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摘要:随着我国新型住宅的开发和市场经济的发展,轻钢结构的应用越来越广泛。通过对轻钢住宅结构体系的研究,可以逐步开发和完善安全舒适、功能优越且成本低廉的轻钢住宅,提高住宅质量和人们的居住水平。
关键词:轻钢住宅结构体系;优点;应用
1、轻钢结构的概述
轻钢结构是指轻型钢结构建筑体系,一般是结构荷载比较小,结构杆件也比较小,构件壁厚比较薄的一类结构。轻钢结构是以热轧轻型H型钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主,以各类高效装饰连接材料为辅组装而成,能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。
2、轻钢结构住宅及其优点
轻钢结构住宅是以经济钢型材构件,包括冷弯型钢、热轧或焊接H型钢,T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件作为住宅承重骨架,以轻型墙体材料作为围护结构所构成。轻钢结构住宅体系主要包括以钢结构为主、钢木混合、钢木和混凝土混合结构三种。与传统的住宅结构相比,轻钢结构住宅优点有:
2.1抗震、抗风、高可靠性
钢材优良的物理、力学性能使得轻钢结构住宅具备了整体刚度大、构件强度高、结构自重轻的特点,在地震、飓风等罕遇灾害下的表现远远优于其它结构形式的住宅。对于软弱地基区域,钢结构住宅可以降低基础成本,并减少不均匀沉降发生的概率。钢结构体系可以精确设计分析,使钢结构住宅的结构可靠性优于砖混住宅。
2.2防腐、防火、耐久
钢结构住宅中耐腐蚀镀锌钢板的运用,大大增强了建筑主体结构的防腐性耐久性,合理的构造措施可以保证钢结构的防火性能;结构徐变、泛潮和遭受白蚁、老鼠等虫害的情况不会在钢结构住宅中出现。
2.3隔热、隔音、节能
轻型钢结构住宅复合墙体构造保证了房屋对隔热、防潮、隔音的需要。中空玻璃的使用使隔音指标达40加权分贝以上,除了大大减少噪音的污染,更能节省大量的能源。
2.4能“空间自由组合”的住宅
钢材的轻质、高强、钢结构的体系的灵活选用为住宅空间的组合提供了最大自由度。一方面钢结构可以提供超大共享空间,同时建筑师可以不拘泥于承重墙位置,根据设计需要自由布置各功能空间。
3、轻钢结构住宅的主要结构体系
从结构方面来讲,我国常用的轻钢结构体系有:纯框架结构体系、框支结构体系、框架剪力墙结构体系、错列桁架体系、钢一混凝土组合结构体系和轻钢龙骨结构体系。
3.1纯框架结构体系
纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。框架结构的平面布置灵活,可提供较大的室内空间,且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大的延性,自振周期较长,抗震性能好。但侧向刚度小,由于侧向位移大,易引起非结构构件的破坏,因此不宜建的太高。
3.2框支结构体系
纯框架在风、地震荷载作用下,侧移不符合要求时,可以采用带支撑的框架,即在框架体系中,沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构,能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度,可以明显减小建筑物的层间位移。
3.3框架剪力墙结构体系
在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系,这种结构以剪力墙作为抗侧力结构,平面布置灵活、使用方便,又有较大的刚度,可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积(如楼梯间、电梯间和卫生间)周围设置,就形成框架多筒体结构体系,这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度,成为主要的抗侧力构件,承担大部分水平荷载,钢框架主要承受竖向荷载。
3.4错列桁架体系
错列桁架体系是19世纪60年代中期,由麻省理工学院在美国钢铁公司的赞助下开发的一种结构体系。主要用于多、高层住宅中。目前,这类结构体系在国内应用较少。
3.5钢一混凝土组合结构体系
钢--混凝土组合结构体系是由钢管混凝土柱、钢骨混凝土梁、抗侧力支撑、双向轻钢密助组合楼盖和复合外墙板等构件组成的钢结构框架支撑结构体系。
3.6轻钢龙骨结构体系
轻钢龙骨结构体系主要用于低层住宅或别墅,可分为两类,一类为冷弯C型钢组成的龙骨体系,另一类以小型热轧型钢组成的龙骨结构体系。
4、轻型钢结构的应用
4.1围护结构
围护结构虽然对工程起着非常重要的保障作用,但是其从根本上讲,并不属于影响房屋主体结构的部分。因此,为了减轻多层房屋钢结构的自重,不给房屋增加额外的承载上的负担,所以设计人员在轻型房屋刚结构的围护结构的设计过程中会尽可能的采用轻质材料。一般情况下,多层房屋钢结构的外墙墙体采用的轻质填充材料有:空心砌块、加气混凝土以及压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体等,另外,也有很多房屋外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构,但是由于玻璃幕墙的成本较高,并不适用于普通的住宅小区进行推广。而轻钢结构房屋的内隔墙为了减重可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板,这些材料不仅能够减重,还可以起到一定的辅助支持作用,但是缺点是隔声和隔温效果不好,所以,目前也有一些房屋建筑中采用铝合金框玻璃作隔断,但是其局限同玻璃幕墙一样,并不适用于在住宅建筑中大范围的推广和使用。
4.2防火和防腐措施
我国的钢结构的防火主要采用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层三种方法进行。对于房屋中必须外露的钢结构构件,如楼梯等,大多采用涂料和漆料涂刷的方式进行防火,一般情况下采用10~40mm厚的涂料,其耐火极限可达一点五至三个小时,而如果采用发泡漆进行防护,其耐火基线时间为一般只有半个小时,所以如无特殊建筑要求,一般推荐采用防火涂料的方式。对房屋建筑中一些不外漏的相对来讲隐藏于结构内部的构件的防火,采用珍珠岩和蛭石防火喷涂或防火板是最为经济有效的方法,一般情况下30~40mm厚的喷涂可实现一个半小时的耐火极限,与此同时,该喷涂材料还有一定的防腐能力,可以作为一种日常维护。另外,暴露于外的钢构件的防火一般采用耐腐蚀涂料或油漆防腐进行,通常情况下,要涂刷两次,因为耐腐蚀涂料由底漆和面漆两个部分组成,单独涂刷底漆或者面漆无法达到良好的防腐和防火效果。值得注意的是,目前市面上的普通防腐涂料的有效期一般为十年至二十年左右,所以有关部门要做好备案,以便在材料过期和失效时能够及时的重新涂刷。镀锌压型钢板的防火措施,主要以涂刷有机涂料为主,因为其本身具有一定防腐能力,在用于楼盖时可借助于防火涂料解决防腐问题,所以涂刷涂料主要目的在于增加其耐久年限。
结语:轻钢住宅体系是一个综合复杂的技术系统,除结构本身外,还涉及到墙体材料、屋面保温防水材料、橱卫设备和管线系统等其它配套体系。只有采用适合轻钢结构的配套体系,才能最充分地发挥轻钢住宅的优势,造福于民。