隨著我國國民經(jīng)濟飛速發(fā)展和綜合國力的不斷提高,住宅與房地產(chǎn)業(yè)有序調(diào)整,鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)的提升,鋼結(jié)構(gòu)尤其是薄壁輕鋼結(jié)構(gòu),逐漸進入工程建設(shè)中來,那么這種結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)涵是什么、在國外發(fā)展的如何?是否符合人類居住使用的空間要求、是否適應(yīng)目前我國基本建設(shè)發(fā)展的需要,應(yīng)認真分析和研究。
一、鋼結(jié)構(gòu)及薄壁輕鋼住宅建筑的發(fā)展
(一)國外的情況:
鋼結(jié)構(gòu)尤其是輕鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑體系誕生于20世紀初,在二戰(zhàn)期間得到快速發(fā)展。其間多用于對施工速度要求很高的軍事建筑設(shè)施;40年代出現(xiàn)了門式剛架結(jié)構(gòu);60年代開始大量應(yīng)用由彩色壓型板及冷彎薄壁型鋼檀條組成的輕質(zhì)圍護體系。近些年來,世界鋼鐵總量的增加和國際軍需用鋼量的下降,一些鋼鐵生產(chǎn)大國和經(jīng)濟技術(shù)發(fā)達的國家,如歐洲、北美、日本和澳大利亞等,不斷拓展鋼結(jié)構(gòu)使用范圍,建設(shè)各種鋼結(jié)構(gòu)住宅,根據(jù)他們的生活習慣,主要建設(shè)以1-3層為主的低層獨立住宅,隨著各國土地資源的減少和人口數(shù)量的增加以北美、歐洲為代表,開始多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究和開發(fā)。各國建筑用鋼量在鋼材總耗量中的比例明顯提高,日本在50%左右。美國、瑞典、日本等國家鋼結(jié)構(gòu)用鋼量已占鋼材產(chǎn)量的30%以上,鋼結(jié)構(gòu)面積約占到總建筑面積40%以上。
1.歐洲
20世紀50年代,歐洲由于受“二戰(zhàn)”的嚴重創(chuàng)傷影響,對住宅需求非常大,為解決房荒問題,歐洲一些國家采用了工業(yè)化程度較高的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系,建造了大量住宅,形成了一批完整的、標準的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系,并延續(xù)至今。在芬蘭、瑞典、丹麥、法國等國,各種鋼結(jié)構(gòu)建筑體系變得非常普及,其中瑞典的鋼結(jié)構(gòu)尤其是輕鋼結(jié)構(gòu)最為發(fā)達,輕鋼結(jié)構(gòu)住宅預制構(gòu)件達95%,同時也是當今世界上最大的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅制造國,生產(chǎn)供應(yīng)歐洲各國。
2.北美和澳洲
在美國、加拿大以及澳大利亞,用鍍鋅輕鋼龍骨代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木結(jié)構(gòu)的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系,發(fā)展至今已有30多年的歷史。1996年,美國的住宅建設(shè)中輕鋼結(jié)構(gòu)住宅達20%的比例;加拿大則有30%左右的比例;澳大利亞鋼結(jié)構(gòu)住宅建造數(shù)量約占50%。但是,這種結(jié)構(gòu)形式主要應(yīng)用于低層的小住宅。90年代后期以來,多層輕鋼龍骨住宅在北美地區(qū)迅速發(fā)展,至今已建成約300萬平方米。除住宅外,這種體系也用于養(yǎng)老院、假日旅館、小學校等建筑。
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系是用鍍鋅冷彎薄壁型鋼制作的型材作為結(jié)構(gòu)承重部分,常用于建造2-3層的低層住宅。鍍鋅冷彎薄壁型鋼所使用材料的屈服強度為Q235或Q345。其墻體鋼龍骨按照一定的模數(shù)排列,一般中心距為400mm或600mm;冷彎薄壁型鋼截面在93-200mm之間,鋼板厚度在0.84-1.91mm之間。其樓層結(jié)構(gòu)的鋼龍骨截面一般在150-300mm之間,鋼板厚度在0.84-2.56mm之間,樓層最大跨度目前可達8-9m。屋架可采用輕鋼棱條直接搭接的方式。
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的外墻常采用節(jié)能、輕質(zhì)復合夾芯墻,內(nèi)墻可采用石膏板;廚房及衛(wèi)生間墻面采用防水石膏板或水泥加壓板;樓板采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)板材;屋面可采用多彩瓦、彩板瓦等屋面材料。
(1)加拿大輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系
加拿大的輕鋼構(gòu)件通常由鍍鋅或鍍鋁鋅合金的薄鋼板冷彎滾壓成型,其截面形
狀通常為C型和槽型,鋼板的厚度可根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求而變化,其構(gòu)件長度可視所
需而決定。輕鋼構(gòu)件制作精確,在其制作過程中通常在構(gòu)件上有規(guī)律地穿孔,以利
于水電線路和管道及橫向加強構(gòu)件的通過.雖然,一塊薄鋼板本身的承載力并不
高,但通過冷彎成不同形狀(如C型)后, 其抗彎抗壓的能力成倍提高。因此, 輕
鋼構(gòu)件的承載力主要是取決于其截面形狀,而不是板材的厚度。這就構(gòu)成其輕質(zhì)
高強的特點。
低層住宅:
結(jié)構(gòu)體系
住宅結(jié)構(gòu)通常由樓面,墻體及房頂?shù)润w系組成。輕鋼住宅的結(jié)構(gòu)形式通常采用線內(nèi)支承的板肋體系,輕鋼構(gòu)件可應(yīng)用于不同的房屋構(gòu)件,采用輕鋼構(gòu)件可以大大簡化結(jié)構(gòu)體系,同時又提供有效利用結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件的承載力,設(shè)計的靈活性及施工便利。
樓面體系
作為樓面托梁的輕鋼龍骨其截面高度通常為150至300毫米之間,其鋼板厚度
大約在0.84至2.56毫米之間,樓面托梁常見支撐形式是簡支或連續(xù)梁,多跨連續(xù)梁即可采用單一構(gòu)件的形式,也可采取多構(gòu)件搭接的形式。一般說來多構(gòu)件搭接的形式較單一構(gòu)件具有更大的靈活性,同時在運輸上也很方便。樓面托梁龍骨的腹板通常給予等間距的沖孔,以方便水電管線的穿越。
墻體系統(tǒng)
用于墻體的輕鋼龍骨可分為承重和非承重兩種,承重的C型龍骨其截面高度一般在93至200毫米之間,鋼板厚度通常界于0.80至1.91毫米之間;非承重龍骨的截面高度在41至150毫米之間,其鋼板厚度為0.45至0.84毫米,作為一種非常經(jīng)濟實用的墻體體系,這種由輕鋼龍骨與石膏板(若作外墻還需加結(jié)構(gòu)板材)組成的板肋墻體也普遍地應(yīng)用于高層住宅建筑。
屋架
不同截面形式及厚度的輕鋼構(gòu)件,可為各式各樣的房頂形式及體系提供廣泛的用途。屋架即可由輕鋼椽梁直接構(gòu)成,也可用輕鋼桁架構(gòu)成。輕鋼桁架既可現(xiàn)場制作也適合于工廠大規(guī)模集成生產(chǎn),跨度較大的情況下,采用輕鋼桁架尤為經(jīng)濟。
中低層住宅:
輕鋼板肋結(jié)構(gòu)體系通常適用于六層或六層以下的住宅建筑,但目前也有應(yīng)用到八層的旅館建筑實例。中層住宅建筑,其底層輕鋼龍骨厚度可達2.6毫米,龍骨間距常為305毫米,上部樓層的龍骨材料厚度可隨荷載的減小而減少。樓面結(jié)構(gòu)可根據(jù)其跨度的長短選擇下列體系:輕鋼樓面體系,由壓型鋼板和混凝土構(gòu)成的鋼承復合樓板,鋼筋混凝土預制或現(xiàn)澆樓面。特大開間可采用輕型空腹鋼桁架,壓型鋼板和混凝土組成的復合樓面,抗側(cè)向荷載的體系常由輕鋼拉條構(gòu)成X型斜向支撐體系,或由抗剪板材與輕鋼龍骨組成的剪力墻體系構(gòu)成。屋架多由輕鋼椽梁或桁架構(gòu)成。
高層住宅 :
在加拿大,輕鋼結(jié)構(gòu)已廣泛地應(yīng)用于在包括住宅在內(nèi)的各種高層建筑,其主要用于內(nèi)外填充墻,隔墻,幕墻,外維護墻及屋架,屋頂體系.高層住宅的承載結(jié)構(gòu)常由H型鋼或鋼筋混凝土的框架體系組成,由輕鋼構(gòu)件構(gòu)成的輕質(zhì)內(nèi)外墻體系非常便于與承重結(jié)構(gòu)的框架體系融為一體
(2)美國的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅
美國像其他西歐國家一樣,輕鋼結(jié)構(gòu)主要用于低層住宅建筑,近些年來,美國也開始進行多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研發(fā),最早一幢多層輕鋼住宅于1990年開始設(shè)計,至目前總面積發(fā)展到約30萬平方米。并取得許多成熟的技術(shù)和經(jīng)驗。
美國的多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)是一項綜合的技術(shù),集輕鋼結(jié)構(gòu)、建筑節(jié)能保溫、建筑防火、建筑隔聲、新型建材、設(shè)計施工于一體的集成化技術(shù),社會化分工明確,各種產(chǎn)品的生產(chǎn)商、施工方、設(shè)計方緊密合作,發(fā)展多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù),最關(guān)鍵的問題是其結(jié)構(gòu)本身的性能,樓蓋結(jié)構(gòu)要具有適當?shù)目缍炔⒈M可能輕,并希望有較好的樓蓋平面內(nèi)剛度,墻體結(jié)構(gòu)在承擔豎向荷載(自重與樓面活荷載)的同時還要承擔橫向荷載(風荷載與水平地震作用)。