淺析輕鋼結構建筑體系及其應用 輕鋼結構體系

　　本文介紹了輕鋼結構建筑的主要結構體系及其優(yōu)點，并對目前的應用情況作了簡述，提出了發(fā)展輕鋼建筑的必要性。 　　 　　改革開放以來，隨著我國鋼建技術的不斷成熟，質量的逐步穩(wěn)定。輕鋼結構在建筑中的應用越來越廣泛，它是以輕型高效鋼材和輕質高效隔熱維護材料組裝而成的，居住舒適，美觀潔凈、適用性能強的全裝配低層和多層鋼結構建筑。從輕鋼結構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%，特別是在地質承載力低和地震烈度較高的地區(qū)，其綜合經濟效益優(yōu)于一般住宅建筑體系。因此，在我國土地資源匱乏而鋼產量相對充裕的現實情況下，國家倡導輕鋼結構住宅的建設是十分適宜的，輕鋼結構建筑已成為繼大跨鋼結構建筑和高層鋼結構建筑之后在我國發(fā)展最迅速的新型鋼結構建筑體系。
　　
　　1.輕鋼結構建筑的主要結構體系
　　1.1 輕鋼龍骨結構體系
　　輕鋼龍骨結構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構體系。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配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成。梁柱構件厚度在1～3mm，柱子間距為400～600mm。其主要受力機理為：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，再通過柱子傳至基礎。水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎。由于在傳力過程中，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、橫兩個方向均為多層剛接框架，由輕鋼梁、柱組成，結構相對簡單，節(jié)點一般必須采用剛接連接。使用空間較大，但其抗側移剛度較弱。為滿足層間水平位移和總側移的要求，構件的截面尺寸會較大，造成用鋼量較大，不夠經濟。梁采用H型鋼、箱形梁以及其它形式。
　　1.3框架―支撐體系
　　針對純框架結構抗側移剛度差的缺點，框架―支撐體系在縱、橫兩個方向適當部位沿柱高增設支撐體系。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構類似的截面，也可以根據其受力特點，選擇冷彎型鋼組合斷面等輕型構件。
　　1.4 錯列桁架結構體系
　　錯列桁架結構體系由美國麻省理工學院于20世紀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，國內也有譯為交錯桁架的，其成功用于多個公寓及旅館建筑中。該體系是由房屋外側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部位（如分戶墻）采用現澆鋼筋混凝土剪力墻，作為結構主要抗側力體系，框架部分主要承擔豎向荷載。其優(yōu)點是，鋼筋混凝土剪力墻抗側移剛度較強，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，但應避免采用鋼框架與單片混凝土剪力墻組成的混合結構。另外，也可采用預制混凝土剪力墻、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)組成四周封閉的現澆鋼筋混凝土核心筒，與鋼框架的混合結構受力體系。核心筒抗側移剛度極強，主要承擔水平荷載，鋼框架主要承擔豎向荷載，可以減小鋼構件的截面尺寸。
　　
　　2. 輕鋼結構建筑的優(yōu)點
　　輕鋼建筑一般指承受相對較小的外加荷載，采用較小的構件截面尺寸，結構自重較輕的鋼結構。輕鋼住宅結構是以經濟型材構件，包括冷彎型鋼，熱軋或焊接H 型鋼、T 型鋼，焊接成無縫鋼管及其組合構件作為住宅承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護結構所構成。輕型墻體材料有壓型鋼板及其組合板材、PC 板、蒸壓輕質加氣混凝土板(ALC 板) 及稻草板等重量輕，保溫防火隔熱性能好、防火效果佳的輕質材料。與傳統(tǒng)的建筑結構相比，輕鋼結構建筑的優(yōu)點有：（1）建筑空間布置靈活，能滿足不同住戶對住宅的多種功能要求；（2）采用材料輕質高強、抗震性能好、安全性高；（3）可以實現住宅建設的工業(yè)化和產業(yè)化；（4）施工方便快捷，建設周期短；（5）符合國家環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求；（6）綜合經濟效益好。
　　
　　3.輕鋼結構建筑的應用
　　在美國、日本、意大利、澳大利亞等國家和地區(qū)，早己把鋼結構用于住宅，輕鋼結構建筑則是一種常見的結構體系。在美國普通的低層民用住宅中，采用輕鋼結構，特別是采用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重結構體系應用于住宅建造所占的比例，從20世紀90年代初的5%己發(fā)展到現在的25%左右，且技術己經成熟完善，例如典型的北美輕鋼住宅。北美鋼結構低層住宅是一種輕型鋼骨結構體系，一般為4層以內，也可以建造6-7層的房屋。
　　我國輕鋼結構住宅的研究和應用試用于20世紀90年代末，目前還處于研究和試點工程階段。目前全國已進行了大量的試點項目，例如：上�，F代房產實業(yè)有限公司建造了幾萬?低層和高層輕鋼結構住宅試點工程；1999年新疆庫爾勒建造了一幢8層錯列桁架體系鋼框架住宅樓；馬鞍山鋼鐵公司建成了2層的輕鋼試點工程，全部采用馬鋼生產的熱軋H型鋼；北京西三旗水電工程宿舍為6層H型鋼-剪力墻結構體系，壓型鋼板組合樓面，自承重砌體外墻，鋼筋混凝土獨立基礎加連系梁，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，為輕鋼結構，用鋼量約55kg/?，按現行定額標準，其造價比鋼筋混凝土結構方案略低；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.結語
　　通過對輕鋼建筑結構體系的研究和應用表明，逐步開發(fā)輕鋼建筑，不但可以加快國家和城市的發(fā)展速度，還能提高建筑質量和人們的居住水準，同時還促進了社會的可持續(xù)性發(fā)展，給社會帶來了良好的經濟效益，這也是發(fā)展輕鋼結構建筑的重要意義。
　　
　　參考文獻：
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　　[3]侯兆欣.我國住宅鋼結構體系推廣應用中的幾個問題[J].施工技術，2000.7.
　　作者簡介：趙聰，女，遼寧省鞍山市人，研究方向：鋼結構節(jié)點設計及相關方面的研究。
　　
　　（作者單位：遼寧省大連市大連邁赫鋼結構設計有限公司）

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