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輕鋼龍骨鋼結(jié)構(gòu)體系在住宅中的實際應用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]


    一、前言 隨著我國住宅產(chǎn)業(yè)化進程的加快，裝配式住宅，特別是裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅正在成為熱點。在各種輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中，應該說鍍鋅輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系是目前引進國外鋼結(jié)構(gòu)住宅技術比較成熟的體系之一。從鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的歷史上看，美國是開發(fā)和應用這種技術比較早的國家。追蹤其技術的源頭，加拿大、澳大利亞、日本等國家的鋼結(jié)構(gòu)技術大都吸取了美國的經(jīng)驗。我國編寫的有關鋼結(jié)構(gòu)住宅規(guī)范，也主要是參考美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會有關規(guī)范起草的。

    對于鋼結(jié)構(gòu)住宅的應用，盡管建設部在努力向全國推廣，但大部分住宅發(fā)展商及用戶仍然對此持觀望態(tài)度。國內(nèi)一些大發(fā)展商也安排自己的專業(yè)技術人員進行應用研究。由于對這種在國際上并不是太新的通用技術過于陌生，許多應用研究仍停留在計劃上。筆者在此以通俗易懂的方法，從幾個方面介紹輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系在民用住宅方面的應用，希望能對有意從事鋼結(jié)構(gòu)住宅設計及制造的人們有所幫助。

    二、輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)的墻板承重體系

    鍍鋅輕鋼龍骨在以往的工程應用中主要是來做分隔墻及天花吊頂，并非用于承重結(jié)構(gòu)。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅是通過鋼龍骨與工程板協(xié)同作用來承受各種荷載，我們簡稱之為"板肋結(jié)構(gòu)體系"。這種結(jié)構(gòu)體系可把建筑物的荷載均勻分散，把局部集中荷載減少到最低程度。承重龍骨的間距一般為400毫米，墻體龍骨厚度一般僅為100-150毫米，樓板及屋面龍骨厚度為150-300毫米。這樣的墻體和樓板厚度的空間可布置住宅所需要的任何管網(wǎng)。在美國的這種結(jié)構(gòu)體系中，可根據(jù)住宅不同的荷載數(shù)據(jù)在手冊中查出不同荷載所應采用的龍骨截面尺寸及鋼材等級，使結(jié)構(gòu)計算變得非常簡捷方便。

    由于這種"板肋結(jié)構(gòu)體系"承載特性，我們可以在建筑設計中更少地考慮結(jié)構(gòu)因素，使空間設計盡可能滿足使用功能，立面設計也更加豐富多彩。

    三、輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系住宅主要采用的材料

    這里主要介紹輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)部分的主要用材，其他部分的材料應與類似的裝配式住宅大同小異。許多人對裝配式建筑用材有很大的誤解，認為采用了許多特殊材料。實際上，所有的建材我們都能在國內(nèi)采購到。

    1、鍍鋅輕鋼龍骨

    用我國各鋼廠現(xiàn)在生產(chǎn)的鍍鋅鋼板，現(xiàn)有國內(nèi)的輕鋼龍骨廠完全有能力生產(chǎn)輕鋼龍骨體系住宅所采用的龍骨。一條完整的生產(chǎn)線大約需人民幣20萬左右，國產(chǎn)的生產(chǎn)線完全可達到有關的技術要求。作為永久性房屋構(gòu)件，鍍鋅鋼板的鍍鋅指標應選用200-275克/平方米。

    2、工程板

    工程板與鋼龍骨的結(jié)合才形成了板肋結(jié)構(gòu)。工程板主要是與龍骨連接的OSB板(定向刨花板或防水膠合板)、石膏板。OSB板是經(jīng)過防腐防水處理的，厚度一般為9-18毫米。我國曾有幾家廠生產(chǎn)過類似的產(chǎn)品，但因各種原因都已停產(chǎn)。OSB板目前主要從北美進口。

    中國在加入世貿(mào)組織后，OSB板的價格已非常便宜。我們也可以用國產(chǎn)膠合板來替代OSB板。從板的某些力學指標來看，防水膠合板還要優(yōu)于OSB板的性能。石膏板的選擇余地很大，國內(nèi)有多種品牌可選擇。住宅的衛(wèi)生間及廚房一般采用防潮石膏板。石膏板的厚度，在墻面上采用9-12毫米，天花板一般采用12-15毫米。這幾年我國石膏板及其相關產(chǎn)品已完全達到國際水準，為我國產(chǎn)業(yè)化住宅的推廣提供了非常方便的條件。

    3、保溫隔熱隔音材料

    保溫隔音材料一般采用玻纖棉產(chǎn)品。我國目前已有許多廠家可生產(chǎn)這種保溫材料。在北方地區(qū)，為解決冷橋問題一般還要采用泡沫擠塑板釘于外墻，以加強鋼龍骨與外界環(huán)境的分隔。這種泡沫擠塑板目前也用于其他建筑結(jié)構(gòu)體系的保溫隔熱處理。

    4、墻體及屋面的防水材料

    輕鋼龍骨住宅的防水材料主要用于外墻、屋面部位。墻體采用一種能單向透氣透水的建筑紙(BUILDING PAPER)或其他優(yōu)質(zhì)防水卷材。屋面及門窗套一般采用厚度為2毫米左右的改性瀝青卷材SBS。外墻如需要水泥基底構(gòu)造，則需在防水卷材上釘鐵絲網(wǎng)，之后抹水泥砂漿基底。有了水泥砂漿基底外墻可粘貼任何裝飾材料。屋面的SBS卷材釘好后，可采用各種屋面瓦來完成屋面的構(gòu)造，如多彩瓦、英紅瓦、西班牙瓦、日本瓦、彩鋼瓦等。

    四、輕鋼龍骨住宅的施工安裝

    1、基礎施工

    基礎一般采用鋼筋混凝土條型基礎。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅的重量只有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅的1/4-1/6，基礎處理比較簡單。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土基礎的連接是采用Φ10-Φ12地角螺栓沿承重墻預埋，間距一般為1.2-1.5米。考慮到房屋抗震抗風的要求，在房屋的轉(zhuǎn)角處還要預埋鍍鋅扁鐵與鋼結(jié)構(gòu)連接。其抵抗水平力的作用非常象磚混結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱。

    2、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠預制

    根據(jù)設計圖，工程師須先提出鋼龍骨加工料單。所有的龍骨均由U型和C型斷面組成，只是斷面與長度尺寸的不同。龍骨廠在龍骨制做完成之后，房屋的主體結(jié)構(gòu)一般有以下三種形式裝配。

    第一種情況：所有龍骨及構(gòu)件均運到施工現(xiàn)場安裝。這種情況比較適合于較復雜的房型及規(guī)模不大的工程。其特點是方便靈活，許多設計及施工中的問題均可在施工現(xiàn)場解決。

    第二種情況：主要大型構(gòu)件如屋架、大梁、部分墻體先由組裝廠預制好再運到施工現(xiàn)場吊裝。

    第三種情況：房屋的墻體(含門窗)、樓板、屋面等均在組裝廠安裝完畢，甚至水電系統(tǒng)也進行初步的安裝到位。然后把這種接近成品的房屋構(gòu)件運到施工現(xiàn)場組裝。

    第一、 第二種情況房屋主體結(jié)構(gòu)的安裝一般需要20-30天，而第三種情況只需7-10天。第三種情況已使房屋的建造達到了較高的工業(yè)化水準，具備了規(guī)模化生產(chǎn)的條件。在美國這種做法多用于規(guī)模較大的經(jīng)濟型住宅。目前我國采用的主要是第一、第二種情況。

    3、鋼龍骨構(gòu)件的連接

    龍骨與龍骨、龍骨與工程板的連接均采用高強自攻螺釘連接。前面已提到了龍骨與混凝土基礎的連接方法。在局部采用輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)的其他住宅結(jié)構(gòu)體系中，龍骨與混凝土、龍骨與大型鋼構(gòu)件的連接采用強力射釘連接。目前市場上可采購到的射釘槍，可以射穿6毫米厚的鋼板。實際上輕鋼龍骨的這種連接方式是非常簡便的。每一個連接節(jié)點在構(gòu)造上都有明確的規(guī)定，使現(xiàn)場工程檢驗也非常方便。

    4、現(xiàn)場組裝的主要步驟

    輕鋼龍骨構(gòu)件運到施工現(xiàn)場后，現(xiàn)場工程師要先根據(jù)設計圖在基礎上放線，之后主要施工步驟如下：墻底U型龍骨與地角螺栓連接??＞龍骨墻安裝(含門窗過梁)??＞樓面龍骨安裝??＞垂直度、水平度校核??＞封樓面工程板??＞做二層龍骨墻體(含門窗過梁)??＞三層樓面或天花龍骨安裝??＞屋架安裝??＞整體垂直度、水平度校核??＞封外墻和屋面工程板。

    五、輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系在民用住宅中的應用范圍

    在住宅應用上可分以下幾種形式：

    1、純輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)

    所有構(gòu)件均由輕鋼龍骨構(gòu)成。由龍骨做的梁(梁高300毫米)，最大跨度可達9米左右，由龍骨和工程板所制作的樓板跨度可達7米左右。這種體系主要適用于低層住宅。由于目前這種體系的住宅成本較高，主要在高檔住宅上得到了比較廣泛的應用。但隨著我國鋼材及工程板材價格的不斷下降，我們相信在不久的將來我國農(nóng)村的住宅建造也最終會放棄延用了幾千年的秦磚漢瓦，轉(zhuǎn)而采用這種新材料、新工藝的裝配式住宅。

    2、型鋼與輕鋼龍骨結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系

    在跨度比較大、集中荷載也比較大的結(jié)構(gòu)中，采用型鋼(或H型鋼)與輕鋼龍骨結(jié)合的體系可以獲得更好的技術經(jīng)濟效果。這里有兩種情況，一種是以輕鋼龍骨為主，局部采用型鋼；另一種是以型鋼為承重框架，輕鋼龍骨作為維護墻及分隔墻。這種體系比較適合用于多層住宅。

    3、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與輕鋼龍骨結(jié)合體系

    從當前的市場情況來看，對于輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)作為輔助結(jié)構(gòu)，應用于現(xiàn)有的住宅結(jié)構(gòu)體系之中，也許有著更多的現(xiàn)實意義。最常用的例子是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅上面建造鋼結(jié)構(gòu)坡屋頂。不少城市現(xiàn)在正提倡坡屋頂運動。從坡屋頂建筑的歷史源頭來分析，它本身就是用鋼結(jié)構(gòu)或木結(jié)構(gòu)做成的。我們現(xiàn)在的設計師卻硬要用沉重的鋼筋混凝土去造坡屋面。這種做法不論在技術上還是經(jīng)濟上都是不合理的。

    對于以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主體的住宅也同樣可以把局部房間或樓層做成輕鋼結(jié)構(gòu)。筆者曾參加了深圳某高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅的局部鋼樓層的設計及建造。在一套二房二廳、建筑面積為80平方的戶型中，設計了4.5米的層高。我們把4.5米層高的廳保留，把臥室部分用鋼結(jié)構(gòu)加隔成兩層。這一下子就使原本二房二廳變成了四房二廳，使用面積增加了近50平方米，而這部分鋼結(jié)構(gòu)的單位造價僅為400元/平方米左右。這樣一來使發(fā)展商、用戶都得到了比較滿意的結(jié)果。

    從以上分析我們發(fā)現(xiàn)，推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅不應是簡單地去想如何用鋼材去造住宅，有時還要考慮鋼結(jié)構(gòu)技術如何合理的應用并得到市場的認可，這才是我們推動鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的正確思想。因此我們建議，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為承重體系，采用輕鋼龍骨作為維護墻、內(nèi)隔墻及屋頂結(jié)構(gòu)體系建造住宅。由于墻體及屋頂?shù)母倪M，整個建筑物的科技含量大大提高，建筑物的自重也會大大減輕。加之使用面積的增大、建造速度的快捷等，那么它的綜合成本會非常接近普通的結(jié)構(gòu)體系，甚至可能會做到更經(jīng)濟。



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