思越木结构|轻钢结构房屋建筑体系的发展趋势

   日期:2024-05-25     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:263    
核心提示:(3)澳大利亚冷弯薄壁轻钢结构住宅体系

结构特别是轻钢结构住宅建筑体系诞生于20世纪初钢结构玻璃棉,并在第二次世界大战期间得到迅速发展。在此期间,多用于对施工速度要求较高的军事建设设施;40年代出现门式刚架结构;60年代开始广泛应用彩色波纹板、冷弯薄壁钢带等构成的轻型围护体系。近年来,随着世界用钢总量的增加和国际军事需要用钢量的减少,欧洲、北美、日本、澳大利亚等一些主要产钢国家和经济技术发达国家,不断扩大钢结构使用范围,建造了各种钢结构住宅。根据居住习惯,主要建造1-3层的低层独立住宅。随着各国土地资源的减少和人口的增加,以北美、欧洲为代表,开始研究开发多层轻钢结构住宅。 建筑用钢在各国钢材总消费量中的比重大幅上升,日本均在50%左右。美国、瑞典、日本等国家钢结构用钢量已占钢材产量的30%以上,钢结构面积占建筑总面积的40%以上。

1.欧洲

20世纪50年代,由于受到二战的严重创伤,欧洲住房需求量很大。为解决住房短缺问题,欧洲一些国家采用了高度工业化的钢结构建筑体系,大量兴建住宅,形成了一批完整、规范的钢结构住宅体系,并延续至今。芬兰、瑞典、丹麦、法国等国家,各种钢结构建筑体系已十分普及。其中瑞典的钢结构,尤其是轻钢结构最为发达,轻钢结构住宅预制构件占95%,也是世界上最大的轻钢结构住宅生产国,生产供应欧洲各国。

2. 北美和澳大利亚

在美国、加拿大和澳大利亚,采用镀锌轻钢龙骨替代传统木结构的轻钢结构住宅建筑体系已有30多年的历史。1996年,美国住宅建筑中轻钢结构住宅占20%;加拿大比例约为30%;澳大利亚钢结构住宅约占50%。但这种结构形式主要用于低层小型住宅。自20世纪90年代末以来,多层轻钢龙骨住宅在北美发展迅速,迄今已建成约300万平方米。除住宅建筑外,这种体系还用于养老院、度假酒店、小学等建筑。

轻钢结构住宅建筑体系采用镀锌冷弯薄壁型钢制成的型材作为结构承重件,常用于建造2-3层的低层住宅。镀锌冷弯薄壁型钢所用材料的屈服强度为Q235或Q345。墙体钢龙骨按一定模数布置,中心距一般为400mm或600mm;冷弯薄壁型钢截面在93-200mm之间,钢板厚度在0.84-1.91mm之间。楼面结构钢龙骨截面一般在150-300mm之间,钢板厚度在0.84-2.56mm之间,楼面最大跨度目前可达8-9m。屋架可直接采用轻钢肋搭接。

轻钢结构住宅外墙常采用节能、轻质复合夹芯墙体,内墙可采用石膏板;厨房、卫生间墙体采用防水石膏板或水泥压力板;楼板采用轻质结构板;屋顶可采用五彩瓦、彩板瓦等屋面材料。

(1)加拿大轻钢结构住宅体系

加拿大轻钢构件通常是采用镀锌或镀铝锌合金薄钢板经冷弯、轧制而成,其截面形状一般为C型、槽型等,钢板厚度可根据结构的要求而变化钢结构玻璃棉,构件长度可根据需要确定。轻钢构件制作精确,在制作过程中,通常在构件上规则地开有穿孔,以方便水电线、管线及横向加强构件的通过。虽然薄钢板本身承载力不高,但经冷弯成不同形状(如C型)后,其抗弯、抗压能力成倍提高,因此,轻钢构件的承载力主要取决于其截面形状,而不取决于板材厚度,这就构成了其重量轻、强度高的特点。

低层住宅:

结构体系

住宅结构通常由楼面、墙体和屋面组成,轻钢住宅结构形式通常采用内嵌支撑的板肋体系,轻钢构件可应用于不同的房屋构件,使用轻钢构件可大大简化结构体系,同时可有效利用结构体系及构件的承载力,设计灵活,施工方便。

地板系统

用作楼承板的轻钢龙骨截面高度通常在150~300mm之间,钢板厚度大约在0.84~2.56mm之间。楼承板常见的支撑形式有简支或连续梁。多跨连续梁可以是单根构件形式,也可以是多根构件搭接形式。一般来说,多根构件搭接形式比单根构件灵活性大,也便于运输。楼承板龙骨腹板通常采用等间距冲孔,以方便水电管线的通过。

墙体系统

用于墙体的轻钢龙骨可分为承重型和非承重型。承重型C型龙骨的截面高度一般在93~200mm之间,钢板厚度通常在0.80~1.91mm之间;非承重型龙骨的截面高度在41~150mm之间,钢板厚度在0.45~0.84mm。这种由轻钢龙骨与石膏板(若用作外墙,还需配结构板)组成的板肋墙作为一种非常经济实用的墙体系统,在高层住宅中也得到广泛的应用。

屋架

不同截面和厚度的轻钢构件可为各种屋面形式和系统提供广泛的用途。屋架可由轻钢椽子直接搭建,也可由轻钢桁架搭建。轻钢桁架可在现场预制,也可在工厂大规模一体化生产。当跨度较大时,使用轻钢桁架特别经济。

中低层住宅建筑:

轻钢板肋结构体系通常适用于六层及以下的住宅建筑,但也有八层以上宾馆建筑的实例。对于中层住宅建筑,底层轻钢龙骨厚度可达2.6mm,龙骨间距通常为305mm,上层龙骨材料厚度可随荷载减小而减小。楼面结构可根据其跨度长度选择以下体系:轻钢楼盖体系、波形钢板与混凝土组成的钢承重组合楼盖、钢筋混凝土预制或现浇楼盖。特大开间可选用轻型空心钢桁架、波形钢板与混凝土组成的组合楼盖。抵抗侧向荷载的体系,常采用轻钢拉杆组成的X型斜支撑体系,或采用抗剪板与轻钢龙骨组成的剪力墙体系。屋架多采用轻钢椽子或桁架组成。

高层住宅建筑:

在加拿大,轻钢结构已广泛应用于各类高层建筑包括住宅建筑,主要用于内外填充墙、隔墙、幕墙、外维护墙、屋架、屋面系统等。高层住宅建筑的承重结构常采用H型钢或钢筋混凝土框架体系。轻钢构件组成的轻型内外墙体系,非常容易与承重结构框架体系融为一体。

(2)美国轻钢结构住宅

美国与其他西欧国家一样,低层住宅主要采用轻钢结构。近年来,美国也开始发展多层轻钢结构住宅体系。第一栋多层轻钢住宅于1990年设计,总面积已发展到30万平方米左右,取得了许多成熟的技术和经验。

美国的多层轻钢结构住宅技术是集轻钢结构、建筑节能保温、建筑防火、建筑隔音、新型建筑材料、设计施工于一体的综合技术。社会分工明确,各类产品的制造商、施工方、设计师紧密配合,共同发展多层轻钢结构住宅技术。最关键的问题是结构本身的性能。楼面结构要有适当的跨度,尽量轻,希望有楼面良好的平面内刚度。墙体结构要承受竖向荷载(自重和楼面活荷载),同时也要承受横向荷载(风荷载和水平地震作用)。

美式多层轻钢结构住宅的特点是:

轻型楼盖体系的楼板是由C型轻钢龙骨和铺设在龙骨上的薄板组成,龙骨的跨度一般为3.6米~4.8米,龙骨高度为254mm(龙骨最大跨度可达11米),龙骨间距为600mm。龙骨在腹板上设有较大的孔,对于管线的通过和布置十分方便。楼板的制作方法有三种:高密度木纤维水泥板;满铺瓦楞钢板后浇筑20mm陶粒轻骨料混凝土;满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。这些轻型楼板每平方米可承受316~365公斤的荷载。 该楼面结构体系的重量仅为传统家用混凝土楼面体系的四分之一至六分之一,但其楼面的结构高度将比普通混凝土楼板高出100至120毫米。

竖向墙体结构一般以内侧水平墙体作为结构的承重墙体。墙柱为C形轻钢构件,其壁厚根据所承受的荷载确定,通常为0.84~2mm。墙柱间距一般为400~600mm。墙柱下端为U形开口朝上的底部槽梁,墙柱上端为U形开口朝下的顶部槽梁。托梁固定在上部槽梁的侧面。为提高墙柱的稳定性,一般在墙柱高度范围内设置3根轻钢拉杆。这种墙体结构布置方式能有效承受和可靠传递竖向荷载,布置方便,但该墙体结构不能承受水平荷载。为抵抗水平风荷载和地震,美国多层轻钢结构住宅体系有两种方式,即采用轻钢剪力墙或采用普通钢框架结构加交叉支撑。 轻钢剪力墙通常布置在隔墙之上,采用0.5mm镀锌钢板贴面石膏板,再固定在轻钢墙柱上,形成类似应力蒙皮结构的剪力墙。每层之间有专用构件连接上下层剪力墙,有效地传递水平剪力和水平力作用在墙柱上产生的拉力。在地震区,为保证结构的安全,采用普通钢框架加交叉支撑作为抗侧力结构,形成轻钢承受竖向荷载、普通钢承受水平荷载的混合结构体系。

建筑保温节能技术在美国轻钢住宅体系中,十分注重保温节能技术。对于墙体,为保证保温效果,除在墙柱间填充玻璃纤维外,还在墙体外侧贴一层保温材料,有效隔断墙柱到外墙板的热桥;在楼层间的托梁内填充玻璃纤维,减少通过楼层的热量传递;所有内墙的墙柱间均填充玻璃纤维,减少住户墙体间的热量传递。

建筑防火技术。轻钢结构最关键的问题之一是防火技术的应用。墙体两侧及楼板吊顶均粘贴防火石膏板。普通防火墙及隔墙采用25.4mm厚(1英寸)石膏板保护,满足1小时防火要求。此外,墙柱与楼板托梁之间填充的玻璃纤维也起到了积极的防火、传热保护作用。

在轻钢结构建筑隔声技术方面,美国的研究开发工作在隔声处理方面下了很大功夫,在内外墙及楼板托梁之间填充玻璃棉,可以有效阻隔通过空气传播的音频部分。对于通过固体传播的撞击声,美国的多层轻钢结构住宅做了如下结构处理:隔墙采用两根墙柱组成两面墙,中间留有空隙;吊顶固定石膏板的小龙骨采用带小凹槽的弹性结构,可以有效减少楼层间固体声的传播。

(3)澳大利亚冷弯薄壁轻钢结构住宅体系

结构特点:

承重结构采用冷弯薄壁轻钢框架,高强度、防腐钢卷(屈服强度550Mpa、锌铝合金镀层厚度270g/m2),钢材厚度0.75mm,各类结构构件按设计要求通过计算机辅助制造专用设备直接卷制而成。竖向承重构件采用密排柱,最大柱中心距600mm。平面承重构件:屋面采用桁架网,网格尺寸为600X600mm,楼面(地面)采用桁架梁,最大中心距1200mm,门窗楣采用小桁架。

墙体围护结构采用轻质高强围护材料或纤维水泥板。

屋顶、楼面、内外墙均采用防水、保温材料。

屋面及楼板系统采用防水玻纤瓦、防水卷材、保温棉、梁、悬挂式防火石膏板。

结构特点:

钢结构生产采用计算机辅助制造技术,整个生产过程由计算机软件控制的专业设备完成,确保构件制造精度误差在半毫米以内,这是手工难以达到的,除基础施工外,其余均为干施工安装。

设计特点:

冷弯薄壁轻钢结构体系在澳大利亚是成熟的技术,设计时采用专用CAD技术-轻钢结构施工设计软件,生成的设计文件可直接输入加工设备进行自动化加工。

3、亚洲国家的轻钢结构:

由于西欧发达国家经济扩张和亚洲国家经济崛起,印度、日本、韩国等国家也于二十世纪初开始研究开发钢结构住宅建筑。日本钢结构建筑约占总建筑量的50%,韩国钢结构建筑约占总建筑量的20%。此外,H型钢约占钢结构用钢总量的50%~60%。

日本的钢结构建筑历史约有100年。在日本各种建筑结构中,钢结构建筑数量最多,约占总住宅建筑面积的20%,其中大部分是低层独立住宅。使用轻钢的低层小规模住宅已形成体系,建成的轻钢结构住宅占总住宅数量的25%~28%。主要生产企业有新日铁、丰田、积水、大和、三泽住宅等,其中新日铁的KC住宅体系尤为突出。

KC结构体系强调的冷钢与结构板共同构成抵抗侧向荷载的整体墙板,类似钢筋混凝土结构中的剪力墙。每层楼板都放置在该层的墙板上,墙板之间通过各层楼板在竖向形成隔离,竖向墙板在结构上无法形成连续墙体。因此在技术上必须通过贯穿楼板的抗拉锚栓将上下层墙板连接成一个整体,墙板与楼板之间通过剪力螺栓连接在一起。

结构板材一般采用OSB(定向刨花板)、结构复合板、水泥纤维加压板等,该类板材解决了原有纯木板防火、防水、整体结构强度不足的缺陷,该替代产品解决了原有木板防火、防水、整体结构强度不足的缺陷,提高了建筑体系的整体性能。

防火采用耐火性能高的板材,如不燃水泥基结构板、耐火石膏板等作为基础材料,延长墙体的耐火时间,增强耐火完整性。

保温措施通过在复合外墙中增加反射层,增加了墙体对辐射热的反射作用,大大减少了辐射热对建筑内部热环境的影响。试验对比和实践证明,节能效果明显,热稳定性也得到提高。

 
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