淺析輕鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及其應(yīng)用 輕鋼結(jié)構(gòu)體系
發(fā)布時(shí)間:2020-02-15 來(lái)源: 歷史回眸 點(diǎn)擊:
本文介紹了輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)體系及其優(yōu)點(diǎn),并對(duì)目前的應(yīng)用情況作了簡(jiǎn)述,提出了發(fā)展輕鋼建筑的必要性。 改革開放以來(lái),隨著我國(guó)鋼建技術(shù)的不斷成熟,質(zhì)量的逐步穩(wěn)定。輕鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,它是以輕型高效鋼材和輕質(zhì)高效隔熱維護(hù)材料組裝而成的,居住舒適,美觀潔凈、適用性能強(qiáng)的全裝配低層和多層鋼結(jié)構(gòu)建筑。從輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的研究資料上分析,其建筑物的重量與其它類住宅通用體系相比可減輕30%,特別是在地質(zhì)承載力低和地震烈度較高的地區(qū),其綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于一般住宅建筑體系。因此,在我國(guó)土地資源匱乏而鋼產(chǎn)量相對(duì)充裕的現(xiàn)實(shí)情況下,國(guó)家倡導(dǎo)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的建設(shè)是十分適宜的,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑已成為繼大跨鋼結(jié)構(gòu)建筑和高層鋼結(jié)構(gòu)建筑之后在我國(guó)發(fā)展最迅速的新型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。
1.輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)體系
1.1 輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系
輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系主要適用于中低層住宅或別墅,大致可分為兩類:一類為以冷彎C型鋼組成的龍骨體系,另一類為以小型熱軋型鋼組成的龍骨結(jié)構(gòu)體系。輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中間腰支撐通過(guò)配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成。梁柱構(gòu)件厚度在1~3mm,柱子間距為400~600mm。其主要受力機(jī)理為:柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁,豎向力由樓面梁傳至墻壁的大龍骨,再通過(guò)柱子傳至基礎(chǔ)。水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎(chǔ)。由于在傳力過(guò)程中,墻面板承受了一定的剪力,并提供了必要的剛度,故墻面板應(yīng)滿足一定的要求。樓板可采用樓面輕鋼龍骨體系,上覆刨花板及樓面面層,下部設(shè)置石膏板吊頂,既可便于管線的穿行,又滿足了隔聲要求。
1.2純框架體系
該體系在縱、橫兩個(gè)方向均為多層剛接框架,由輕鋼梁、柱組成,結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,節(jié)點(diǎn)一般必須采用剛接連接。使用空間較大,但其抗側(cè)移剛度較弱。為滿足層間水平位移和總側(cè)移的要求,構(gòu)件的截面尺寸會(huì)較大,造成用鋼量較大,不夠經(jīng)濟(jì)。梁采用H型鋼、箱形梁以及其它形式。
1.3框架―支撐體系
針對(duì)純框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度差的缺點(diǎn),框架―支撐體系在縱、橫兩個(gè)方向適當(dāng)部位沿柱高增設(shè)支撐體系。支撐常采用兩種形式,一種是采用截面剛度較大的H形或箱形截面;另一種是采用輕型的槽鋼、角鋼或鋼管截面。前者一般用于高度較高,抗側(cè)移要求特別是抗震要求較高的多高層建筑,后者用于高度不是很高的低層建筑,一般住宅建筑主要是輕型支撐形式?蚣芰阂话悴捎脽彳埢蚋哳l焊接H型鋼,可選用高寬比較大的截面,其抗彎承載力及剛度均較大;亦有采用冷彎薄壁型鋼。柱子可以采用與純框架結(jié)構(gòu)類似的截面,也可以根據(jù)其受力特點(diǎn),選擇冷彎型鋼組合斷面等輕型構(gòu)件。
1.4 錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)體系
錯(cuò)列桁架結(jié)構(gòu)體系由美國(guó)麻省理工學(xué)院于20世紀(jì)60年代首先提出,在建筑布置上具有一定優(yōu)越性,稱作間隔析架體系,國(guó)內(nèi)也有譯為交錯(cuò)桁架的,其成功用于多個(gè)公寓及旅館建筑中。該體系是由房屋外側(cè)的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成,桁架高度等于層高,在相鄰柱上為上下層交錯(cuò)布置,樓板一端擱置在桁架的上弦,另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由于兩開間布置一榀桁架,且中間無(wú)柱子,所以非常適合住宅、旅館建筑各單元的靈活布置要求。
1.5框架一剪力墻體系
該體系是以樓梯間或其它適當(dāng)部位(如分戶墻)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻,作為結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力體系,框架部分主要承擔(dān)豎向荷載。其優(yōu)點(diǎn)是,鋼筋混凝土剪力墻抗側(cè)移剛度較強(qiáng),可以減小鋼柱的截面尺寸,降低用鋼量:剪力墻的布置較為靈活,房間布置所受的限制較小,但應(yīng)避免采用鋼框架與單片混凝土剪力墻組成的混合結(jié)構(gòu)。另外,也可采用預(yù)制混凝土剪力墻、薄壁鋼板剪力墻或組合剪力墻。
1.6框架一核心筒體系
該體系常常是以衛(wèi)生間(或樓、電梯間)組成四周封閉的現(xiàn)澆鋼筋混凝土核心筒,與鋼框架的混合結(jié)構(gòu)受力體系。核心筒抗側(cè)移剛度極強(qiáng),主要承擔(dān)水平荷載,鋼框架主要承擔(dān)豎向荷載,可以減小鋼構(gòu)件的截面尺寸。
2. 輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)
輕鋼建筑一般指承受相對(duì)較小的外加荷載,采用較小的構(gòu)件截面尺寸,結(jié)構(gòu)自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)。輕鋼住宅結(jié)構(gòu)是以經(jīng)濟(jì)型材構(gòu)件,包括冷彎型鋼,熱軋或焊接H 型鋼、T 型鋼,焊接成無(wú)縫鋼管及其組合構(gòu)件作為住宅承重骨架,以輕型墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。輕型墻體材料有壓型鋼板及其組合板材、PC 板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(ALC 板) 及稻草板等重量輕,保溫防火隔熱性能好、防火效果佳的輕質(zhì)材料。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)相比,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)有:(1)建筑空間布置靈活,能滿足不同住戶對(duì)住宅的多種功能要求;(2)采用材料輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、安全性高;(3)可以實(shí)現(xiàn)住宅建設(shè)的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化;(4)施工方便快捷,建設(shè)周期短;(5)符合國(guó)家環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求;(6)綜合經(jīng)濟(jì)效益好。
3.輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用
在美國(guó)、日本、意大利、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū),早己把鋼結(jié)構(gòu)用于住宅,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑則是一種常見的結(jié)構(gòu)體系。在美國(guó)普通的低層民用住宅中,采用輕鋼結(jié)構(gòu),特別是采用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于住宅建造所占的比例,從20世紀(jì)90年代初的5%己發(fā)展到現(xiàn)在的25%左右,且技術(shù)己經(jīng)成熟完善,例如典型的北美輕鋼住宅。北美鋼結(jié)構(gòu)低層住宅是一種輕型鋼骨結(jié)構(gòu)體系,一般為4層以內(nèi),也可以建造6-7層的房屋。
我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究和應(yīng)用試用于20世紀(jì)90年代末,目前還處于研究和試點(diǎn)工程階段。目前全國(guó)已進(jìn)行了大量的試點(diǎn)項(xiàng)目,例如:上,F(xiàn)代房產(chǎn)實(shí)業(yè)有限公司建造了幾萬(wàn)?低層和高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程;1999年新疆庫(kù)爾勒建造了一幢8層錯(cuò)列桁架體系鋼框架住宅樓;馬鞍山鋼鐵公司建成了2層的輕鋼試點(diǎn)工程,全部采用馬鋼生產(chǎn)的熱軋H型鋼;北京西三旗水電工程宿舍為6層H型鋼-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,壓型鋼板組合樓面,自承重砌體外墻,鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)加連系梁,防火為防火涂料加砂漿覆面;北京某綜合辦公樓為5層,局部6層,為輕鋼結(jié)構(gòu),用鋼量約55kg/?,按現(xiàn)行定額標(biāo)準(zhǔn),其造價(jià)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案略低;山東萊蕪鋼鐵股份公司在萊蕪鋼城建造H型鋼住宅樣板小區(qū)等。
4.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)輕鋼建筑結(jié)構(gòu)體系的研究和應(yīng)用表明,逐步開發(fā)輕鋼建筑,不但可以加快國(guó)家和城市的發(fā)展速度,還能提高建筑質(zhì)量和人們的居住水準(zhǔn),同時(shí)還促進(jìn)了社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展,給社會(huì)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益,這也是發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的重要意義。
參考文獻(xiàn):
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作者簡(jiǎn)介:趙聰,女,遼寧省鞍山市人,研究方向:鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及相關(guān)方面的研究。
(作者單位:遼寧省大連市大連邁赫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有限公司)
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