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淺析輕鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及其應(yīng)用 輕鋼結(jié)構(gòu)體系

發(fā)布時間:2020-02-15 來源: 歷史回眸 點擊:

  本文介紹了輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)體系及其優(yōu)點,并對目前的應(yīng)用情況作了簡述,提出了發(fā)展輕鋼建筑的必要性。      改革開放以來,隨著我國鋼建技術(shù)的不斷成熟,質(zhì)量的逐步穩(wěn)定。輕鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用越來越廣泛,它是以輕型高效鋼材和輕質(zhì)高效隔熱維護材料組裝而成的,居住舒適,美觀潔凈、適用性能強的全裝配低層和多層鋼結(jié)構(gòu)建筑。從輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的研究資料上分析,其建筑物的重量與其它類住宅通用體系相比可減輕30%,特別是在地質(zhì)承載力低和地震烈度較高的地區(qū),其綜合經(jīng)濟效益優(yōu)于一般住宅建筑體系。因此,在我國土地資源匱乏而鋼產(chǎn)量相對充裕的現(xiàn)實情況下,國家倡導(dǎo)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的建設(shè)是十分適宜的,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑已成為繼大跨鋼結(jié)構(gòu)建筑和高層鋼結(jié)構(gòu)建筑之后在我國發(fā)展最迅速的新型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。
  
  1.輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)體系
  1.1 輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系
  輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系主要適用于中低層住宅或別墅,大致可分為兩類:一類為以冷彎C型鋼組成的龍骨體系,另一類為以小型熱軋型鋼組成的龍骨結(jié)構(gòu)體系。輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中間腰支撐通過配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成。梁柱構(gòu)件厚度在1~3mm,柱子間距為400~600mm。其主要受力機理為:柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁,豎向力由樓面梁傳至墻壁的大龍骨,再通過柱子傳至基礎(chǔ)。水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎(chǔ)。由于在傳力過程中,墻面板承受了一定的剪力,并提供了必要的剛度,故墻面板應(yīng)滿足一定的要求。樓板可采用樓面輕鋼龍骨體系,上覆刨花板及樓面面層,下部設(shè)置石膏板吊頂,既可便于管線的穿行,又滿足了隔聲要求。
  1.2純框架體系
  該體系在縱、橫兩個方向均為多層剛接框架,由輕鋼梁、柱組成,結(jié)構(gòu)相對簡單,節(jié)點一般必須采用剛接連接。使用空間較大,但其抗側(cè)移剛度較弱。為滿足層間水平位移和總側(cè)移的要求,構(gòu)件的截面尺寸會較大,造成用鋼量較大,不夠經(jīng)濟。梁采用H型鋼、箱形梁以及其它形式。
  1.3框架―支撐體系
  針對純框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度差的缺點,框架―支撐體系在縱、橫兩個方向適當部位沿柱高增設(shè)支撐體系。支撐常采用兩種形式,一種是采用截面剛度較大的H形或箱形截面;另一種是采用輕型的槽鋼、角鋼或鋼管截面。前者一般用于高度較高,抗側(cè)移要求特別是抗震要求較高的多高層建筑,后者用于高度不是很高的低層建筑,一般住宅建筑主要是輕型支撐形式?蚣芰阂话悴捎脽彳埢蚋哳l焊接H型鋼,可選用高寬比較大的截面,其抗彎承載力及剛度均較大;亦有采用冷彎薄壁型鋼。柱子可以采用與純框架結(jié)構(gòu)類似的截面,也可以根據(jù)其受力特點,選擇冷彎型鋼組合斷面等輕型構(gòu)件。
  1.4 錯列桁架結(jié)構(gòu)體系
  錯列桁架結(jié)構(gòu)體系由美國麻省理工學(xué)院于20世紀60年代首先提出,在建筑布置上具有一定優(yōu)越性,稱作間隔析架體系,國內(nèi)也有譯為交錯桁架的,其成功用于多個公寓及旅館建筑中。該體系是由房屋外側(cè)的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成,桁架高度等于層高,在相鄰柱上為上下層交錯布置,樓板一端擱置在桁架的上弦,另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由于兩開間布置一榀桁架,且中間無柱子,所以非常適合住宅、旅館建筑各單元的靈活布置要求。
  1.5框架一剪力墻體系
  該體系是以樓梯間或其它適當部位(如分戶墻)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻,作為結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力體系,框架部分主要承擔(dān)豎向荷載。其優(yōu)點是,鋼筋混凝土剪力墻抗側(cè)移剛度較強,可以減小鋼柱的截面尺寸,降低用鋼量:剪力墻的布置較為靈活,房間布置所受的限制較小,但應(yīng)避免采用鋼框架與單片混凝土剪力墻組成的混合結(jié)構(gòu)。另外,也可采用預(yù)制混凝土剪力墻、薄壁鋼板剪力墻或組合剪力墻。
  1.6框架一核心筒體系
  該體系常常是以衛(wèi)生間(或樓、電梯間)組成四周封閉的現(xiàn)澆鋼筋混凝土核心筒,與鋼框架的混合結(jié)構(gòu)受力體系。核心筒抗側(cè)移剛度極強,主要承擔(dān)水平荷載,鋼框架主要承擔(dān)豎向荷載,可以減小鋼構(gòu)件的截面尺寸。
  
  2. 輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點
  輕鋼建筑一般指承受相對較小的外加荷載,采用較小的構(gòu)件截面尺寸,結(jié)構(gòu)自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)。輕鋼住宅結(jié)構(gòu)是以經(jīng)濟型材構(gòu)件,包括冷彎型鋼,熱軋或焊接H 型鋼、T 型鋼,焊接成無縫鋼管及其組合構(gòu)件作為住宅承重骨架,以輕型墻體材料作為圍護結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。輕型墻體材料有壓型鋼板及其組合板材、PC 板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(ALC 板) 及稻草板等重量輕,保溫防火隔熱性能好、防火效果佳的輕質(zhì)材料。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)相比,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點有:(1)建筑空間布置靈活,能滿足不同住戶對住宅的多種功能要求;(2)采用材料輕質(zhì)高強、抗震性能好、安全性高;(3)可以實現(xiàn)住宅建設(shè)的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化;(4)施工方便快捷,建設(shè)周期短;(5)符合國家環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求;(6)綜合經(jīng)濟效益好。
  
  3.輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用
  在美國、日本、意大利、澳大利亞等國家和地區(qū),早己把鋼結(jié)構(gòu)用于住宅,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑則是一種常見的結(jié)構(gòu)體系。在美國普通的低層民用住宅中,采用輕鋼結(jié)構(gòu),特別是采用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于住宅建造所占的比例,從20世紀90年代初的5%己發(fā)展到現(xiàn)在的25%左右,且技術(shù)己經(jīng)成熟完善,例如典型的北美輕鋼住宅。北美鋼結(jié)構(gòu)低層住宅是一種輕型鋼骨結(jié)構(gòu)體系,一般為4層以內(nèi),也可以建造6-7層的房屋。
  我國輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究和應(yīng)用試用于20世紀90年代末,目前還處于研究和試點工程階段。目前全國已進行了大量的試點項目,例如:上,F(xiàn)代房產(chǎn)實業(yè)有限公司建造了幾萬?低層和高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅試點工程;1999年新疆庫爾勒建造了一幢8層錯列桁架體系鋼框架住宅樓;馬鞍山鋼鐵公司建成了2層的輕鋼試點工程,全部采用馬鋼生產(chǎn)的熱軋H型鋼;北京西三旗水電工程宿舍為6層H型鋼-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,壓型鋼板組合樓面,自承重砌體外墻,鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)加連系梁,防火為防火涂料加砂漿覆面;北京某綜合辦公樓為5層,局部6層,為輕鋼結(jié)構(gòu),用鋼量約55kg/?,按現(xiàn)行定額標準,其造價比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案略低;山東萊蕪鋼鐵股份公司在萊蕪鋼城建造H型鋼住宅樣板小區(qū)等。
  4.結(jié)語
  通過對輕鋼建筑結(jié)構(gòu)體系的研究和應(yīng)用表明,逐步開發(fā)輕鋼建筑,不但可以加快國家和城市的發(fā)展速度,還能提高建筑質(zhì)量和人們的居住水準,同時還促進了社會的可持續(xù)性發(fā)展,給社會帶來了良好的經(jīng)濟效益,這也是發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的重要意義。
  
  參考文獻:
  [1]王元清.輕鋼房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu),1999(6).
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  [3]侯兆欣.我國住宅鋼結(jié)構(gòu)體系推廣應(yīng)用中的幾個問題[J].施工技術(shù),2000.7.
  作者簡介:趙聰,女,遼寧省鞍山市人,研究方向:鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計及相關(guān)方面的研究。
  
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