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轻钢房屋衍生技术体系及其优势
作者:   发布日期:2017-07-28

在现今,信息技术高度发达的情况下,建筑业新技术新材料的研发、应用和发展变得越来快捷,周期越来越短。同时,随着地球上传统能源、资源的匮乏和节能环保安全舒适理念的普及,使得当今世界建筑业的三大基本建筑形式:传统建筑(砖石建筑+钢筋混凝土建筑)和现代木结构(轻木+重木)、钢结构(轻钢+重钢结构)有了三足鼎立、共同发展的局面。不过因为生态、安全等因素,传统砖石建筑、钢筋混凝土建筑的份量将会逐渐萎缩,而现代木结构和轻钢结构仍将会继续加速发展,尤其是大批量住宅建筑,采用可再生、更加符合环保生活标准的轻钢结构。使得近几年来现代轻钢技术在建筑业里有了充足的发展。

一、轻钢房屋结构性能及指标

(1)轻质楼盖系统

其楼盖由冷弯薄壁C型钢楼面梁与铺于楼面梁上的结构面板组成。楼面梁一般跨度为3.6m~6.0m,楼面梁高为200~300mm,楼面梁间距为600毫米。楼面梁腹板上预开孔,这样对于管线的穿越与布置极为方便。结构面板通常采用定向刨花板;也可以选择在定向刨花板上再浇筑40mm的细石混凝土。轻质楼盖根据不同的设计要求,每平方米可承受最大500公斤的荷载。

(2)墙体结构

承重墙由立柱、顶导梁和底导梁、支撑、墙体结构面板组成。立柱为C形轻钢构件,其壁厚根据所受的荷载而定,通常为0.75~2mm,立柱间距一般为400~600mm,立柱的下端为开口朝上的底导梁,立柱上端为开口向下的顶导梁;为提高墙柱的稳定性,一般墙柱高度范围内设1~2道水平钢拉条或撑杆。这种墙体结构布置方式,可有效承受并可靠传递竖向荷载,且布置方便。

为抵抗水平风荷载与地震作用,轻钢结构住宅体系中抗侧力体系、抗剪墙可采用墙体结构面板、交叉支撑或K型支撑形式。用作抗剪墙的结构面板可采用定向刨花板、石膏板、水泥纤维板及薄钢板。上下楼层之间通过连接件可靠连接,以有效传递水平剪力与和上拔力。

(3)屋面结构

屋面结构采用轻钢桁架的方式作为屋面的主要承重结构。屋面桁架的间距根据屋面荷载的不同可以按照300~1200mm布置。屋面桁架上部可以用轻型的檩条,檩条跨度最大可以做到1800mm。

屋面的围护可以根据客户的需求采用传统的水泥瓦、陶瓦,或者是时尚的多彩沥青瓦或颜色丰富的金属屋面板。

由于整个屋面系统都是空间桁架,整个屋面的保温隔热都可以集成到斜屋面和平吊顶两部分,中间的空间可以通风,让整个建筑更加透气,成为可以呼吸的房屋。

二、防腐蚀性能

由于我国幅员辽阔,建筑材料需要满足各个地区、各种环境的要求。参照国家颁布的标准,对于高腐蚀性地区或特殊建筑物,镀锌量应不低于275g/㎡(双面)或镀铝锌150g/㎡(双面),并应满足现行国家或行业标准的规定。这一规定与澳洲的规定一致。

根据钢铁澳洲研发中心的研究数据分析,镀锌钢板和镀铝锌钢板作为结构使用与暴露在建筑外部,镀层消耗的速度会有很大的差别。即使在同一个建筑物内部,由于建筑各部分密封效果各不相同,造成大气腐蚀环境的不一致。由于镀铝锌镀层表面有铝和锌两种材料,铝更加容易被腐蚀,产生极其致密的AL2O3,这些铝的氧化物覆盖在钢板表层,更好地隔绝了镀层钢板与外界腐蚀环境的接触。因此镀铝锌层在室内环境中的预测寿命远远长于我们要求的结构寿命,可达到200年以上;即使在通风环境很不好的板材之间,预测寿命也能达到75年。

三、节能降耗性能

根据对轻钢结构住宅与传统住宅形式的节能降耗性能的比较,能够明显地看出轻钢结构住宅的优势。技术经济指标主要是由建筑结构的导热系数、蓄热系数和每平方米每日能耗来评价。根据对轻钢结构住宅和传统的钢混结构住宅所作的对比实验,传统钢混结构住宅的导热系数在0.065~0.08W/m·k之间,轻钢结构住宅的导热系数在0.055~0.07之间,轻钢结构住宅的导热系数比传统钢混结构住宅降低了0.01W/m·k;传统钢混结构住宅的蓄热系数在0.95~1.10w/m.k之间,轻钢结构住宅的蓄热系数在1.30~1.40W/m·k之间,轻钢结构住宅的蓄热系数比传统钢混结构住宅降低了0.3W/m·k。

同时,由于轻钢结构体系的自重较轻且结构灵活,在满足结构强度要求的基础上,能够很好地集成各项保温节能技术,除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外,还采用在墙外侧再贴一层保温材料的“外墙外保温”做法,有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥;楼层之间楼面梁内填充玻璃纤维,减少通过楼层的热传递;所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维,减少户墙之间的热传递。

四、防火性能

暴露的轻钢结构在550℃的高温下,一般在15分钟左右就会丧失承重能力而垮塌。但通过油漆、复合或加厚围护材料,在围护结构上运用一些防火性能比较好的材料,可以确保整个住宅的防火性能达到规范的要求。

从目前轻钢结构别墅的实践情况来看,经过特殊防火处理的轻钢结构住宅能够满足防火规范的要求。

五、隔声性能

轻钢结构住宅由于受力构件自重较轻,且中间基本上为中空结构,很容易形成“鼓膜”效应,因此撞击隔音效果很差。为了满足空气隔音和撞击隔音的综合要求,在轻钢结构住宅中,可以采用内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉,来有效阻止通过空气传播的音频部分。试验表明,填充玻璃棉能够使结构的空气隔音效果得到进一步的提高,达到50dB以上,在进行围护结构处理之前,就能够达到居住的要求。

六、防潮性能

在轻钢住宅的标准配置中,整个墙体的外围使用单向呼吸纸对整个墙体进行防潮密封。这种密封可以在隔绝室外潮气进入室内的同时,避免室外大气中的有害物质腐蚀金属材料,也可以排除室内的潮气。而整个墙体用到的石膏板也成为可以呼吸的墙体。呼吸纸和防潮膜可以保证金属产品在密封而干燥的空间有更加长久的寿命,也可以让室内的空气更加干爽。

而在屋面,带铝箔贴面的保温棉可以完全隔绝潮湿空气的进入,避免金属结构直接暴露在户外腐蚀环境中。

七、抗震抗风性能

轻钢结构具有超群的抗震性能。超轻型钢结构建筑,整体刚性好、强度高、重量轻,变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一,抗震性能是砖混结构的2倍以上,并以抵抗第秒70米的飓风,使生命财产能得到有效的保护。

八、施工便捷

轻钢结构施工采用干施工法,不会造成水资料的浪费,节省了费用,且施工速度快、周期短、效率高,不受季节影响,可全天侯施工。

另外,轻钢结构具有自重轻的特点。对于一些交通不太便利的山区和农村,在运输不便利的情况下可以降低整个运输的成本、还可以降低现场重型机械的利用,从而节约施工工期和施工成本。

轻钢结构的材料本身并不是高科技,但由于钢材的加工特性,我们尽最大可能地实现工厂加工来降低现场施工的周期和成本。

轻钢结构房屋建造速度快,以100平方米的二层房子为例,从开始建设到装修完毕入住20天便可完成。

九、节能环保

以钢材为主要原材料的轻钢住宅体系对环境更加友好,100%的钢材都可以回收再利用,整个施工过程中的干法施工大幅减低对大自然水资源的利用和污染,也大大提高了现场施工的速度。

从各方面性能的比较可以看出,轻钢结构住宅相比传统建筑有着很大的优势,在人们生活水平日益提高的今天,我们有理由相信,新的轻钢结构住宅可以用更低的成本让大家生活得更好。

十、前景分析

冷弯薄壁型钢建筑住宅体系已经有一套成熟的技术体系,包括生产配套用的设计软件和独立的加工设备、全面稳定的配套材料供应链。所有结构材料已经可以实现完全工厂预制化,甚至可以实现工厂预拼装;现场安装就是简单的装配过程,全部干作业,真正实现住宅结构设计、生产完全成品化、产业化。

2011年《低层冷弯薄壁房屋建筑技术规程》(JGJ227)的发布实施,为低层冷弯薄壁型钢建筑住宅的报建和验收提供了依据。在之后短短5年时间里,钢结构建筑在中国得到了空前的发展,轻钢结构住宅建筑如雨后春笋般蓬勃发展,加之政府部门的大力支持,可持续发展已经不在是一句空头口号,“节能省地型住宅”、绿色建筑 (节能、节材、节水、节地)的理念逐渐融入到落实到普通老百姓的生活中,“低碳”生活不再遥远。

目前低层住宅一般都建在土地价格相对便宜的城乡结合部或中小城市,如果把地价折算进去,这类型钢结构住宅还是很有市场吸引力的。所以目前很多旅游度假区项目和高端房地产楼盘也相继引用冷弯薄壁型建筑住宅体系营造。但是相对来说农村的市场前景最为广阔,因为量大,而且目前也正在被广大自建房者所认同和接收。可以预测,未来三十年或者更长时间内,轻钢房屋市场将会快速增长,逐渐取代砖混结构,与钢筋混凝土结构成为我国低层建筑产业市场发展的两驾马车。

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