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輕鋼結構住宅的認知與了解

發表時間 :2019-09-05

150年來,鋼材在建筑業的應用已遍及世界。鋼材至今仍然是最堅固、耐久和經濟的建筑材料之一。雖然,鋼結構在傳統上主要用于高層建筑和橋梁建筑,然而近年來鋼結構住宅建筑在加拿大、北美乃至全球范圍內的發展極其迅速,越來越多的建筑商、地產商及業主開始認識并感受到鋼結構住宅的優越性。
  隨著對環保建筑的呼聲日益增長,這就促使建筑業尋求有利于環境保護,且又經濟實用的建筑材料及施工方法。由于鋼材可以回收利用,而且施工時廢料少,這就促成輕鋼結構體系在住宅建設中成為一種倍受青睞的選擇。加拿大的輕鋼住宅體系是由輕鋼結構在其商用建筑上的長期及大量應用的基礎上發展起來的,其技術是先進成熟的,質量和功能是卓越的。
  輕鋼結構住宅體系對建筑商具有以下好處:
  輕鋼結構自重輕,基礎負載小,在地質條件較差的地區可以大大減少基礎造價;
  施工周期短,可以大大縮短投資資金的占用周期,提高資金的投資效益。
  輕鋼構件及相應配套技術可以實現工廠化制作,形成產品化。質量有保證,有利于實現產業化;
  工業化程度高,作業和現場干凈,廢料少,其材料可再生利用,符合環保建筑的要求;
  輕鋼墻體不變形,不老化,少維修。
  輕鋼結構住宅體系對業主具有以下好處:
  比起傳統的砌體與鋼筋混凝土結構,可以更好的滿足建筑大開間,靈活分隔的要求。墻體薄,有效使用面積大,管線穿越方便并封在墻體內部,避免穿墻打洞對結構的破壞;
  輕鋼體系提供高強、高質和耐久的安全結構;
  輕鋼墻體采用高效節能體系,在保溫、隔熱性能方面比傳統砌體要優越得多,屬于新型節能建筑;
  抗震、抗風性能優越;
  防火性能好,不受白螞蟻的蛀蝕;
  輕鋼墻體由于其龍骨完全封閉在隔水層與石膏板之間,不銹蝕,不腐蝕,不生霉菌,防潮性能好;
  由自重引起的地基破壞的可能性小。
  總的來說,輕鋼建筑的好處在于:
  輕質高強,抗震性能好;
  有利于環保,其回收率可達100%;
  材料性能好,結構質量有保證;
  工業化程度高,施工快,有利于實現產業化;
  不可燃,不助燃,防火性能好;
  不開裂,不生霉菌,不蠕變,少維護。
  工程制作及設計標準
  工程制作
  輕鋼構件通常由鍍鋅或鍍鋁鋅合金的薄鋼板冷彎滾壓成型,其截面形狀通常為C型和槽型(見圖1)。鋼板的厚度可根據結構的要求而變化,其構件長度可視所需而決定。輕鋼構件制作精確,在其制作過程中通常在構件上有規律地穿孔,以利于水電線路和管道及橫向加強構件的通過。雖然,一塊薄鋼板本身的承載力并不高,但通過冷彎成不同形狀(如C型)后, 其抗彎抗壓的能力成倍提高。因此, 輕鋼構件的承載力主要是取決于其截面形狀,而不是板材的厚度。這就構成其輕質高強的特點。
  工程設計標準
  作為承重結構的輕鋼構件是需經過嚴格工程設計及測試驗證的。其構件的結構性能和承載能力通常是由其制作廠商所確定,并按其承載力以表格的形式給出。結構工程設計人員可以根據設計要求從承載表中選取相應的輕鋼構件。此外,設計時也應考慮所需連接件(如自鉆-自攻螺絲)的強度。生產連接件的廠商通常會對其產品提供所需的設計指標。輕鋼構件的截面性質必須按照相應的國家規范所確定。在沒有相應的國家規范或規范不完善的情況下,可以參考加拿大冷彎薄壁型鋼結構構件設計規范。
  輕鋼住宅結構體系
  如圖2所示,住宅結構通常由樓面,墻體及房頂等體系組成。輕鋼住宅的結構形式通常采用線內支承的板肋體系。輕鋼構件可應用于不同的房屋構件。采用輕鋼構件可以大大簡化結構體系,同時又提供有效利用結構體系及構件的承載力,設計的靈活性及施工便利。
  低層獨立及連排別墅型住宅
  樓面體系
  作為樓面托梁的輕鋼龍骨其截面高度通常為150至300毫米之間,其鋼板厚度大約在0.84至2.56毫米之間。樓面托梁常見支撐形式是簡支或連續梁。多跨連續梁即可采用單一構件的形式,也可采取多構件搭接的形式。一般說來多構件搭接的形式較單一構件具有更大的靈活性,同時在運輸上也很方便。樓面托梁龍骨的腹板通常給予等間距的沖孔,以方便水電管線的穿越。
  墻體
  用于墻體的輕鋼龍骨可分為承重和非承重兩種。承重的C型龍骨其截面高度一般在93至200毫米之間,鋼板厚度通常界于0.80至1.91毫米之間。非承重龍骨的截面高度在41至150毫米之間,其鋼板厚度為0.45至0.84毫米。作為一種非常經濟實用的墻體體系,這種由輕鋼龍骨與石膏板(若作外墻還需加結構板材)組成的板肋墻體也普遍地應用于高層住宅建筑。
  屋架
  不同截面形式及厚度的輕鋼構件,可為各式各樣的房頂形式及體系提供廣泛的用途。屋架即可由輕鋼椽梁直接構成,也可用輕鋼桁架構成。輕鋼桁架既可現場制作也適合于工廠大規模集成生產。跨度較大的情況下,采用輕鋼桁架尤為經濟。
  中層住宅
  輕鋼板肋結構體系通常適用于六層或六層以下的住宅建筑,但目前也有應用到八層的旅館建筑實例。中層住宅建筑,其底層輕鋼龍骨厚度可達2.6毫米,龍骨間距常為305毫米。上部樓層的龍骨材料厚度可隨荷載的減小而減少。樓面結構可根據其跨度的長短選擇下列體系:輕鋼樓面體系、由壓型鋼板和混凝土構成的鋼承復合樓板、鋼筋混凝土預制或現澆樓面。特大開間可采用輕型空腹鋼桁架,壓型鋼板和混凝土組成的復合樓面。抗側向荷載的體系常由輕鋼拉條構成X型斜向支撐體系,或由抗剪板材與輕鋼龍骨組成的剪力墻體系構成。屋架多由輕鋼椽梁或桁架構成。
  高層住宅
  在加拿大,輕鋼結構已廣泛地應用于在包括住宅在內的各種高層建筑,其主要用于內外填充墻、隔墻、幕墻、外維護墻及屋架、屋頂體系。高層住宅的承載結構常由H型鋼或鋼筋混凝土的框架體系組成,由輕鋼構件構成的輕質內外墻體系非常便于與承重結構的框架體系融為一體(如圖3所示)。在高層住宅中采用輕鋼墻體有如下好處:
  輕鋼墻體自重荷載大大地小于磚石墻體,抗震性能好,且便于施工;
  輕鋼龍骨與懸掛護墻板結合可構成非常經濟適用的外墻體系;
  輕鋼墻體可在工廠預制,不受氣候及季節影響,現場整板吊裝,施工進度快;
  輕鋼墻體不燃燒,不助燃,其通常耐火極限1小時以上,如必要可加厚其輕質石膏板,使其耐火極限達2.5小時以上;
  輕鋼墻體采用全封閉式保溫防潮體系,其保溫、隔熱、防潮的性能大大超過傳統砌體;
  室內水電管線可完全封在輕鋼墻體內;
  輕鋼墻體隔音可達60分貝;
  在選擇墻體外表方面,輕鋼墻體給設計者提供更大的靈活性以盡其發揮各式美感。
  輕鋼防銹
  由于在自然環境下未經防銹處理的鋼材會銹蝕,從而影響其使用壽命。輕鋼結構體系采用鍍鋅龍骨從而有效地克服了這一缺陷。除鍍鋅之外,也可以鍍鋁鋅合金以達到防銹的目的。由鋅或鋁鋅合金組成的金屬表面鍍層即可防止潮濕空氣的滲透,使其鋼結構表面與空氣隔絕,又因其本身的銹蝕率大大低于普通鋼材的銹蝕率,從而達到防銹的作用。與常用表層涂料防銹不同,在表面有損傷或刻痕使其鋼材裸露的情況下,由鋅或鋁鋅合金組成的金屬表面鍍層可以通過自身氧化來達到保護鋼材不受銹蝕的目的。因此,采用這種金屬鍍層保護的鋼材在其施工及使用過程中都不會銹蝕。由此可見,鍍鋅量是關于結構壽命的一個重要指標。輕鋼結構的鍍鋅量可根據其不同的使用環境決定其所需的鍍鋅量。
  輕鋼住宅體系的使用性能
  保溫: 象在加拿大所處的寒冷氣候,住宅的保溫是一個重要指標。輕鋼住宅保溫應注意以下兩點:
  由輕鋼外墻體所導致的熱能耗散或傳遞可通過在其輕鋼龍骨外側施加保溫板材來控制,加拿大的實踐證明這是一種非常有效的保溫隔熱措施。其效率比加厚隔熱層要有效得多。
  許多保溫材料及方式都適用于輕鋼體系,關于各種不同保溫材料的性能及最佳使用方式,應詢問其生產廠家。
  隔音: 體系的隔音效果是評估住宅性能的另一個重要指標。聲音在住宅內的傳播即可通過墻體也可通過樓板。由加拿大國家科學研究院建筑研究所對包括輕鋼體系在各種墻體和樓面體系進行的隔音性能測試結果表明由輕鋼龍骨,彈性槽型龍骨,保溫材料石膏板組成的墻體,其隔音效果可達60分貝。
  防火: 結構的防火性能是一個及其重要的建筑指標。加拿大國家科學研究院建筑研究所對其包括輕鋼體系在內的各種墻體及樓面體系進行過防火測試,其結果表明由輕鋼龍骨,彈性槽型龍骨,保溫材料石膏板的板肋體系的耐火極限超過一小時,加厚石膏板可以大大提高耐火極限。
  常見問答
  采用輕鋼體系的住宅其外表與其它住宅有何不同?
  沒有。輕鋼住宅的外面可與其它住宅完全一樣,各式各樣外墻裝飾材料都可應用于輕鋼體系。
  輕鋼體系會干擾無線電波(如收音機,電視機,手機)的接收嗎?
  不會有任何干擾,因為無線電訊號可由龍骨間的空隙傳遞進來。
  在輕鋼墻體上掛畫像是否容易?
  非常容易。較輕的畫像可用膨脹螺栓直接掛在石膏板墻上。較重的畫框可用自攻螺絲與龍骨相連,其龍骨的位置可用磁鐵來確定。
  輕鋼住宅是否對雷電安全?
  安全。在有雷擊的情況下,輕鋼構件可將其雷擊產生的電流直接導入地下,從而對其居住者起保護作用。除此之外,由雷電引起的爆炸或火災的機會也相應大大減少。
  輕鋼體系的裝修及室內改造是否方便?
  非常方便。輕鋼體系自重輕,強度高,跨度大,因此給室內裝修及改造提供極大的靈活性和便利。
  輕鋼住宅會有銹蝕的問題嗎?
  不會。由于采用鍍鋅或鍍鋁-鋅合金的輕鋼龍骨并且采用封閉的防潮體系,從而有效地控制鋼材的銹蝕,保證了結構壽命大于住宅的使用壽命。
  采用輕鋼結構體系的住宅可高達多少層?
  完全采用輕鋼板肋的結構體系的住宅一般可達6層。北美目前已成功應用此體系修建8層旅館。輕鋼結構可與其它結構體系、如熱軋H型鋼或鋼筋混凝土的框剪體系結合形成適用于高層住宅的復合結構體系。
  輕鋼體系的應用是否僅限于住宅方面?
  不。輕鋼結構適用于各式建筑,如旅館建筑、商用建筑,辦公樓,學校,娛樂設施,以及輕型工業廠房等。 


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