架的承重結(jié)構(gòu)（如圖5所示）.

圖5　輕鋼屋架做法

屋面屬于建筑外圍體系，它的圍護(hù)作用和立面造型作用對整個(gè)建筑而言至關(guān)重要.屋面不僅滿足功能性要求，還應(yīng)有保溫、隔熱、隔聲、防火和密閉性功能，同時(shí)具有一定的裝飾性.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅屋面系統(tǒng)是由屋架、結(jié)構(gòu)OSB面板、防水層、輕型屋面瓦（金屬或?yàn)r青瓦）組成的（如圖6所示）.輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面主要選用彩色壓型板或夾芯板.檁條為自重較輕的薄壁C型和Z型鋼檁條，屋面坡度設(shè)計(jì)一般為1/10～1/15，屋面并設(shè)有集水系統(tǒng).鋼結(jié)構(gòu)體系建筑屋面板在屋面上有長向連接和側(cè)向連接兩種.長向連接主要是搭接，即上坡版壓下坡版，搭接處設(shè)置專用防水密封膠加固定專用壓條，而側(cè)向連接方式主要采用搭接連接、暗扣式連接、咬合暗扣式連接.不宜采用自攻螺釘連接.

圖6　屋面做法

從安徽桐城鋼結(jié)構(gòu)住宅樣板房案例來看，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展已具備了較好的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ).將樣板房逐步推向市場是今后的發(fā)展趨勢.本工程采用輕鋼裝配式結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)了大開間，大空間，自由分割.整個(gè)施工過程采用干作業(yè)施工，真正實(shí)現(xiàn)了綠色智能建筑.外墻采用聚氨酯外墻保溫裝飾一體板，由于這種泡沫聚合體具有獨(dú)立的密閉細(xì)胞結(jié)構(gòu)和高閉孔率，發(fā)泡體細(xì)胞細(xì)微均勻、隔熱性能良好、耐火焰阻燃性能優(yōu)，因而在隔熱性能、耐水透濕性、接著性、抗壓性、抗曲性高，阻燃性和冷縮率等方面呈現(xiàn)出優(yōu)良的品質(zhì).內(nèi)墻采用輕質(zhì)高效的保溫材料—復(fù)合墻板，通過調(diào)整復(fù)合板的厚度，可以達(dá)到70%的建筑節(jié)能.樓面采用鋼筋桁架樓承板.輕鋼別墅屋面系統(tǒng)是由屋架、結(jié)構(gòu)OSB面板、防水層、輕型屋面瓦（金屬或?yàn)r青瓦）組成的.

2　從安徽桐城別墅鋼結(jié)構(gòu)樣板房看對發(fā)展低層鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的探索及思路

農(nóng)村住宅建筑市場非常巨大，對鋼結(jié)構(gòu)建筑是個(gè)很大的機(jī)遇，但是由于農(nóng)村建筑市場的特殊性，對能否順利進(jìn)入是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，完全按照傳統(tǒng)的思路發(fā)展顯然是行不通的，必須要打破常規(guī)，探索一條適合鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展之路［6］.

2.1發(fā)展低層鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑必須實(shí)行結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

我們可以根據(jù)不同的需要確定若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，比如5000*4000*3000MM的模塊便能滿足大多數(shù)住宅的需求，我們分別對一個(gè)模塊及多個(gè)（X個(gè)）模塊組合在一起的建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，以盡可能統(tǒng)一梁柱規(guī)格為原則，設(shè)計(jì)出同時(shí)滿足1-X個(gè)模塊組合的梁柱結(jié)構(gòu).這個(gè)模塊就是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以在1-X個(gè)模塊之間任意組合.同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算原理，在一定范圍內(nèi)改小建筑平面尺寸，結(jié)構(gòu)上是允許的，這樣就能滿足不同平面的需要.所以標(biāo)準(zhǔn)模塊可以解決生產(chǎn)、安裝、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化問題，降低生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝成本，梁柱結(jié)構(gòu)可以作為標(biāo)準(zhǔn)品來備貨.

2.2通過鋼結(jié)構(gòu)的大跨度、大空間、自由分隔來實(shí)現(xiàn)建筑平面的個(gè)性化

鋼結(jié)構(gòu)的大跨度、大空間為個(gè)性化需求創(chuàng)造了良好的條件，新型輕質(zhì)高強(qiáng)墻體材料的應(yīng)用，為自由分隔創(chuàng)造了可能，可以比傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)出更多的建筑平面，最大限度地滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求.

2.3通過屋蓋系統(tǒng)及外墻裝飾系統(tǒng)的改變來解決外立面?zhèn)€性化問題

裝配式建筑中主體結(jié)構(gòu)與屋蓋系統(tǒng)是單獨(dú)兩個(gè)系統(tǒng)，質(zhì)輕高強(qiáng)的屋蓋作為裝飾物來考慮，我們把它理解為“帽子”，只要滿足主體承重的屋蓋都可以在建筑物上使用.建筑主體可以與不同的屋蓋系統(tǒng)互換，外墻裝飾系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)不同建筑之間互換，還有眾多的標(biāo)準(zhǔn)部件（如標(biāo)準(zhǔn)陽臺、標(biāo)準(zhǔn)門斗，標(biāo)準(zhǔn)露臺等）可以選擇，產(chǎn)生眾多的排列組合.

2.4將低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑定位成一個(gè)特殊產(chǎn)品，解決小而散的小型建筑的設(shè)計(jì)問題.

把標(biāo)準(zhǔn)模塊、屋蓋、外墻裝飾、陽臺、門斗、雨篷等做成標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，建筑本身看作是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的組合，由生產(chǎn)企業(yè)出產(chǎn)品合格證及質(zhì)量保證、維修職責(zé)等，才能解決農(nóng)村建筑的設(shè)計(jì)及監(jiān)管問題.

2.5消費(fèi)者參與設(shè)計(jì)的互聯(lián)網(wǎng)建筑

將低層裝配式建筑定位于互聯(lián)網(wǎng)建筑，讓消費(fèi)者可以在一定范圍內(nèi)自己參與設(shè)計(jì)，并能通過建模系統(tǒng)即時(shí)看到未來建筑的效果圖，提高廣大消費(fèi)者對新型建筑的認(rèn)知度，并能通過網(wǎng)絡(luò)即時(shí)下單.通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，增加新型建筑的影響力及便利性.

3　結(jié)論

農(nóng)村建筑受到經(jīng)濟(jì)條件的限制，沒有專業(yè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，造成農(nóng)村住宅不安全不規(guī)范不節(jié)能不配套［7］.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，具有一定的隨意性和盲目性；建筑材料質(zhì)量監(jiān)控是一個(gè)盲區(qū).要想解決農(nóng)村現(xiàn)有住宅諸多問題，安徽桐城別墅鋼結(jié)構(gòu)樣板房是我國農(nóng)村住宅借鑒的榜樣，農(nóng)村鋼結(jié)構(gòu)住宅也將朝著安全實(shí)用、綠色環(huán)保、節(jié)能舒適、造價(jià)合理等方面發(fā)展.

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TU391

A

1673-260X（2016）09-0132-04

2016-04-18

安徽省一般自然科學(xué)研究項(xiàng)目（2016zr04）