鋼—稻草板組合墻體在建筑中的應(yīng)用

張秀華 蘭士承

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

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鋼—稻草板組合墻體在建筑中的應(yīng)用

張秀華 蘭士承

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

介紹了新型建筑材料稻草板的由來及制作工藝，并根據(jù)稻草板受力特點(diǎn)，提出了鋼管—稻草板排架柱組合墻體形式，指出該組合墻體具有重量輕、強(qiáng)度高、材質(zhì)均勻、便于機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)，在未來的應(yīng)用前景十分廣闊。

稻草板，排架柱，組合墻體，發(fā)展前景

1 建筑墻體的現(xiàn)狀

自從進(jìn)入20世紀(jì)，隨著科技的進(jìn)步和人們對居住環(huán)境的要求越來越高，人們已經(jīng)不滿足于居住在普通的磚砌房屋中。對于房屋的要求，已經(jīng)從簡單的居住需求向舒適性、隔音性、保暖性、采光性等多因素發(fā)展。于是便有了鋼筋混凝土房屋和鋼結(jié)構(gòu)房屋的出現(xiàn)。步入21世紀(jì)之后，建筑技術(shù)也是日新月異，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土墻體因?yàn)樽陨淼娜葜卮?，施工?fù)雜，粉塵污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，國家已經(jīng)在逐步減少其在建筑中的應(yīng)用，取而代之的是裝配式施工方法。而其中又以新型材料裝配構(gòu)件的發(fā)展前景最為良好。稻草板便是在國家建筑大背景下應(yīng)運(yùn)而生的一種新型建筑板材。

2 稻草板

2.1 稻草板的由來與展望

利用農(nóng)作物秸稈制作板材是在第一次世界大戰(zhàn)期間由瑞典首先發(fā)展起來的一門工藝。由于工藝簡單并且原料充沛環(huán)保，因此很快便作為建筑材料廣泛用于工業(yè)、民用、公用等非承重的外墻、隔墻、屋面板、吊頂、門板和各種活動(dòng)房屋等處。也創(chuàng)造出了一定的經(jīng)濟(jì)效益，極大的豐富了建筑板材的用途。隨著技術(shù)的逐漸發(fā)展，稻草板的制作工藝也在不斷地進(jìn)步，稻草板在民用建筑、公用建筑中也多作為墻體材料得到廣泛的使用。中國也從20世紀(jì)90年代開始引入稻草板生產(chǎn)線。從稻草板問世至今已經(jīng)有100多年的歷史了，在這100多年之間，這種板材除了在北美風(fēng)光過一時(shí)外，其他大部分時(shí)間這些稻草板廠家都在市場中苦苦掙扎。而在我國，稻草板的工業(yè)化生產(chǎn)基本上還是起步階段。在這中間存在著一些深刻的問題，這些問題既有市場的，也有技術(shù)上的。對這些問題進(jìn)行探討無疑會(huì)對我國稻草板的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

2.2 稻草板的工藝

稻草板的原材料便是稻草等農(nóng)作物的秸稈[1]。在不添加任何粘結(jié)劑或膠粘劑的基礎(chǔ)下，不需要經(jīng)過切割粉碎，可以直接以加熱擠壓的形式在成型機(jī)內(nèi)形成非常密實(shí)的內(nèi)芯板，之后在表面上面粘上一層強(qiáng)度較高的“護(hù)面紙”而制成的新型環(huán)保板材。它具有較輕的質(zhì)量、很高的抗壓強(qiáng)度以及良好的隔音性能和保溫性能，對于成品稻草板可以進(jìn)行切割、鉆孔、膠合、表面油漆等工藝操作。稻草板的這種結(jié)構(gòu)和制作特點(diǎn)，決定了它的生態(tài)優(yōu)勢，它的主要原料農(nóng)作物秸稈是取之不盡的一年生可再生資源，并且在生產(chǎn)制造過程中不會(huì)產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)。而當(dāng)?shù)静莅逋瓿墒褂媚康谋徊鸪龝r(shí)，仍可以它的本來面目——農(nóng)作物秸稈分解而回歸大自然。

2.3 稻草板的優(yōu)缺點(diǎn)

稻草板作為一種新型建材，其最為突出的優(yōu)點(diǎn)是原材料是農(nóng)作物廢棄秸稈，環(huán)保無污染，減少了資源的浪費(fèi)以及對環(huán)境的污染。具有良好的保溫性能、隔熱性能以及隔音降噪的性能。但同時(shí)，由于原材料僅為壓縮的秸稈，在材料強(qiáng)度上并不能與鋼筋水泥相提并論，存在一些不足的地方。稻草板抗拉強(qiáng)度很低，無法應(yīng)用在大跨度結(jié)構(gòu)中作為抗拉構(gòu)件使用。稻草板本身并不能夠與其他構(gòu)件良好的連接，這無疑增加了在施工中的難度。同時(shí)由于稻草板板芯為農(nóng)作物秸稈，僅在表面貼有一層強(qiáng)化紙層，所以并不能很好的滿足防火、防潮要求。因此，稻草板這種環(huán)保建筑材料還有著很大的發(fā)展提高空間。

3 鋼管—稻草板組合墻體

從1930年至今，人們在實(shí)際工程中漸漸的發(fā)現(xiàn)若能夠?qū)⒔?jīng)濟(jì)高效的混凝土與型鋼組合，形成組合結(jié)構(gòu)，則會(huì)比單獨(dú)的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高，同時(shí)又不會(huì)占用過大的體積。隨著實(shí)際工程對于鋼結(jié)構(gòu)與人造板材的結(jié)合應(yīng)用，取得了許多的進(jìn)步，并漸漸推廣到工業(yè)與民用建筑之中。組合墻體具有普通墻體所不具有的優(yōu)勢。即以人造板材代替了混凝土，充分的縮短了施工工期。從2010年起，國家也在大力強(qiáng)調(diào)減少現(xiàn)場混凝土的使用，多應(yīng)用預(yù)制混凝土構(gòu)件，實(shí)行裝配式施工。鋼—稻草板組合墻體充分的滿足了這一條件，合理地利用了稻草板的抗壓性能，還發(fā)揮出了鋼材的抗壓能力，使兩種材料協(xié)同受力。

3.1 鋼管—稻草板墻體的組合形式

目前，國內(nèi)房屋建筑中墻體的組合形式主要有：鋼筋混凝土墻體、砌體墻、冷彎薄壁型鋼密柱組合墻、壓型鋼板—人造板組合墻等等[2]。從這些墻體形式可以看出，組合墻體比單一材料墻體在結(jié)構(gòu)形式、材料用量、受力分配上都要更好一些。

鋼管—稻草板組合墻體采用了如圖1所示的截面形式。這種截面形式具有良好的受力性能，發(fā)揮出了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。稻草板的延性較好，使得組合墻體的整體性變好，抗震能力加強(qiáng)，可以滿足建筑房屋對其的使用要求。鋼管與稻草板之間通過鉆尾釘連接，中間縫隙可以填充隔音降噪的材料。

3.2 鋼管—稻草板組合墻體優(yōu)點(diǎn)

構(gòu)件相比于傳統(tǒng)鋼混墻體，自重輕，不利于結(jié)構(gòu)抗震，并會(huì)增加基礎(chǔ)造價(jià)。構(gòu)件可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，由工廠進(jìn)行預(yù)加工后直接運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行裝配。方便后期施工，在組合墻體間隙不僅能夠添加保溫隔熱材料，還便于通過暖通，電源線等建環(huán)設(shè)計(jì)。構(gòu)件保溫隔熱、降噪。由于稻草板材料本身的特性，能夠極大程度的吸收噪聲，并保持屋子冬暖夏涼。原材料經(jīng)濟(jì)環(huán)保，利用率高，與第一產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系合作緊密。

3.3 鋼管—稻草板組合墻體發(fā)展前景

鋼管—稻草板組合墻體是由稻草板及中間的鋼柱組合而成的。稻草板與鋼管之間是通過鉆尾釘進(jìn)行連接，這樣可以使得稻草板與鋼管協(xié)同受力[3]。稻草板與鋼管的間隙不僅能夠添加其他填充材料，而且可以方便各種線管的穿過以及施工。由于鋼管和稻草板能產(chǎn)生較好的組合效應(yīng)，使用這樣的組合墻體可以發(fā)揮出各自的材料優(yōu)勢，在一定容重的前提下提供的支撐更強(qiáng)，降低了材料用量和構(gòu)件自重。同時(shí)由于稻草材料的特點(diǎn)，由稻草板建造的房屋能夠極好的保溫隔熱以及降噪。所以十分適合用作民用建筑材料。

4 結(jié)論與期望

隨著社會(huì)的發(fā)展和人口的增加，人們對于建筑的需求與期望也在與日俱增。而稻草板這種新型人造板材也正是在這種大環(huán)境下大有用處。通過一系列的技術(shù)方法，將原本只能焚燒的農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)換成了建筑材料。既解決了農(nóng)作廢物的處理問題，又為建材行業(yè)提供了可靠的新型材料。同時(shí)，與稻草板結(jié)合的鋼材作為建筑中的另一種重要材料，具有重量輕、強(qiáng)度高、塑性和韌性好、材質(zhì)均勻、工作可靠性高、便于機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋼構(gòu)件截面形式多樣，可根據(jù)使用需求改變截面形式。合理地將稻草板與鋼構(gòu)件組合起來，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土墻體，符合國家要求大力發(fā)展裝配式建筑的期望，同時(shí)也減少了建筑垃圾的產(chǎn)生，對環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)出建筑業(yè)的一份力量。

目前，國家正在大力推廣的創(chuàng)新項(xiàng)目就是輕鋼輕板結(jié)構(gòu)體系[4]。該體系就是以輕鋼作為承重結(jié)構(gòu)，以紙面草板、刨花板、石膏板等作為圍護(hù)墻而成。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是：產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的程度很高。并且自重輕、抗震性能好、保溫隔音、裝配式施工、周期短，是當(dāng)前國家建設(shè)部在大力推廣的新型結(jié)構(gòu)體系。國內(nèi)有關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)與其他新型建筑材料的組合構(gòu)件還處于初步的研究利用階段，國內(nèi)相關(guān)的實(shí)際工程案例還很少，相關(guān)的理論模型與計(jì)算公式還只能借鑒類似的材料。但相信隨著研究技術(shù)的發(fā)展和不斷的嘗試，鋼—稻草板組合墻體的優(yōu)勢會(huì)越來越得到體現(xiàn)，最終會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

[1] 張秀華,裴 駿,郭冬偉,等.鋼—稻草板組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展前景[J].山西建筑,2015，41(29):31-33.

[2] 劉晴晴,王春剛.冷彎薄壁型鋼組合墻體軸壓性能研究綜述[A].鋼結(jié)構(gòu)工程研究(十)——中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會(huì)第14屆(ISSF-2014)學(xué)術(shù)交流會(huì)暨教學(xué)研討會(huì)論文集[C].2014:6.

[3] 于 瑩.新型輕鋼組合墻體受壓承載力研究[D].長春：吉林建筑工程學(xué)院,2010.

[4] 金連榮.綠色建材——以稻草板為墻材的輕鋼輕板結(jié)構(gòu)體系[J].建筑施工,2000(5):35-39.

The application of steel-straw board composite wall in building

Zhang Xiuhua Lan Shicheng

(CivilEngineeringSchool,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

This paper introduced the origin and production process of new building materials straw board, according to the stress characteristic of straw board, put forward the steel-straw board bent column composite wall form, pointed out that the composite wall had light weight, high strength, uniform material, easy machining and other advantages, had very broad application prospect in future.

straw board, bent frame column, composite wall, development prospect

1009-6825(2016)27-0032-02

2016-07-18

張秀華(1970- )，女，副教授； 蘭士承(1993- )，男，在讀碩士

TU398

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