淺談輕鋼與泡沫混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)

王曉彬

吉林建筑大學(xué)

1 引言

中國建筑技術(shù)集團有限公司開發(fā)的輕質(zhì)泡沫鋼混凝土結(jié)構(gòu)體系是一種新型的建筑系統(tǒng)體系，其旨在對建筑進行工業(yè)化和綠色環(huán)保化為實施戰(zhàn)略目標的一張新的結(jié)構(gòu)類型體系。自從提出結(jié)構(gòu)體系誕生以來[1]，中國建筑技術(shù)集團有限公司組織了科學(xué)研究以針對各種試點項目，從而重點對輕鋼的開發(fā)以及連接和生產(chǎn)進行系統(tǒng)的測試研究[2]，與此同時開發(fā)了專用設(shè)計軟件，編制了行業(yè)標準JGJ 383—2015《輕鋼泡沫混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］和協(xié)會標準CECS 378：2014《聚苯模板泡沫混凝土樓蓋技術(shù)規(guī)程》，由此形成了完整的技術(shù)體系。

2 研發(fā)背景

2.1 傳統(tǒng)建造方式存在問題及對策

隨著城市化的不斷發(fā)展，中國新房屋的建造方式主要采用以現(xiàn)場作業(yè)為主，勞動力需求大、生產(chǎn)效率低、材料損耗大、有悖節(jié)能減排和綠色施工的可持續(xù)發(fā)展的建筑產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向。建筑技術(shù)的不斷革新及建筑的自動與工業(yè)化是我國建筑行業(yè)發(fā)展的必然導(dǎo)向，其目的是在相當程度上降低技術(shù)成本，提高工作效率，并確保項目和建筑業(yè)產(chǎn)品中的質(zhì)量和安全性[4]。就現(xiàn)階段而言，我國的建筑工業(yè)化的道路相對較長，而不是簡單的預(yù)制后進行裝配的單一路線。結(jié)合中國建筑業(yè)的發(fā)展狀況，將預(yù)制裝配技術(shù)在相當程度上與現(xiàn)澆相技術(shù)的緊密結(jié)合也是改變傳統(tǒng)建筑方法和建造工業(yè)建筑的一種方式。

2.2 輕鋼泡沫混凝土結(jié)構(gòu)概念的提出

由輕鋼和泡沫混凝土制成的輕型建筑架構(gòu)體系的概念來自國家科學(xué)技術(shù)促進計劃“十一五”以及鄉(xiāng)村和城市的“建筑技術(shù)和主要設(shè)備技術(shù)研究”的相關(guān)課題內(nèi)容[5]。在此基礎(chǔ)上，本課題組團隊設(shè)定了工業(yè)化、高質(zhì)量和新型建筑結(jié)構(gòu)體系快速建設(shè)的綜合研究探索目標。輕質(zhì)泡沫鋼混凝土結(jié)構(gòu)體系保留了高度工業(yè)化和輕鋼集成商快速建造的優(yōu)勢，并優(yōu)化了墻體中的泡沫混凝土模板和成型技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整性、安全性和房屋的支撐耐久性，因而能夠在高程度上改善居住者的生活體驗和舒適感。

3 體系概況及技術(shù)特點

3.1 體系概念

輕質(zhì)泡沫鋼混凝土結(jié)構(gòu)以低碳鋼和泡沫混凝土為主要材料，并以快速建造的鋼質(zhì)輕質(zhì)框架為基礎(chǔ)，該建造體系框架結(jié)合了集成免拆模板輕鋼泡沫混凝土墻體、聚苯模板泡沫混凝土樓蓋新技術(shù)，因此將與此技術(shù)相關(guān)的工廠制品的組裝和施工與現(xiàn)場澆筑的混凝土結(jié)合起來，就能夠使其具有新的施工體系它由工業(yè)化、高質(zhì)量、環(huán)保和低碳材料組成等優(yōu)勢特征性的新型建造體系架構(gòu)。根據(jù)輕鋼、建造模板和泡沫混凝土等主要材料的不同類型，輕鋼泡沫混凝土結(jié)構(gòu)分為不同的系統(tǒng)框架。

3.2 種主要材料

泡沫混凝土結(jié)構(gòu)的主要材料包括：輕鋼，免拆固定式模板和泡沫混凝土，實際運用中較為典型材料。輕鋼墻的厚度通常為1.0mm～2.5mm，截面主要為矩形，B 形，L 形和C 形。免拆固定式模板主要是硅酸鈣片板塊，纖維水泥片和聚苯乙烯材料樣品等類型。泡沫混凝土主要由泡沫聚苯乙烯和泡沫混凝土組成，泡沫混凝土的強度在大多數(shù)情況下取決于其自身的密度等級，通?？梢赃_到3MPa～20MPa[6]；強度可以根據(jù)施工工程結(jié)構(gòu)的具體要求來設(shè)計。

3.3 體系構(gòu)造

輕質(zhì)泡沫鋼混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)系統(tǒng)包括輕鋼泡沫混凝土墻、輕鋼泡沫混凝土地板或泡沫聚苯乙烯混凝土地板、低碳鋼屋頂和其他主要組件所構(gòu)成。為了滿足建筑功能的要求，如果施工計劃中有一個退臺并且樓層地板上有一個轉(zhuǎn)換過渡凝土梁時，那么也可以使用少量的鋼泡沫混凝土柱。輕鋼泡沫混凝土墻體由輕鋼構(gòu)架、免拆模板和澆筑泡沫混凝土構(gòu)成。上下層墻壁上的輕鋼柱用特殊的連接器螺釘使其緊密結(jié)合在一起，輕型矩形鋼柱通過鋼管或U型接頭連接，B型鋼柱通過U型和方形接頭連接。由輕鋼泡沫混凝土制成的樓板均可以采用低碳泡沫混凝土地板中的矩形，B 型或C 型鋼等架構(gòu)構(gòu)型，同時可以使用輕鋼泡沫混凝土與之結(jié)合，從而形成建造體系。

3.4 技術(shù)特點及適用范圍

輕鋼泡沫鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有節(jié)約材料、節(jié)省施工時間和環(huán)境保護的優(yōu)秀特性，具體的表現(xiàn)形態(tài)如下：（1）輕鋼框架，具有良好的強度和強度，承重能力，在施工過程中并便于快速安裝模板而無需拆除；（2）泡沫混凝土材料具有良好的施工性能和良好的澆鑄施工工藝，因此能夠降低人工維護建造質(zhì)量的難度；（3）泡沫混凝土可以與大量固體工業(yè)廢料混合，例如粉煤灰、鋼渣和脫硫石膏等低碳材料從而實現(xiàn)環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展主題；（4）低碳鋼和泡沫混凝土共同工作，不僅具有良好的完整性和抗震性能，而且與傳統(tǒng)的鋼材結(jié)構(gòu)或是單一的混凝土結(jié)構(gòu)相比，可以大大節(jié)省鋼材的用量。

4 技術(shù)研發(fā)概況

4.1 泡沫混凝土材料性能

泡沫混凝土材料是影響輕鋼泡沫混凝土結(jié)構(gòu)性能的重要因素。本課題研究小組通過大量試驗，掌握了適用于輕鋼泡沫混凝土結(jié)構(gòu)的聚苯顆粒泡沫混凝土和泡沫泡沫混凝土的配制技術(shù)，測試了泡沫混凝土強度和彈性模量等力學(xué)性能指標[7]。研究了泡沫混凝土漿體濕質(zhì)量密度ρw與干質(zhì)量密度ρ0、泡沫混凝土質(zhì)量密度與強度、強度與彈性模量、強度與齡期的相關(guān)性。

4.2 輕鋼泡沫混凝土墻的承載能力

輕鋼泡沫混凝土墻是該建筑系統(tǒng)中最重要的組成部分。本課題研究小組系統(tǒng)地進行了各種墻體類型的虛擬和輕鋼骨架剪力墻、泡沫混凝土剪力墻、輕鋼泡沫泡沫混凝土剪力墻和等不同類型墻體的擬靜力和軸心受壓試驗。研究表明，雖然在一定程度上泡沫混凝土盡管強度相對較低，但在改善墻體剛度和承載能力方面能夠在基于房屋等建造質(zhì)量方面做出了重大貢獻，輕鋼泡沫混凝土切割墻具有鋼筋泡沫混凝土剪力墻的承載機制和破壞形態(tài)。

5 結(jié)語

經(jīng)過多年的研究和開發(fā)，輕鋼泡沫混凝土架構(gòu)體系已發(fā)展成為一個完整的建筑系統(tǒng)體系，并在符合最初的提出目標上展現(xiàn)出了許多建筑技術(shù)、建筑質(zhì)量方面的眾多優(yōu)勢，具體例如有：工業(yè)化、高品質(zhì)、節(jié)材省工有效利用資源和減少環(huán)境污染等。2014 年1 月，輕質(zhì)泡沫塑料混凝土建筑架構(gòu)體系的研究項目獲得了住房和農(nóng)村城鄉(xiāng)發(fā)展部相關(guān)責任人員的批準。2013 年，輕鋼泡沫混凝土結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化示范項目得到了國家發(fā)改委的大力支持，并列入了國家重點的投資高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃綱領(lǐng)內(nèi)。目前，此項技術(shù)已在實際的施工應(yīng)用工程中流行開來，并受到了廣泛的關(guān)注和專業(yè)人士的積極反饋，并由此促進我國建筑工業(yè)化的發(fā)展境況。