浅谈轻钢龙骨结构住宅体系

2010-06-12宋延勇李元齐

山西建筑 2010年24期

宋延勇李元齐

1 概述

轻钢龙骨结构住宅体系是一种新型住宅体系,是指以密排(通常为400 mm～600 mm)的冷弯薄壁型钢构件为承重结构,然后用复合覆层包裹起来的冷弯薄壁型钢结构体系。轻钢龙骨结构住宅体系因其美观适用、健康环保、综合效益好等特性在世界各地都得以大量应用,目前已成为美国、日本、澳大利亚等发达国家住宅建筑的重要形式,并且其设计、制造和安装技术已经非常完善。我国目前钢铁产量逐年增加,国家用钢政策的转变也使其在我国得以迅猛发展,轻钢龙骨结构住宅体系在我国具有广阔的发展空间和应用前景。

2 轻钢龙骨结构住宅体系

图1给出了轻钢龙骨结构住宅体系的组成及构造。这种住宅体系以冷弯薄壁型钢密排柱(轻钢龙骨)为主要受力构件,主要由墙体立柱(立龙骨),天、地龙骨,托梁,支撑以及各种配套的扣件和加劲件组成,一般适用于两层或局部三层以下的独立或连排住宅。住宅单元长度不超过18 m,宽度不超过12 m,单层承重墙高度不超过3.3 m,檐口高度不超过9 m,屋面坡度宜在1/4～1/1范围内,常设地下室[1]。

轻钢龙骨结构住宅体系主要组成部分包括墙体体系、楼盖(屋盖)体系及围护结构体系。墙体体系由间距400 mm～600 mm的密排立柱(立龙骨)、拉条及墙面板组成,如图2所示。墙体的墙面板有石膏板、OSB板(结构定向刨花板)、胶合板、水泥纤维板及水泥胶合板等。楼盖体系由间距400 mm～600 mm的楼盖梁、楼面板和吊顶组成。楼面板材料同墙面板,有时楼面板上也铺一层轻质混凝土。屋盖体系主要由屋架、屋面板和吊顶组成。轻钢龙骨结构住宅体系的墙面板和楼面板与墙体立柱和楼盖梁牢固连接,形成了复合板结构体系或板肋结构体系。墙面板和楼面板不仅起围护作用,同时还对改善墙体和楼层的结构性能起到重要作用。这种复合板结构体系或板肋结构体系平面内刚度很大,能很好地承受竖向和水平荷载作用。

冷弯薄壁型钢构件截面形式有 U形、C形、Z形、π形、L形、管形等以及各种组合截面,其中,C形截面和U形截面为最常用的两种构件截面形式。C形截面多用于承重构件,U形截面多用作天、地龙骨等非承重构件。构件钢材多为Q235钢和Q345钢,构件厚度一般在0.45 mm～2.50 mm之间。冶炼技术和防腐技术的进步使得冷弯薄壁型钢构件不断向高强、超薄的方向发展。目前屈服强度为550 MPa的高强度钢材已用于轻钢龙骨结构住宅体系,而构件壁厚最薄已达到0.42 mm。

由于轻钢龙骨结构住宅体系构件壁薄难以施焊,紧固件连接成为该结构体系中最常用的连接方式。螺钉、自攻螺钉、射钉、拉铆钉、螺栓和扣件等都是轻钢龙骨结构住宅体系中常用的紧固件。其中,自攻螺钉连接施工便利、连接刚度好、承载能力高、外形美观,最为常用。

3 轻钢龙骨结构住宅体系的特点及发展

与混凝土结构、砌体结构等传统结构住宅体系相比,轻钢龙骨结构住宅体系具有一系列不可比拟的优点,在我国具有广阔的发展空间和应用前景。这主要表现在下述几个方面:

1)绿色环保,符合可持续发展理念。轻钢龙骨结构住宅体系采用各种新型建筑材料,防腐阻燃,居住环境健康卫生。其主要用材——钢材全部可以回收再利用,其他围护材料也大部分可以回收利用,且其拆除回收简单,不污染环境。另外,其施工为干作业,很少使用水泥、黏土砖、水等不环保材料和不可再生资源。轻钢龙骨结构住宅体系是可持续发展的绿色环保住宅体系,符合现代建筑的发展方向。

2)隔热、隔声性能好,能耗低。轻钢龙骨结构住宅体系的墙体体系承重构件间的空腔通常填充保温隔声材料,这使得其具有良好的保温隔声性能和较高的舒适度。敷设于墙体中的热工管道周围被保温隔热材料包裹,热量损失很少。这些都使得轻钢龙骨结构住宅体系在使用寿命周期内具有低能耗的特点。此外,轻钢龙骨结构住宅体系很少使用水泥、黏土砖等不可再生资源,不仅降低了生产过程中的能耗,而且节约了大量因烧制水泥、黏土砖而被破坏的大量耕地资源。

3)用钢量少。轻钢龙骨结构住宅体系用钢量一般在30 kg/m2左右,若采用澳大利亚G550等高强钢材,该结构体系的用钢量可降低到10 kg/m2左右,远远低于传统结构的用钢量。

4)推广轻钢龙骨结构住宅体系是提高我国建筑用钢量的重要突破口。我国近年来钢铁产量急增,国家制定了一系列推广使用钢结构的政策措施,提出“十五期间建筑钢结构的用量达到总钢产量的 3%,至2010年建筑钢结构的用量达到总钢产量的6%”的目标。轻钢龙骨结构住宅体系若能够在我国大面积推广,其产生的规模效应一定能够大大提高建筑业的用钢量。从这个意义上讲,大力推广轻钢龙骨结构住宅体系是提高我国建筑用钢量的重要突破口,这与单栋轻钢龙骨结构住宅用钢量少并不矛盾。

5)构件、板材等多在工厂制作,机械化、标准化程度高,质量易保证,其大规模推广有利于促进建筑科技进步,推动我国住宅产业化发展。

6)现场拼装简单,施工周期短,投资回报快,效益好。轻钢龙骨结构住宅体系构件小,且基本为干作业。现场仅需少数劳动力即可完成拼装,而不像传统住宅结构需要大型吊装机械、脚手架和模板等,拼装施工极为简单。同时施工工期与传统结构相比可以缩短40%[2],工期短使得资金回收快,综合效益好。

7)轻巧灵活,综合性能好。轻钢龙骨结构住宅体系墙壁楼板等结构构件占用空间小,管线可以通过对钢构件腹板开孔而敷设于墙体体系和楼板体系中,与传统住宅相比,同样建筑面积时使用面积大(一般可达总面积92%以上),楼层净空高。同时隔墙布置灵活,建筑空间可以不受传统结构承重墙上下对齐的限制,能够更好的满足首层大空间要求及灵活的空间层次要求。这些特点使得轻钢龙骨结构住宅体系比传统结构住宅体系能够更好的满足现代住宅市场及现代居住生活的需要。

8)自重轻,基础造价低,抗震性能好。轻钢龙骨结构住宅体系自重仅相当于传统混凝土结构的1/4～1/6[2],基础负担小,造价低,在软土地基中优势尤为明显。轻钢龙骨结构住宅体系优良的抗震性能在历次大地震中都得到了印证。

尽管轻钢龙骨结构住宅体系有诸多优点,但目前还有一些因素制约着其在我国的发展,如经济性不好,技术条件不成熟,消费者难以接受等。国内轻钢龙骨结构住宅体系的直接价格还无法低于传统住宅;相关技术标准、设计人员及设计软件等也相当匮乏;超薄、高强冷弯薄壁型钢的生产、冷弯薄壁型钢构件防火防腐、轻钢龙骨结构住宅体系配套围护结构,配套装饰材料的研发及生产方面也与发达国家存在着较大差距;住惯了混凝土、砌体等传统住宅的消费者接受轻钢龙骨结构住宅体系这一新鲜事物也需要一个过程。为在我国大力推广和发展轻钢龙骨结构住宅体系,我们必须要解决好这几个方面的问题。

尽管如此,轻钢龙骨结构住宅体系作为一个新型、绿色环保可持续发展的住宅体系正在我国得以迅速发展,其正逐渐改变着我国“秦砖汉瓦”一统天下的单一住宅格局和传统的住宅建筑建造模式。其应用可以节约土地资源,保护生态环境,符合国家发展循环经济、建设节约型社会的可持续发展战略,对促进建筑科技进步,推动我国住宅产业化发展具有重大意义。因此,轻钢龙骨结构住宅体系在我国具有广阔的发展空间和应用前景。