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輕鋼龍骨鋼結構體系在住宅中的實際應用

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]


    一、前言 隨著我國住宅產業化進程的加快，裝配式住宅，特別是裝配式鋼結構住宅正在成為熱點。在各種輕鋼結構住宅體系中，應該說鍍鋅輕鋼龍骨結構體系是目前引進國外鋼結構住宅技術比較成熟的體系之一。從鋼結構住宅發展的歷史上看，美國是開發和應用這種技術比較早的國家。追蹤其技術的源頭，加拿大、澳大利亞、日本等國家的鋼結構技術大都吸取了美國的經驗。我國編寫的有關鋼結構住宅規范，也主要是參考美國鋼結構協會有關規范起草的。

    對于鋼結構住宅的應用，盡管建設部在努力向全國推廣，但大部分住宅發展商及用戶仍然對此持觀望態度。國內一些大發展商也安排自己的專業技術人員進行應用研究。由于對這種在國際上并不是太新的通用技術過于陌生，許多應用研究仍停留在計劃上。筆者在此以通俗易懂的方法，從幾個方面介紹輕鋼龍骨結構體系在民用住宅方面的應用，希望能對有意從事鋼結構住宅設計及制造的人們有所幫助。

    二、輕鋼龍骨結構的墻板承重體系

    鍍鋅輕鋼龍骨在以往的工程應用中主要是來做分隔墻及天花吊頂，并非用于承重結構。輕鋼龍骨結構住宅是通過鋼龍骨與工程板協同作用來承受各種荷載，我們簡稱之為"板肋結構體系"。這種結構體系可把建筑物的荷載均勻分散，把局部集中荷載減少到最低程度。承重龍骨的間距一般為400毫米，墻體龍骨厚度一般僅為100-150毫米，樓板及屋面龍骨厚度為150-300毫米。這樣的墻體和樓板厚度的空間可布置住宅所需要的任何管網。在美國的這種結構體系中，可根據住宅不同的荷載數據在手冊中查出不同荷載所應采用的龍骨截面尺寸及鋼材等級，使結構計算變得非常簡捷方便。

    由于這種"板肋結構體系"承載特性，我們可以在建筑設計中更少地考慮結構因素，使空間設計盡可能滿足使用功能，立面設計也更加豐富多彩。

    三、輕鋼龍骨結構體系住宅主要采用的材料

    這里主要介紹輕鋼龍骨結構體系結構部分的主要用材，其他部分的材料應與類似的裝配式住宅大同小異。許多人對裝配式建筑用材有很大的誤解，認為采用了許多特殊材料。實際上，所有的建材我們都能在國內采購到。

    1、鍍鋅輕鋼龍骨

    用我國各鋼廠現在生產的鍍鋅鋼板，現有國內的輕鋼龍骨廠完全有能力生產輕鋼龍骨體系住宅所采用的龍骨。一條完整的生產線大約需人民幣20萬左右，國產的生產線完全可達到有關的技術要求。作為永久性房屋構件，鍍鋅鋼板的鍍鋅指標應選用200-275克/平方米。

    2、工程板

    工程板與鋼龍骨的結合才形成了板肋結構。工程板主要是與龍骨連接的OSB板(定向刨花板或防水膠合板)、石膏板。OSB板是經過防腐防水處理的，厚度一般為9-18毫米。我國曾有幾家廠生產過類似的產品，但因各種原因都已停產。OSB板目前主要從北美進口。

    中國在加入世貿組織后，OSB板的價格已非常便宜。我們也可以用國產膠合板來替代OSB板。從板的某些力學指標來看，防水膠合板還要優于OSB板的性能。石膏板的選擇余地很大，國內有多種品牌可選擇。住宅的衛生間及廚房一般采用防潮石膏板。石膏板的厚度，在墻面上采用9-12毫米，天花板一般采用12-15毫米。這幾年我國石膏板及其相關產品已完全達到國際水準，為我國產業化住宅的推廣提供了非常方便的條件。

    3、保溫隔熱隔音材料

    保溫隔音材料一般采用玻纖棉產品。我國目前已有許多廠家可生產這種保溫材料。在北方地區，為解決冷橋問題一般還要采用泡沫擠塑板釘于外墻，以加強鋼龍骨與外界環境的分隔。這種泡沫擠塑板目前也用于其他建筑結構體系的保溫隔熱處理。

    4、墻體及屋面的防水材料

    輕鋼龍骨住宅的防水材料主要用于外墻、屋面部位。墻體采用一種能單向透氣透水的建筑紙(BUILDING PAPER)或其他優質防水卷材。屋面及門窗套一般采用厚度為2毫米左右的改性瀝青卷材SBS。外墻如需要水泥基底構造，則需在防水卷材上釘鐵絲網，之后抹水泥砂漿基底。有了水泥砂漿基底外墻可粘貼任何裝飾材料。屋面的SBS卷材釘好后，可采用各種屋面瓦來完成屋面的構造，如多彩瓦、英紅瓦、西班牙瓦、日本瓦、彩鋼瓦等。

    四、輕鋼龍骨住宅的施工安裝

    1、基礎施工

    基礎一般采用鋼筋混凝土條型基礎。由于鋼結構住宅的重量只有鋼筋混凝土結構住宅的1/4-1/6，基礎處理比較簡單。鋼結構與混凝土基礎的連接是采用Φ10-Φ12地角螺栓沿承重墻預埋，間距一般為1.2-1.5米。考慮到房屋抗震抗風的要求，在房屋的轉角處還要預埋鍍鋅扁鐵與鋼結構連接。其抵抗水平力的作用非常象磚混結構中的構造柱。

    2、鋼結構構件的工廠預制

    根據設計圖，工程師須先提出鋼龍骨加工料單。所有的龍骨均由U型和C型斷面組成，只是斷面與長度尺寸的不同。龍骨廠在龍骨制做完成之后，房屋的主體結構一般有以下三種形式裝配。

    第一種情況：所有龍骨及構件均運到施工現場安裝。這種情況比較適合于較復雜的房型及規模不大的工程。其特點是方便靈活，許多設計及施工中的問題均可在施工現場解決。

    第二種情況：主要大型構件如屋架、大梁、部分墻體先由組裝廠預制好再運到施工現場吊裝。

    第三種情況：房屋的墻體(含門窗)、樓板、屋面等均在組裝廠安裝完畢，甚至水電系統也進行初步的安裝到位。然后把這種接近成品的房屋構件運到施工現場組裝。

    第一、 第二種情況房屋主體結構的安裝一般需要20-30天，而第三種情況只需7-10天。第三種情況已使房屋的建造達到了較高的工業化水準，具備了規模化生產的條件。在美國這種做法多用于規模較大的經濟型住宅。目前我國采用的主要是第一、第二種情況。

    3、鋼龍骨構件的連接

    龍骨與龍骨、龍骨與工程板的連接均采用高強自攻螺釘連接。前面已提到了龍骨與混凝土基礎的連接方法。在局部采用輕鋼龍骨結構的其他住宅結構體系中，龍骨與混凝土、龍骨與大型鋼構件的連接采用強力射釘連接。目前市場上可采購到的射釘槍，可以射穿6毫米厚的鋼板。實際上輕鋼龍骨的這種連接方式是非常簡便的。每一個連接節點在構造上都有明確的規定，使現場工程檢驗也非常方便。

    4、現場組裝的主要步驟

    輕鋼龍骨構件運到施工現場后，現場工程師要先根據設計圖在基礎上放線，之后主要施工步驟如下：墻底U型龍骨與地角螺栓連接??＞龍骨墻安裝(含門窗過梁)??＞樓面龍骨安裝??＞垂直度、水平度校核??＞封樓面工程板??＞做二層龍骨墻體(含門窗過梁)??＞三層樓面或天花龍骨安裝??＞屋架安裝??＞整體垂直度、水平度校核??＞封外墻和屋面工程板。

    五、輕鋼龍骨結構體系在民用住宅中的應用范圍

    在住宅應用上可分以下幾種形式：

    1、純輕鋼龍骨結構

    所有構件均由輕鋼龍骨構成。由龍骨做的梁(梁高300毫米)，最大跨度可達9米左右，由龍骨和工程板所制作的樓板跨度可達7米左右。這種體系主要適用于低層住宅。由于目前這種體系的住宅成本較高，主要在高檔住宅上得到了比較廣泛的應用。但隨著我國鋼材及工程板材價格的不斷下降，我們相信在不久的將來我國農村的住宅建造也最終會放棄延用了幾千年的秦磚漢瓦，轉而采用這種新材料、新工藝的裝配式住宅。

    2、型鋼與輕鋼龍骨結合的結構體系

    在跨度比較大、集中荷載也比較大的結構中，采用型鋼(或H型鋼)與輕鋼龍骨結合的體系可以獲得更好的技術經濟效果。這里有兩種情況，一種是以輕鋼龍骨為主，局部采用型鋼；另一種是以型鋼為承重框架，輕鋼龍骨作為維護墻及分隔墻。這種體系比較適合用于多層住宅。

    3、鋼筋混凝土結構與輕鋼龍骨結合體系

    從當前的市場情況來看，對于輕鋼龍骨結構作為輔助結構，應用于現有的住宅結構體系之中，也許有著更多的現實意義。最常用的例子是在鋼筋混凝土結構住宅上面建造鋼結構坡屋頂。不少城市現在正提倡坡屋頂運動。從坡屋頂建筑的歷史源頭來分析，它本身就是用鋼結構或木結構做成的。我們現在的設計師卻硬要用沉重的鋼筋混凝土去造坡屋面。這種做法不論在技術上還是經濟上都是不合理的。

    對于以鋼筋混凝土結構為主體的住宅也同樣可以把局部房間或樓層做成輕鋼結構。筆者曾參加了深圳某高層鋼筋混凝土結構住宅的局部鋼樓層的設計及建造。在一套二房二廳、建筑面積為80平方的戶型中，設計了4.5米的層高。我們把4.5米層高的廳保留，把臥室部分用鋼結構加隔成兩層。這一下子就使原本二房二廳變成了四房二廳，使用面積增加了近50平方米，而這部分鋼結構的單位造價僅為400元/平方米左右。這樣一來使發展商、用戶都得到了比較滿意的結果。

    從以上分析我們發現，推廣鋼結構住宅不應是簡單地去想如何用鋼材去造住宅，有時還要考慮鋼結構技術如何合理的應用并得到市場的認可，這才是我們推動鋼結構住宅發展的正確思想。因此我們建議，采用鋼筋混凝土結構作為承重體系，采用輕鋼龍骨作為維護墻、內隔墻及屋頂結構體系建造住宅。由于墻體及屋頂的改進，整個建筑物的科技含量大大提高，建筑物的自重也會大大減輕。加之使用面積的增大、建造速度的快捷等，那么它的綜合成本會非常接近普通的結構體系，甚至可能會做到更經濟。



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