冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)房屋技術(shù)簡析

2015/4/7

《低層冷彎薄壁房屋建筑技術(shù)規(guī)程》(JGJ227)已經(jīng)于2011年12月1日實(shí)施，這標(biāo)志著國內(nèi)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅將有法可依。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是住宅產(chǎn)業(yè)化的必然趨勢，她的發(fā)展將促進(jìn)我國住宅建筑標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化和現(xiàn)代化水平的提高。

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑一般指用冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)作為承重骨架，圍護(hù)、分隔結(jié)構(gòu)以及屋面材料均用輕體材料組成的住宅建筑，其構(gòu)件及部品在工廠加工制作，在工廠預(yù)先組裝或者運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行組裝。

本文對輕鋼房屋性能試作簡要分析。

結(jié)構(gòu)性能

(1)輕質(zhì)樓蓋系統(tǒng)

其樓蓋由冷彎薄壁C型鋼樓面梁與鋪于樓面梁上的結(jié)構(gòu)面板組成。樓面梁一般跨度為3.6m~6.0m，樓面梁高為200~300mm，樓面梁間距為600毫米。樓面梁腹板上可以預(yù)開孔，但標(biāo)準(zhǔn)中對開孔有嚴(yán)格要求。結(jié)構(gòu)面板通常采用厚度大于15mm的OSB定向刨花板或水泥壓力板;也可以選擇在定向刨花板上再澆筑40mm的細(xì)石混凝土。輕質(zhì)樓蓋根據(jù)不同的設(shè)計要求，每平方米可承受最大500公斤的荷載，如果采用桁架式樓蓋其跨度可以做到8m以上，澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)中采用的G550-AZ150高強(qiáng)度鍍鋁鋅鋼材制作的桁架式輕質(zhì)樓蓋更為科學(xué)合理，這樣對于管線的穿越與布置極為方便，

目前鑒于國內(nèi)輕鋼企業(yè)技術(shù)裝備水平，目前國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)具備此技術(shù)水平。

(2)墻體結(jié)構(gòu)

承重墻由立柱、頂導(dǎo)梁和底導(dǎo)梁、支撐、墻體結(jié)構(gòu)面板組成。立柱為C形輕鋼構(gòu)件，其壁厚根據(jù)所受的荷載而定，通常為0.75~2mm，立柱間距一般為400~600mm，立柱的下端為開口朝上的底導(dǎo)梁，立柱上端為開口向下的頂導(dǎo)梁;為提高墻柱的穩(wěn)定性，一般墻柱高度范圍內(nèi)設(shè)1~2道水平鋼拉條或撐桿。這種墻體結(jié)構(gòu)布置方式，可有效承受并可靠傳遞豎向荷載，且布置方便，目前國內(nèi)也有極少數(shù)企業(yè)采用澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)的較為先進(jìn)的智能化設(shè)備生產(chǎn)帶肋C型龍骨墻體，因采用了G550-AZ150鍍鋁鋅高強(qiáng)度鋼材而且其C型龍骨截面上有七條加強(qiáng)肋，

其力學(xué)性能極度加強(qiáng)，所以其用鋼厚度精簡到極致，可以采用0.55mm壁厚適用于次承重結(jié)構(gòu)墻體。

為抵抗水平風(fēng)荷載與地震作用，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中抗側(cè)力體系、抗剪墻可采用墻體結(jié)構(gòu)面板、交叉支撐或K型支撐形式。用作抗剪墻的結(jié)構(gòu)面板可采用定向刨花板、石膏板、水泥纖維板及薄鋼板。上下樓層之間通過連接件可靠連接，以有效傳遞水平剪力與和上拔力。

(3)屋面結(jié)構(gòu)

屋面結(jié)構(gòu)采用輕鋼桁架的方式作為屋面的主要承重結(jié)構(gòu)。屋面桁架的間距根據(jù)屋面荷載的不同可以按照300~1200mm布置。屋面桁架上部可以用輕型的檁條，檁條跨度最大可以做到1800mm。另外如果技術(shù)裝備條件允許，也可以采用澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)的板式屋面技術(shù)，板式屋面技術(shù)對于復(fù)雜多變的屋面造型更加容易實(shí)現(xiàn)，其支撐架與屋面板及天花板框架可靠連接使結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性加強(qiáng)，而且非常方便于屋面板材及吊頂板材的安裝。

屋面的圍護(hù)可以根據(jù)客戶的需求采用傳統(tǒng)的水泥瓦、陶瓦，或者是時尚的多彩瀝青瓦或顏色豐富的金屬屋面瓦等瓦材。

由于整個斜屋面系統(tǒng)都是空間，整個屋面的保溫隔熱都可以集成到斜屋面和平吊頂兩部分，斜屋頂中間的空間可以通風(fēng)，讓整個建筑更加透氣，成為可以呼吸的房屋。

防腐蝕性能

由于我國幅員遼闊，建筑材料需要滿足各個地區(qū)、各種環(huán)境的要求。參照國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)，對于高腐蝕性地區(qū)或特殊建筑物，鍍鋅量應(yīng)不低于275g/㎡(雙面)或鍍鋁鋅150g/㎡(雙面)，并應(yīng)滿足現(xiàn)行國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。這一規(guī)定與澳洲的規(guī)定一致。

根據(jù)博思格鋼鐵澳洲研發(fā)中心的研究數(shù)據(jù)分析，鍍鋅鋼板和鍍鋁鋅鋼板作為結(jié)構(gòu)使用與暴露在建筑外部，鍍層消耗的速度會有很大的差別。即使在同一個建筑物內(nèi)部，由于建筑各部分密封效果各不相同，造成大氣腐蝕環(huán)境的不一致。由于鍍鋁鋅鍍層表面有鋁和鋅兩種材料，鋁更加容易被腐蝕，產(chǎn)生極其致密的AL2O3，這些鋁的氧化物覆蓋在鋼板表層，更好地隔絕了鍍層鋼板與外界腐蝕環(huán)境的接觸。因此鍍鋁鋅層在室內(nèi)環(huán)境中的預(yù)測壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于我們要求的結(jié)構(gòu)壽命，可達(dá)到200年以上;即使在通風(fēng)環(huán)境很不好的板材之間，預(yù)測壽命也能達(dá)到75年以上。

節(jié)能降耗性能

根據(jù)對輕鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)住宅形式的節(jié)能降耗性能的比較，能夠明顯地看出輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要是由建筑結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)和每平方米每日能耗來評價。根據(jù)對輕鋼結(jié)構(gòu)住宅和傳統(tǒng)的鋼混結(jié)構(gòu)住宅所作的對比實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)住宅的導(dǎo)熱系數(shù)在0.065~0.08W/m·k之間，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的導(dǎo)熱系數(shù)在0.055~0.07之間，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的導(dǎo)熱系數(shù)比傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)住宅降低了0.01W/m·k;傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)住宅的蓄熱系數(shù)在0.95~1.10w/m.k之間，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的蓄熱系數(shù)在1.30~1.40W/m·k之間，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的蓄熱系數(shù)比傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)住宅降低了0.3W/m·k。

同時，由于輕鋼結(jié)構(gòu)體系的自重較輕且結(jié)構(gòu)靈活，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，能夠很好地集成各項(xiàng)保溫節(jié)能技術(shù)，除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維外，還采用在墻外側(cè)再貼一層保溫材料的“外墻外保溫”做法，有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋;樓層之間樓面梁內(nèi)填充玻璃纖維，減少通過樓層的熱傳遞;所有內(nèi)墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維，減少戶墻之間的熱傳遞。

防火性能

暴露的輕鋼結(jié)構(gòu)在550℃的高溫下，一般在15分鐘左右就會喪失承重能力而垮塌。但通過油漆、復(fù)合或加厚圍護(hù)材料，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上運(yùn)用一些防火性能比較好的材料，可以確保整個住宅的防火性能達(dá)到規(guī)范的要求。

從目前輕鋼結(jié)構(gòu)別墅的實(shí)踐情況來看，經(jīng)過特殊防火處理的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅能夠滿足防火規(guī)范的要求。在國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)測中心的實(shí)件檢測中，博思格鋼鐵配備雙面雙層石膏板的墻體耐火實(shí)驗(yàn)，承重墻體可以達(dá)到1.22小時的耐火極限。

隔聲性能

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅由于受力構(gòu)件自重較輕，且中間基本上為中空結(jié)構(gòu)，很容易形成“鼓膜”效應(yīng)，因此撞擊隔音效果很差。為了滿足空氣隔音和撞擊隔音的綜合要求，在輕鋼結(jié)構(gòu)住宅中，可以采用內(nèi)外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉，來有效阻止通過空氣傳播的音頻部分。試驗(yàn)表明，填充玻璃棉能夠使結(jié)構(gòu)的空氣隔音效果得到進(jìn)一步的提高，達(dá)到50dB以上，在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)處理之前，就能夠達(dá)到居住的要求。

防潮性能

在輕鋼住宅的標(biāo)準(zhǔn)配置中，整個墻體的外圍使用單向呼吸紙對整個墻體進(jìn)行防潮密封。這種密封可以在隔絕室外潮氣進(jìn)入室內(nèi)的同時，避免室外大氣中的有害物質(zhì)腐蝕金屬材料，也可以排除室內(nèi)的潮氣。而整個墻體用到的石膏板也成為可以呼吸的墻體。呼吸紙和防潮膜可以保證金屬產(chǎn)品在密封而干燥的空間有更加長久的壽命，也可以讓室內(nèi)的空氣更加干爽。

而在屋面，帶鋁箔貼面的保溫棉可以完全隔絕潮濕空氣的進(jìn)入，避免金屬結(jié)構(gòu)直接暴露在戶外腐蝕環(huán)境中。

另外，輕鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕的特點(diǎn)。對于一些交通不太便利的山區(qū)和農(nóng)村，在運(yùn)輸不便利的情況下可以降低整個運(yùn)輸?shù)某杀?、還可以降低現(xiàn)場重型機(jī)械的利用，從而節(jié)約施工工期和施工成本。

輕鋼結(jié)構(gòu)的材料本身并不是高科技，但由于鋼材的加工特性，我們盡最大可能地實(shí)現(xiàn)工廠加工來降低現(xiàn)場施工的周期和成本，目前世界最為先進(jìn)的輕鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)在澳大利亞、新西蘭，為照顧國內(nèi)大部分企業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)裝備水平故《低層冷彎薄壁房屋建筑技術(shù)規(guī)程》(JGJ227)標(biāo)準(zhǔn)對澳大利亞技術(shù)沒有詳盡列出，相信在不久的將來，更為節(jié)材智能化的澳大利亞超輕型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)會在中國普及。

以鋼材為主要原材料的輕鋼住宅體系對環(huán)境更加友好，100%的鋼材都可以回收再利用，整個施工過程中的干法施工大幅減低對大自然水資源的利用和污染，也大大提高了現(xiàn)場施工的速度。

從各方面性能的比較可以看出，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅相比傳統(tǒng)建筑有著很大的優(yōu)勢，在人們生活水平日益提高的今天，我們有理由相信，新的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅可以用更低的成本讓大家生活得更好。