从安徽桐城别墅钢结构样板房看农村轻型钢结构住宅机遇和挑战

袁　敏

（1.合肥工业大学；2.安徽工业经济职业技术学院，安徽　合肥　230051）

从安徽桐城别墅钢结构样板房看农村轻型钢结构住宅机遇和挑战

袁敏1,2

（1.合肥工业大学；2.安徽工业经济职业技术学院，安徽合肥230051）

随着社会经济的发展，人民生活水平的提高和全面建设小康社会的推进，农村村民对居住条件和居住环境提出了更高的要求，轻型钢结构住宅迎来了在农村发展的机遇.

轻型钢结构；住宅；机遇和挑战

新中国成立以来，我国的村镇建设事业的发展历程是曲折的.在我国农业生产迅速恢复和发展的前提条件下，广大农民的住房条件有了一定的改善，全国农村改造一些旧房，并且同时也新建了一大批新房.部分生产发展速度比较快、经济条件比较好的地方，还陆续完成了一批村镇新村的建设.如上海嘉定县、河南新乡县、江苏江阴市以及浙江肖山市等.虽然大部分农民的居住条件在不同程度上得到了一定的改善，但是在全国范围内像这样的地区还是比较少的，村镇的居住条件和城市还是有比较大的差距的.同时还有人均居住面积较小，居住环境脏乱差,基础设施缺乏,住房私搭乱盖没有合理规划布局等突出问题［1］.

随着广大农民我国经济的快速发展，广大农民收入的不断增长,农民对住房条件的要求不断提高，对房屋建筑的能源消耗也同时发生了很大的变化［2］.改革开放以后，我国农村能源消费结构不合理，能源特别是商品能生产发展速度远远不能满足人民的需求，再加上农村技术方面不过关，能源生产方式落后，利用效率低，从而导致资源浪费严重.我国资源本来就相对不足，对于上述问题必须高度重视.由于农村经济形势的好转和人民文化程度的提高，我国农村也不再单一的采用生物能，很多的选择使用商品能源，广大农村也开始广泛使用空调采暖，消耗商品能越来越多，越来越快，为了更好的节省能源和改善农民生活质量，推广农村建筑节能和合理用能势在必行［3］.我国农村的特点是人口多、面积广，消耗能源多，我国建筑节能工作中农村住宅节能是一个相当重要环节.深入了解农村生活对能源消耗的实际情况，结合实际制定出有效合理的农村建筑节能相应措施，鼓励农民节能环保，更好的促进我国整体建筑节能的发展，开创新农村节能减耗新篇章，对我国可持续发展的基本战略影响深远［4］.

随着社会的进步，农村经济快速发展，农民收入日益增加,农村房屋住宅也进入了一个大刀阔斧建设的新时期.农民生活水平不断提高的同时，农民对于房屋住宅要求也相应提高，对于能源消费也不再是以往单一的生物能源了.和城市建筑相比，我国农村民用建筑商品用能总量要高，单位面积的商品能耗量也要高.我国大力开展新农村建设，增加农民收入，进一步提高农民生活水平，满足农民对于日益提高的房屋住宅条件的要求，完善基础设施，而能源消耗问题日益突出为了更好的建设新农村，解决农村建筑节能问题成了当务之急［5］.因此，我国农村的建设必须要改变能源消费模式，加强能源消费管理,引导农村节能减耗，提高能源利用效率，建立资源节约型农村经济.基于我国农村现状，轻型钢结构住宅适用于底层或多层建筑，它是由轻质材料组成，工厂化生产，现场组装的轻型房屋建筑，具有设计施工一体化的特点.

轻型钢结构住宅有以下优点：（1）抗震性能优于钢筋混凝土结构.混凝土延性较差，属于脆性材料，而钢材的延展性较好，在地震的作用下能减轻地震反应，属于较理想的弹塑性材料，具有抵抗地震的变形能力；（2）自重轻.钢结构体系轻质高强，可减轻建筑结构自重30%，大大降低基础的造价；（3）可增加使用面积.与传统的结构相比，可以更好地满足大开间、灵活分割的要求，且钢结构的柱截面小，墙体厚度也较小，可增加使用面积3%～5%.（4）施工速度快.钢结构可采用工业化生产方式，实现构件的工厂预制和现场装配化施工，实现技术集成化，施工周期短.（5）环保型建筑，可再生利用.与钢结构配套的轻质墙板、复合楼板等新型材料，符合建筑节能和环保的要求，可以达到节能50%的目标，极大地节约了我国相对人均短缺的能源利用，符合环保建筑的要求.钢结构住宅现场湿作业少，而且钢材本身可再生.我国是钢产量大国，推广建筑用钢意义重大.从2000年开始，粘土砖被禁用，建筑节能和建筑资源的可持续发展等问题被提上日程.如果能促进住宅建筑用钢，对建筑行业发展将会起到重要的推动作用.开发和应用轻型钢结构住宅对于消化钢材和水泥，带动建筑、冶金、建材、化工等一大批跨部门、跨行业企业的发展也有着重要意义.此外，由于轻型钢结构住宅通用的轻型钢框架结构体系具有充分的灵活性、可改性和安全性，有利于保证现代居住生活的需要，适应现代住宅市场的需求.另外，轻质墙体、轻质楼面、轻质屋面建筑体系所组成的轻型节能房屋建筑对抗震有利，适合建造多层结构.冷弯薄壁型钢结构体系和H型钢结构体系能与我国现行的规范体系保持一致，满足抗震要求，是一种符合中国国情的轻型钢结构住宅体系.

1　工程概况

新型城镇住宅—安徽桐城别墅钢结构样板房（如图1所示）

（1）该项目地上2层；层高：3.4m+3.2m，建筑总高度8.8m，总建筑面积：249㎡，现场有效安装时间为18天；

（2）抗震设防烈度：7度，设计使用年限50年.

（3）本样板房采用轻钢装配式结构体系.

图1　安徽桐城别墅钢结构样板房

表1　轻钢解决方案

1.1结构体系

本工程采用轻钢装配式结构体系，其主要材料是由热镀锌钢带经冷轧技术合成的轻钢龙骨，经过精确的计算加上辅件的支持与结合，起到合理的承载力.主梁与柱刚接，立柱和屋梁采用H型钢，加工成方形钢管，檩条为槽钢，结构面采用钢筋桁架楼承板.本工程是以ISLP承重墙结构系统作为承重结构，通过条形基础、钢筋桁架混凝土楼面及HL轻质绝热屋顶系统组合形成牢固的结构框架，配以HL彩钢集水系统、内外装饰系统、节能门窗及电力设施，最终成为轻钢住宅体系，轻钢解决方案如表1所示.施工除了基础采用现场浇筑，其余都采用干作业施工.

1.2墙体

墙体设计是钢结构住宅建筑设计的重点之一，其设计应满足住宅建筑的功能和性能要求，并与主体结构同寿命.本工程采用轻钢龙骨复合墙体，外墙的轻钢龙骨采用小方钢管桁架结构，聚氨酯复合材料外包覆盖主体钢结构，即轻质隔墙板+龙骨+聚氨酯保温装饰一体板（如图2所示）.聚氨酯保温装饰一体板具有良好的保温、隔热、隔音效果，并且聚氨酯不助燃，符合消防安全，上下板加聚氨酯的共同作用，具有很高的强度和刚度，下层板光滑平整，线条明朗，增加室内的美观度和平整度.安装方便，工期短，美观，是一种新型的建筑材料.内墙采用复合墙板和硅酸钙板保护（如图3所示）.

图2　外墙做法

图3　内墙做法

1.3楼板和屋面板

楼板采用钢筋桁架楼承版，钢筋桁架楼承板将楼板中的钢筋在工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌压型钢板焊接成一体的组合楼板.钢桁架楼承板的施工过程如下：

楼承板的铺设→边模安装→剪力钉安装→管线铺设→混凝土灌注→钢筋桁架楼承板

在施工阶段，钢筋桁架楼承板可承受施工荷载，直接铺设到梁上，进行简单的钢筋工程便可浇筑混凝土.由于完全替代了模板功能，减少了模板架设和拆卸工程，大大提高了楼板施工效率.然后在其上做水泥砂浆找平层，保温层.楼面采用C15细石混凝土垫层，刷素水泥浆结合层，铺面砖（如图4所示）.

图4　楼板做法

本工程采用薄壁型钢制成的桁架和檩条作为屋架的承重结构（如图5所示）.

图5　轻钢屋架做法

屋面属于建筑外围体系，它的围护作用和立面造型作用对整个建筑而言至关重要.屋面不仅满足功能性要求，还应有保温、隔热、隔声、防火和密闭性功能，同时具有一定的装饰性.轻钢结构住宅屋面系统是由屋架、结构OSB面板、防水层、轻型屋面瓦（金属或沥青瓦）组成的（如图6所示）.轻型钢结构屋面主要选用彩色压型板或夹芯板.檩条为自重较轻的薄壁C型和Z型钢檩条，屋面坡度设计一般为1/10～1/15，屋面并设有集水系统.钢结构体系建筑屋面板在屋面上有长向连接和侧向连接两种.长向连接主要是搭接，即上坡版压下坡版，搭接处设置专用防水密封胶加固定专用压条，而侧向连接方式主要采用搭接连接、暗扣式连接、咬合暗扣式连接.不宜采用自攻螺钉连接.

图6　屋面做法

从安徽桐城钢结构住宅样板房案例来看，轻型钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础.将样板房逐步推向市场是今后的发展趋势.本工程采用轻钢装配式结构体系，实现了大开间，大空间，自由分割.整个施工过程采用干作业施工，真正实现了绿色智能建筑.外墙采用聚氨酯外墙保温装饰一体板，由于这种泡沫聚合体具有独立的密闭细胞结构和高闭孔率，发泡体细胞细微均匀、隔热性能良好、耐火焰阻燃性能优，因而在隔热性能、耐水透湿性、接着性、抗压性、抗曲性高，阻燃性和冷缩率等方面呈现出优良的品质.内墙采用轻质高效的保温材料—复合墙板，通过调整复合板的厚度，可以达到70%的建筑节能.楼面采用钢筋桁架楼承板.轻钢别墅屋面系统是由屋架、结构OSB面板、防水层、轻型屋面瓦（金属或沥青瓦）组成的.

2　从安徽桐城别墅钢结构样板房看对发展低层钢结构装配式建筑的探索及思路

农村住宅建筑市场非常巨大，对钢结构建筑是个很大的机遇，但是由于农村建筑市场的特殊性，对能否顺利进入是个巨大的挑战，完全按照传统的思路发展显然是行不通的，必须要打破常规，探索一条适合钢结构住宅的发展之路［6］.

2.1发展低层钢结构装配式建筑必须实行结构标准化

我们可以根据不同的需要确定若干个标准模块，比如5000*4000*3000MM的模块便能满足大多数住宅的需求，我们分别对一个模块及多个（X个）模块组合在一起的建筑物进行结构验算，以尽可能统一梁柱规格为原则，设计出同时满足1-X个模块组合的梁柱结构.这个模块就是个标准模块，实际应用时可以在1-X个模块之间任意组合.同时根据结构计算原理，在一定范围内改小建筑平面尺寸，结构上是允许的，这样就能满足不同平面的需要.所以标准模块可以解决生产、安装、设计标准化问题，降低生产、运输、安装成本，梁柱结构可以作为标准品来备货.

2.2通过钢结构的大跨度、大空间、自由分隔来实现建筑平面的个性化

钢结构的大跨度、大空间为个性化需求创造了良好的条件，新型轻质高强墙体材料的应用，为自由分隔创造了可能，可以比传统建筑设计出更多的建筑平面，最大限度地满足消费者的个性化需求.

2.3通过屋盖系统及外墙装饰系统的改变来解决外立面个性化问题

装配式建筑中主体结构与屋盖系统是单独两个系统，质轻高强的屋盖作为装饰物来考虑，我们把它理解为“帽子”，只要满足主体承重的屋盖都可以在建筑物上使用.建筑主体可以与不同的屋盖系统互换，外墙装饰系统也能实现不同建筑之间互换，还有众多的标准部件（如标准阳台、标准门斗，标准露台等）可以选择，产生众多的排列组合.

2.4将低层装配式钢结构建筑定位成一个特殊产品，解决小而散的小型建筑的设计问题.

把标准模块、屋盖、外墙装饰、阳台、门斗、雨篷等做成标准产品，建筑本身看作是标准产品的组合，由生产企业出产品合格证及质量保证、维修职责等，才能解决农村建筑的设计及监管问题.

2.5消费者参与设计的互联网建筑

将低层装配式建筑定位于互联网建筑，让消费者可以在一定范围内自己参与设计，并能通过建模系统即时看到未来建筑的效果图，提高广大消费者对新型建筑的认知度，并能通过网络即时下单.通过互联网系统，增加新型建筑的影响力及便利性.

3　结论

农村建筑受到经济条件的限制，没有专业的规划设计，造成农村住宅不安全不规范不节能不配套［7］.结构设计不合理，具有一定的随意性和盲目性；建筑材料质量监控是一个盲区.要想解决农村现有住宅诸多问题，安徽桐城别墅钢结构样板房是我国农村住宅借鉴的榜样，农村钢结构住宅也将朝着安全实用、绿色环保、节能舒适、造价合理等方面发展.

〔1〕阎兴华，周娟华，郎义勇.浅析钢结构住宅的结构体系［J］.北京建筑工程学院学报，2004，20（2）：6-10.

〔2〕刘文立，郭玉钢.结构住宅建筑发展及结构体系分析［J］.建筑科技，2009，40（2）：172-174.

〔3〕李朝辉，雷宏刚.钢结构住宅中常用楼盖体系分析［J］.科学之友，2008（4）：147-148.

〔4〕阎兴华，郎义勇，周娟华.钢结构住宅楼盖系统的现状、发展及革新［J］.北京建筑工程学院学报，2004，20（1）：13-17.

〔5〕曲成平，卢文静.多层型钢钢结构住宅的性能分析［J］.建筑技术，2005，36（7）：546-547.

〔6〕中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ209-2010.轻型钢结构住宅技术规范［M］..北京.中国建筑工业出版社，2010.

〔7〕张茵，蓝江平.住宅建筑设计［M］.武汉.华中科技大学出版社，2013.

TU391

A

1673-260X（2016）09-0132-04

2016-04-18

安徽省一般自然科学研究项目（2016zr04）