北方农村轻钢结构建筑应用研究

崔路苗(长治职业技术学院, 山西长治 046000)

北方农村轻钢结构建筑应用研究

崔路苗
(长治职业技术学院, 山西长治 046000)

文章通过分析研究钢结构技术和传统木结构的技术相关性，探讨了轻钢结构技术在北方农村住宅建设中的应用可行性。

轻钢结构技术；农村住宅；可行性分析

建筑应当是对生活的真实反映。目前北方农村新农村建设问题比较多，最突出的是安全问题。其建筑结构形式仍然以砖混或砖石或砖木结构为主，多数房屋没有考虑抗震问题，一旦遭遇地震，后果将不堪设想，但考虑抗震，务必会增加建造成本。而且从农村住宅建筑的全生命周期来看，初期建造湿作业多，污染大，施工周期长，劳动强度大，但使用周期却短，翻盖的周期大约是二十至三十年不等，造成大量能源浪费和生成大量建筑垃圾无法处理，污染自然环境 。而黏土砖的限制使用迫使传统建筑形式需要更符合现状的建筑形式代替。1973年，E·F·舒马赫[1]首次提出了适宜性技术，它指的是能适应本地区实际条件并发挥最大效益的技术，这一技术也得到了大力推崇。从目前情况来看，北方农村经济相对落后，如果能立足于现实，在各项环境因素允许的情况下，通过用高新技术改善原有的传统技术来提高建筑的质量是一条可行的解决方案。

1 低层轻钢结构住宅介绍

曾有日本学者在《可持续性住宅建设》这本书中就提出了关于资源循环型住宅的概念。所谓资源循环型住宅，指的是考虑实现住宅的整个使用周期内的长持久性、资源的高重复使用性；能源的低消耗率性和能源的充分利用性的住宅体现。以这个为思想基础被称作“SI”[2]的新型开放住宅，最早出现在荷兰，后期在日本建筑界得到了广泛的应用。其中S为支撑体，而I为填充体，两者的有效分离体系，既满足了承重结构的长寿命耐久性，也满足了房屋内部填充体可以多次改造的需求，更全面地考虑了建筑住宅的长久性和可变性。这个建筑思想和我国传统的木骨架承重结构很相似，但是我国是个木资源匮乏的国家，传统的木骨架承重体系已不符合我国的建筑建设现状，而轻钢结构形式的出现无疑给农村的建筑设计提供了更好的选择。轻钢结构住宅和传统的木结构住宅相比：不同之处在于轻钢结构的承重骨架是由轻钢构件组成，代替了原来的木制承重构件，而其他的外围护结构、内分隔结构以及屋面结构则大同小异；居住的便利性和舒适性接近于传统住宅，容易达到居住者的要求。

轻钢结构在欧美发达国家技术已经很成熟，且被认为是适用于低层建筑的绿色结构体系。相对于钢筋混凝土结构、砖混结构技术等传统技术，它的优势主要体现在以下方面：(1)结构自重轻，对地基要求低，降低基础的工程造价；(2)构件成品化，质量可靠，施工装配化，效率高；(3)可以有效抗击地震、白蚁等自然灾害；(4)建造方式方便农民掌握，对于协力造屋的农村具有一定的适用性。因此，轻钢结构可能会成为目前北方农村住宅高能耗结构的有效替代结构。

2 轻钢结构在北方农村住宅建设中的应用可行性

2.1 轻钢结构技术应用于北方农村的可实现性分析

北方地区气候干燥少雨，地震灾害时有发生，采用轻钢结构具有很大优势，外围护结构及内部分隔材料则可以就地取材以降低工程造价。目前，钢结构住宅技术在中国农村实际推广肯定会遇到很多问题，最主要的问题是解决轻钢结构住宅技术在农村实际运用的操作性问题[3]，主要涉及以下方面：

2.1.1 建筑平面规划和建筑造型设计

轻钢结构住宅的设计和施工主要考虑两部分：“支撑体”部分通常由专业设计人员根据计算确定，是住宅的承重结构；而“内部填充”部分主要根据居住者的要求，由专业人员设计实现，通常是指住宅的平面布置，它可以根据功能需要的变化而更新改造，住宅的灵活性和多样化得到了改善。其外立面建筑造型设计要能体现当地农村的地域性特点，符合当地农村传统习惯和风俗，同时也能满足当代农民对现代城市生活方式的追求和向往。

2.1.2 结构构造设计

农村轻钢结构住宅的结构设计形式和传统木结构框架形式类似，采用钢梁柱代替传统的木梁柱承重骨架。而对于轻钢结构，我国目前已出版了大量关于设计、施工、验收等方面的相关规范、规程和行业标准及图集等，如《钢结构设计规范》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《钢结构结构施工质量验收规范》、《钢结构防火涂料通用技术条件》、《轻型房屋钢结构技术规程》、《钢结构住宅建筑设计技术规程》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》、《钢结构制作安装施工规程》等等，为轻钢结构住宅建筑的应用奠定了必要的技术支撑。同时一些专用的设计分析软件如ANSYS、PKPM等满足了当前轻钢结构住宅建筑的设计和分析的需要。从施工方面，近年来国内的钢结构企业迅速发展，锻炼培养出了大量的施工技术人员，这些都为北方农村发展钢结构住宅提供了充足的技术力量。

2.2 轻钢结构建筑功能使用和维护技术条件分析

北方农村属于寒冷地区，节能降耗有着更为重大的意义。如轻钢结构为承重框架、生土砖作为墙体围护结构，预制空心楼板、轻钢瓦屋面组合的建造形式就是高新技术与传统技术的有效结合。生土砖通常由黏土、草、水、粉煤灰等附加材料混合制作而成，取材方便，制作简单。作为围护结构可营造较好的室内热环境和调节室内温湿度，同时生土墙能满足建筑的防火、隔音、防腐蚀等要求。生土砖-钢框架结构的施工周期较短，可节省一部分人工费用，而且，钢结构生土建筑废弃后，钢材和生土砖墙体均可回收利用，也符合国家提倡的可持续发展的要求。而关于生土墙作为围护结构的抗震问题可以通过合理的构造连接[4]来解决：一种方法是可以在墙体与柱壁连接处设置角钢、铁钉等构造件，间距为300 mm；另外一种方法是通过在钢柱两侧焊接钢丝网片来保证二者的协同工作。

2.3 在经济效益方面

一直以来，人们认为轻钢结构住宅成本比较高而不适合广大农村地区，这只是把工程造价作为唯一评价依据得出的结论，如果从住宅的全寿命周期看，轻钢结构住宅的潜在优势也很明显。首先，根据国家现有的房屋使用年限标准，钢结构建筑的使用年限最长为80 a,砖木结为30 a,钢筋混凝土结构为50 a，比较而言，轻钢结构使用年限时间更长。其次，轻钢结构住宅达到使用年限或废弃不用时，钢结构能够再回收利用，可以回收部分建造费用。最后，轻钢结构住宅的有效使用面积大，承重和填充体分离，可以避免传统频繁的拆盖，改造空间大，节省重复建设费用。

3 结束语

本文主要分析研究了北方农村推广轻钢结构住宅的技术可行性和市场可行性。轻钢和生土墙的结合，也是农村建筑从承重结构到围护结构实现绿色环保目标成为可能，目前与轻钢结构体系相配套的技术手段也已经成熟。在市场可行性方面，北方广大农村地区经济收入日益增长，城镇化进程加快，钢产量过剩，因此，目前在北方地区大规模地推广轻钢结构住宅的时机已经成熟。

[1] 江冰.低层轻钢结构住宅体系的研究及其应用前景[D].合肥工业大学，2006.

[2] 李森子.SI体系下资源循环住宅设计方法的本土化研究——以北方地区为例[D].大连理工大学，2015.

[3] 张建新,刘雁.钢结构技术应用于农村住宅的建筑设计研究[J].扬州大学学报，2004(5).

[4] 吴元莅.带土坯墙低层住宅钢框架结构体系抗侧力性能的理论研究与在农村住宅中的应用[D].西安建筑科技大学，2011.

崔路苗(1978～)，女，硕士研究生，讲师，国家一级注册结构师，研究方向为工程抗震与防灾减灾。

TU392.5

B

[定稿日期]2016-11-01