建筑钢结构是一个新兴产业。由于采用“工厂制造、现场安装”的施工方式,工期大大缩短,且抗震性能好,消除了烧砖瓦对土地的破坏。目前,在许多发达国家,钢结构建筑已成为建筑业的主流。欧美国家钢结构建筑约占全部建筑的65%,日本约占50%。然而,在我国,钢结构建筑是一个新兴产业,20世纪90年代中期才在我国逐渐发展起来。由于经济发展水平、观念意识、设计技术规范的影响和限制,我国建筑中采用钢结构设计的比例不足5%。
本文主要讲解轻钢结构建筑中的轻钢结构住宅。所谓“轻钢结构建筑”,其主要材料是钢结构框架辅以彩色金属压型钢板。由于其框架结构以门式钢框架为主,因此其建筑表现形式也以门式钢框架为主。 。通常指由下列钢材组成的结构:①冷弯薄壁钢结构; ②热轧轻钢结构; ③焊接或高频焊接轻钢结构; ④轻质钢管结构; ⑤较薄壁的焊接组合梁与焊接组合柱组成的A结构。
轻钢结构住宅的建造技术是在北美风格木结构建造技术的基础上发展而来的。经过百余年的发展,已形成物理性能优异、空间造型灵活、施工简便、形式多样的成熟建筑体系。 。在被誉为世界上居住环境最好的北美大陆,95%以上的低层民用建筑,包括住宅、商场、学校、办公楼等,都是用木结构或轻型建筑建造的。钢结构(甚至我们的近邻日本和韩国)。北美的木结构和轻钢结构在整个建筑市场上占有绝对的优势。近年来,随着木材价格的不断上涨,北美轻钢结构系统的市场发展以30%以上的增速快速增长,并逐渐被市场广泛接受。同时,在我们的近邻日本、韩国以及澳大利亚也得到广泛应用。
我国钢铁工业产量位居世界前列,但建筑业用钢比例远低于发达国家。
目前,我国建筑钢材的数量、品种和质量基本可以满足钢结构住宅的需要。近年来,国家加强了对钢结构住宅的政策引导和支持。钢结构住宅技术日益发展,已经具备了发展钢结构住宅的条件。我国最早的轻钢结构住宅是1994年11月在上海浦东东蔡建成的8层钢结构住宅,其特点是采用草板作为外墙和楼板构件,单位钢材消耗量面积为34kg/m2。
之所以现在要大力推广轻钢住宅的建设,是因为轻钢结构具有以下优点:
⑴重量轻、抗震性好、安全性高。轻钢结构采用高效轻质薄壁型材,承载能力高,构件尺寸小。围护结构采用低自重的轻质墙体和楼板材料,一般可减轻建筑结构自重30%。质量与钢筋混凝土住宅相同。大约1/2。轻钢结构整体刚度高,钢材强度高,延性好,因此具有良好的抗震性能,结构抗震措施成本低,适用于地震多发地区;结构重量轻,地基负担小,可大大降低地基造价,特别适用于地质条件较差的地区。
⑵ 建筑造型简洁美观,内部空间布局灵活丰富。钢材强度高,可以布置在大空间的柱网中。建筑设计不受结构的限制。这样的房子为建筑师的创维设计提供了无限的想象空间。因此,轻钢结构住宅外观轻巧美观,墙体、屋顶色彩丰富钢结构屋面采光带,屋顶造型独特,呈现出现代风格。室内空间大,无梁无柱,跨度可达12m以上,为业主提供个性化室内空间的可能。真正体现了“以人为本”的设计理念;同时,墙柱等构件截面尺寸较小,可增加净使用面积8%~10%。当考虑楼板的综合作用,采用组合梁或扁梁时,还可以增加净高,实现大空间住宅设计理念。
⑶实现住宅产业化、建筑一体化。轻钢结构住宅构件在工厂大批量标准化生产,现场组装。工业化程度高,设计、生产、施工一体化,提高了住宅工业化水平。
⑷ 施工速度快,工期短,不受季节限制。与传统住宅体系相比,轻钢结构住宅建筑工期至少可缩短1/3。建造一栋100平方米的别墅仅需10天左右。例如,上海现代置业实业有限公司建造的一栋500平方米的二层别墅,包括室内外装修仅用了45个工作日。它确实快速且经济,从而最大限度地节省业主的投资。
⑸ 绿色、环保,符合国家可持续发展要求。轻钢结构住宅不使用粘土砖,符合国家土地资源政策;施工过程对环境破坏和污染较小,符合国家环境保护政策;并且大部分材料可回收、可再生,具有较高的重复使用性和可循环性,符合国家可持续发展战略。因此,轻钢结构住宅堪称绿色环保建筑的典范。
⑹ 防腐、耐用、舒适度好。轻钢墙龙骨完全封闭在防水层和石膏板之间。不生锈、不腐蚀、不发霉、防潮性能好。墙体采用新型轻质围护材料,不助燃、不霉变、不虫蛀。没有飞蛾;装修一次完成,维护量少;管道可埋设在墙壁和楼板结构中;它在保温、隔热、隔音等性能方面优于传统结构,因此房屋的舒适度更好。
⑺ 适合拆迁:一旦业主对建成场地不满意或外部环境发生意外变化,可在极短的时间内将整个建筑拆除,损失最小,而这一切都是钢筋混凝土建筑无法实现的。
⑻先进的设计技术。采用先进的计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)技术,完全根据用户要求进行设计,效率高、报价快、成本低、交货迅速。
但资料显示,我国轻钢结构住宅的建筑设计理念与国外存在明显差距。目前,我国轻钢结构的设计仍然遵循现行的各种建筑规范,与混凝土建筑没有本质区别。但由于其所用材料的特殊性,其建筑理念确实与混凝土有所不同,从而导致其建筑风格存在着各种差异。
首先,混凝土建筑的设计遵循先建筑设计、后结构设计的理念。轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件,使设计过程能够实现建筑、结构、装饰、水、电、暖通等一体化设计,即建筑设计、结构设计、装饰、水、电力、暖通等设计同时完成。目前,国外轻钢结构公司均遵循这一理念,而国内大多数公司仍贯彻混凝土建筑设计原则。建筑设计基于混凝土建筑的设计方法。一方面,结构设计时难以充分表达其建筑风格。另一方面,也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。在围护系统与主体结构一体化设计方面,我国企业的基本做法是主体结构和围护系统分别进行设计,而国外的普遍做法是统一设计,有的企业则采取统一设计的方式。企业甚至仍然实施架构建模。采用数值系统保证建筑整体安装的准确性。在配件系统与整体建筑系统设计的整合方面,在安装国外公司设计的建筑时,基本保证安装结束时地面上不存在多余的配件,建筑上不存在缺失的配件。但国内大多数企业的情况是配件少或配件多。这是因为附属系统的设计与整个建筑系统的设计不一致,导致建筑性能受到影响。当然,还有一个配件系统设计和标准化的问题。
其次,我国轻钢结构建筑在表现力上与国外存在较大差距。轻钢结构建筑的建筑表现主要有以下四个特点,即尺度、线条、色彩、变化。在这四个方面,我们都存在不同程度的差距。建筑规模:国外公司设计的轻钢结构建筑在建筑规模上表现非常出色,尤其是单脊双层玻璃或带女儿墙的大跨度轻钢结构建筑,具有宏伟的建筑气势。据了解,这样用建筑尺度来表达建筑风格的作品在国内企业中并不多见。金属压型钢板的线条:线条是表达轻钢结构建筑风格最独特的特征。这些匀称的线条,无论横向还是纵向,都使轻钢结构建筑具有光滑的金属质感。与传统的混凝土建筑相比,形成极大的反差,体现出浓郁的现代工业气息。然而国内建筑常常不经意间破坏了这条线,使建筑的整体形象显得呆板、呆滞。墙面采光窗设置不合理是破坏这条线的主要原因。如前所述,国内设计大多采用先建筑设计再结构设计的方法。建筑设计时,为了考虑建筑的采光,在墙壁上安装了大量的采光窗。这种采光窗虽然满足了采光的需要,但在建筑上却破坏了墙体的线条形状。事实上,轻钢结构建筑可以大量使用屋顶采光板进行采光,从而减少墙窗的数量。这样可以非常有效地保证建筑采光,同时又不会损坏墙板的线条。另外,我们墙板的线条形状上也有缝隙,这是影响线条形状的另一个重要因素。建筑色彩:各种颜色的金属压型钢板使轻钢结构建筑丰富多彩,尤其是跳跃色和冷色调的大胆运用,能给人以明显不同于传统建筑的耳目一新的感觉。色彩表现包括两部分,一是屋面、墙板的色彩表现,二是边缘、泛水等装饰部位的色彩表现。国内企业大多选择白色、蓝色、红色,很少选择棕色、黑色以及各种颜色组合。这既是社会群体审美意识潮流的问题,也是国产板材色彩单调的问题,是设计工程师建筑审美水平低下的问题,也是业主主观随意性的问题。建筑变化:在建筑风格的追求上,国外公司设计的小型建筑往往会借鉴小型混凝土建筑的建筑风格,包括混凝土建筑的装饰和表现方式。规模虽小,却充满变化,使小规模建筑展现出灵动的建筑风格。而国内企业基本上都是方楼,确实缺乏变化。
最后,我国轻钢结构住宅在建筑装饰性能方面与国外存在较大差距。由于所用材料的原因,轻钢结构建筑的装饰效果比混凝土建筑丰富得多。这也是轻钢结构建筑更具表现力的主要原因之一。轻钢结构建筑的装饰一般具有双重功能,包括使用功能和装饰功能。例如,外天沟不仅具有组织排水的功能,而且是建筑物屋檐上的重要装饰。其他物品如雨篷、落水管、修边、泛水板等也是如此。国外的外墙天沟因装饰功能要求而设计成各种形式,而国内的设计基本都是直角形状。
此外,我国轻钢结构住宅还面临一些问题,例如:
⑴ 钢结构住宅缺乏针对性规范
我国的标准规范是针对已经广泛使用了几十年的结构体系而编制的。轻钢结构住宅系统此前在我国属于技术空白,因此不能满足我国现行强制性规范的某些规定也就不足为奇了。例如,我国建国后修建的建筑物,大多采用砖石、钢筋混凝土等耐火性能良好的建筑材料。导致我国的《建筑防火设计规范》在选材方面似乎比国外更加严格,轻钢结构住宅很难达到其要求。 。又如,长期以来,我国镀锌轻钢龙骨仅用于隔断、吊顶等非主要承重结构。我国《冷弯薄壁钢结构技术规程》基本不考虑采用厚度小于2毫米的钢材制作主要承重构件。对于国外广泛采用的壁厚为0.55~1.6mm的镀锌轻钢龙骨承重体系,既缺乏对其受力状况、结构安全性和耐久性的理论分析,也缺乏相关的实验数据。这使得我国轻钢住宅的结构设计无法找到有针对性的规范作为依据。这种不符合国内标准的情况,将导致轻钢结构住宅项目无论是在施工申请阶段还是在工程验收阶段都会遇到无数的障碍和麻烦。
⑵ 部分零部件仍需进口
中国消费者早已习惯居住砖混或钢筋混凝土结构的房屋。慢慢开始接受并逐渐喜欢轻钢结构房屋也需要一个循序渐进的过程。轻钢结构住宅体系是在国外特别是北美木结构住宅的基础上发展起来的。虽然这两个制度在国外已经非常成熟和完善,但对于我国来说却是全新的,因此存在着各种困难。几乎无处不在。在建筑材料和构件方面,目前轻钢结构试验项目建设所需的许多材料都必须从国外运来。即使是一些委托外商在中国大陆加工的零部件,也往往只能在国外购买,国内市场一时买不到。未找到。
⑶ 实践型人才稀缺
在人员方面,由于轻钢结构住宅系统并未纳入国内中等或高等职业学校的教学内容,我国建筑专业的工程技术人员对该系统了解甚少,更缺乏什么是熟练的技术。工人,所以这个系统虽然从纯粹的技术角度来说难度不是很大,但是在实际的实施上却缺乏有能力的骨干。
⑷ 管理模式不适应
在施工管理方面,我国现行的施工管理模式并不适合轻钢结构住宅的工业化生产方式。我国加入世贸组织后,许多国外住宅制造商希望进入中国大陆市场,但他们无法理解为什么来到中国。以后要申请什么资质,属于什么身份:设计单位?施工单位?积分器?还是厂家?钢结构住宅竣工时,我国现行的工程质量验收程序和方法并不适用。
⑸ 建筑保温节能问题
钢材传热系数大,散热快,易形成冷桥。因此,保温节能是轻钢结构住宅需要解决的主要问题之一。轻钢结构住宅的保温有外保温和内保温两种方式。外保温的方法是用玻璃纤维填充墙柱之间的空间,然后在墙体外侧粘贴一层保温材料,有效阻断墙柱到外墙板的热桥;内保温层是指在外墙的内表层添加内部软质保温层,然后再覆盖一层石膏板、其他板材或灰泥,形成硬质面层。墙体的保温性能将大大增强。它阻止室内大量热能散发到室外,从而节省热能。
⑹ 建筑防火问题
钢材不耐火,轻钢结构住宅必须采取耐火设计和防火措施来保护。目前常用的防火措施有四种:(1)防火涂料法。 (2)隔离方法。 (3)固包法。 (4)膨胀漆覆盖法。耐火极限可达2h。
⑺ 建筑隔音问题
建筑隔音成为业主关注的焦点。声音传播分为空气传播和固体传播两种形式。 《民用建筑隔声规范》要求建筑隔声最低标准为40分贝。轻钢房屋的内外墙和地板托梁之间填充玻璃棉,以防止空气扩散;用两根墙柱组成第二面墙,与户墙有缝隙;对于将石膏板固定在天花板上的小龙骨,应采用带小槽的弹性施工措施,以减少结构声在楼层之间的传播。
⑻ 成本问题
我国虽然是产钢大国,但钢材价格较高,而轻钢结构在我国是一个新体系。施工技术人员缺乏,管理模式不合理。因此,轻钢结构住宅的造价较高,近期国内消费者难以接受。尽管轻钢结构房屋具有较高的性能和舒适度,但由于缺乏理论和实践意识,其相对于传统房屋的竞争优势并不明显。只有大量建造轻钢结构住宅,实现产业化、一体化,才能降低成本,逐步被人们所接受。
因此,我们推广轻钢住宅的工作思路是:
一是有计划建设一批试点项目,引进生产技术。没有一定的施工量,就不可能编制出我国自己的轻钢结构技术规范,这项技术在我国的成熟也将成为一句空话。虽然我们普遍强调要实施强制性规范,但技术标准和规范,就其本质而言,永远会滞后于技术本身的发展。因此,在国内法规不完善的情况下,建设试验项目不仅是适当的,也是必要的。此外,在建设试验项目、积累经验的基础上,抓紧制定相应的轻钢结构住宅技术标准和规范。由于与国外标准体系、技术环境的差异,甚至标准管理方式、部门分工的差异,这项工作在我国难度较大。这并不像有些人想象的那么容易,只要翻译一下国外的标准就万事大吉了。 。将国外轻钢结构住宅嫁接到我国技术标准体系中,还有大量深入细致的研究和协调工作要做。尽快编制完善并发布轻钢结构相关配套标准。标准发布后,我国轻钢结构房屋尚无技术标准的局面将结束。
总之,我国轻钢结构住宅还处于起步阶段,还存在很多问题需要进一步研究和完善。但工业化、一体化是我国住宅产业发展的必由之路。轻钢结构住宅体系符合国家轻钢结构住宅的发展。建设“百年住宅”,实现小康社会住房目标,具有良好的发展前景。可以相信,21世纪将是钢结构快速发展的时期。长期以来钢结构屋面采光带,以混凝土结构和砖石结构为主的格局将被打破。从事钢结构制造和施工的企业将有非常光明的前景。