鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)發(fā)展與展望

鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)發(fā)展與展望

0國鋼企業(yè)發(fā)展的必要性長期以來，我國通過缺乏木材，對建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有限，建筑鋼結(jié)構(gòu)的使用有限。我國鋼產(chǎn)量降至極低。改革開放以后,我國的鋼產(chǎn)量有了很大的提高。鋼材市場形成了供過于求的新形勢,為發(fā)展我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時機(jī)。目前,12層以下鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展已具備了較好的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ),國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅體系主要有輕鋼龍骨(冷彎薄壁型鋼)體系、框架體系、框架-支撐體系、桁架體系、鋼框架-混凝土核心筒(剪力墻)體系等。1與鋼結(jié)構(gòu)住宅的特征從住宅建筑的發(fā)展來看,鋼結(jié)構(gòu)住宅具有以下技術(shù)優(yōu)勢。a)結(jié)構(gòu)自重輕。鋼結(jié)構(gòu)體系自重約為混凝土結(jié)構(gòu)的一半,可以大大減少基礎(chǔ)的造價。b)抗震性能好。鋼結(jié)構(gòu)體系用于住宅建筑可以充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)延性好、塑性變形能力強(qiáng)、具有優(yōu)良抗震性能等優(yōu)點(diǎn),從而大大提高住宅的安全可靠性。近年來的震害,尤其是臺灣大地震調(diào)查結(jié)果更是證明了鋼結(jié)構(gòu)在地震中的良好表現(xiàn)。c)分隔靈活。鋼結(jié)構(gòu)住宅能比傳統(tǒng)建筑更好地滿足建筑上大開間、靈活分隔的要求,并可通過減少柱的截面面積和使用輕質(zhì)墻板提高使用面積率。d)利于節(jié)能。與鋼結(jié)構(gòu)配套技術(shù)的輕質(zhì)墻板、復(fù)合樓板等采用新型材料,符合節(jié)能建筑的要求。e)工業(yè)化程度高。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其配套技術(shù)相應(yīng)部件絕大部分可以實現(xiàn)工廠化制作、產(chǎn)品化,現(xiàn)場濕作業(yè)少,符合環(huán)保建筑的要求。f)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系可以實現(xiàn)住宅建筑技術(shù)集成化的產(chǎn)業(yè)化新思路。g)鋼結(jié)構(gòu)體系施工周期短(約為混凝土結(jié)構(gòu)的1/3-1/2),可以大大縮短投資資金的占有周期,提高資金的投資效益。h)鋼結(jié)構(gòu)體系住宅直接造價略高于混凝土結(jié)構(gòu),但其綜合效益卻明顯高于傳統(tǒng)的住宅體系。i)符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求,污染小,可回收再生。2承重式力學(xué)模型建筑外圍護(hù)體系在功能上最為復(fù)雜,要求具有防水、防火、隔聲、保溫、隔熱、美化和具有一定強(qiáng)度等功能,有承重、承自重和不承重3種類型。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中,建筑外圍護(hù)體系多屬于后2種,其中以不承重(掛板)居多,當(dāng)前各地做法有砌塊+保溫層復(fù)合型圍護(hù)材料和復(fù)合板材圍護(hù)材料兩大類型。2.1凝土磚、爐渣混凝土透心磚國內(nèi)常用的砌塊類型包括蒸壓加氣混凝土砌塊、陶?；炷量招钠鰤K、爐渣混凝土空心砌塊、普通混凝土空心磚。砌塊與聚苯板共同組成的復(fù)合型墻體。2.1.1建筑墻面等非織造材料蒸壓加氣混凝土砌塊具有容重輕,力學(xué)性能較好,保溫,隔熱,可鋸、切、釘、鉆等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于建筑的墻體,減輕房屋自重,增加建筑使用面積,并且施工簡捷、墻面平整、減少輔助材料用量,能較大地降低建筑物綜合造價,具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。2.1.2填充墻、圍護(hù)墻以輕質(zhì)黏土陶粒制成的混凝土空心砌塊,具有防火、質(zhì)輕、高強(qiáng)、隔熱、防潮等優(yōu)點(diǎn),是優(yōu)良的輕質(zhì)建筑材料,適用于公共與民用建筑的框架填充墻、圍護(hù)墻。陶?；炷量招钠鰤K不含酸堿,不會風(fēng)化,以水泥黏結(jié)而成不怕長期水浸,使用期可達(dá)50年以上。陶粒混凝土空心砌塊使用方便,規(guī)格整齊,施工時可以隨意切割、安裝;施工時不必淋水,場地清潔,可以采用傳統(tǒng)的水泥沙漿抹灰。陶粒混凝土空心砌塊容重輕,其密度為450-650kg/m3。2.1.3新型墻體材料爐渣混凝土空心砌塊主要由水泥、爐渣、細(xì)骨料、外加劑等材料組成,是經(jīng)攪拌、震動成型、脫模養(yǎng)護(hù)(自然養(yǎng)護(hù)或蒸汽養(yǎng)護(hù))而成的新型墻體材料,具有容重輕、保溫隔熱性能好、原材料來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)。爐渣混凝土空心砌塊以工業(yè)廢渣為主要原料,符合國家節(jié)地、節(jié)能及環(huán)保政策,符合國家墻改精神,具有較好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。由于爐渣混凝土空心砌塊容量輕、施工方便,可有效節(jié)約砌筑與抹灰砂漿,可減輕墻體自重,增加使用面積,降低造價等,廣泛用于公共與民用建筑的框架填充墻、圍護(hù)墻及低層房屋建筑的承重結(jié)構(gòu)。2.1.4煤石等工業(yè)廢水混凝土空心磚是一種新型墻體材料,具有體輕、強(qiáng)度高、保溫、節(jié)能和免土等特點(diǎn),其生產(chǎn)過程不用燒制,不產(chǎn)生污染,能充分利用粉煤灰、煤渣、煤矸石等工業(yè)廢料作為原料,不僅解決目前工業(yè)廢料堆放的環(huán)境問題,而且節(jié)約土資源。2.2綜合板護(hù)理材料2.2.1巖棉復(fù)合外墻板巖棉復(fù)合外墻板由150mm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承重層、巖棉保溫層和50mm厚混凝土外裝飾保護(hù)面層組成,用鋼筋連接。2.2.2水泥聚苯乙烯夾芯板鋼絲網(wǎng)架水泥聚苯乙烯夾芯板主要包括鋼絲網(wǎng)架聚苯乙烯芯板(簡稱GJ板)和鋼絲網(wǎng)架水泥聚苯乙烯夾芯板(簡稱GSJ板)。GJ板中主要包括泰柏板、3D板和舒樂舍板等。鋼絲網(wǎng)架水泥聚苯乙烯夾芯板具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔聲、防水、抗震等優(yōu)良的性能,同時還具有便于運(yùn)輸、易于施工、工期短、增加建筑物使用面積等特點(diǎn)。在節(jié)約能源、降低建筑物自重、節(jié)省建筑工程投資等方面具有突出的綜合經(jīng)濟(jì)效益。2.2.3高密度聚苯乙烯板和混凝土自承重墻玻璃纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合外板以玻璃纖維網(wǎng)增強(qiáng)水泥輕質(zhì)平板為面層,中間以高密度阻燃聚苯乙烯板、輕質(zhì)骨料混凝土為芯層,采用高強(qiáng)度黏結(jié)膠黏合而成,適用于有建筑節(jié)能要求的各種建筑結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻和單層或二層建筑的自承重墻。2.2.4復(fù)合型保溫墻體的材料硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板是以聚氨酯、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑和金屬面板為主要原料,經(jīng)型材軋制、澆筑、發(fā)泡、成型而成的復(fù)合型保溫墻體。具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔熱等性能,并有外形美觀、組合性強(qiáng)、適應(yīng)面廣、便于施工等特點(diǎn)。2.2.5墻板、樓地板等基本構(gòu)件現(xiàn)場拼裝成功率高、結(jié)構(gòu)形式薄板鋼骨住宅體系具有舒適、環(huán)保、節(jié)能、可循環(huán)利用、抗震等顯著特點(diǎn),用輕鋼龍骨與纖維水泥外墻掛板、石膏板、巖棉等共同組合成耐力墻板、樓地板等基本構(gòu)件,主體結(jié)構(gòu)以這些基本構(gòu)件現(xiàn)場拼裝而成。這種結(jié)構(gòu)形式,在建筑上有極強(qiáng)的適應(yīng)性,無論是對于中國居住文化的繼承、居住性能、設(shè)計、建造、施工,還是經(jīng)濟(jì)等方面都有著較大的優(yōu)越性,是21世紀(jì)的新概念住宅。2.2.6薄膜保溫層的應(yīng)用由于聚氨酯泡沫塑料的絕熱性能和硬度等都大大優(yōu)于巖棉,北新集團(tuán)下屬的北新房屋公司在薄板鋼骨住宅體系中,采用40mm厚的聚氨酯泡沫塑料加70mm厚的聚苯板作為保溫層,極大地提高了薄板鋼骨住宅體系的保溫性能。3不同節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值通常把導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料,把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05W/m·K以下的材料稱為高效保溫材料。目前,用于建筑外保溫的節(jié)能材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料板、巖(礦)棉板、玻璃棉氈等。這些材料所具有的一個共同特點(diǎn)就是在材料內(nèi)部都有大量的封閉孔,它們的表觀密度較小,這是作為保溫隔熱材料所必備的。巖(礦)棉和玻璃棉有時統(tǒng)稱為礦物棉,它們都屬于無機(jī)材料。巖棉不燃燒,價格較低,在滿足保溫隔熱性能的同時,還具有一定的隔聲效果。但保溫性能好的巖棉密度低,其抗拉強(qiáng)度也低,長時間使用會發(fā)生塌落而使墻體產(chǎn)生大面積冷橋,因此耐久性比較差。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處,其手感好于巖棉,可改善工人的勞動條件,但它的價格比巖棉高。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主要原料,經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡而制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔的材料。其表觀密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、隔音性能好、機(jī)械強(qiáng)度高,而且尺寸精度高,結(jié)構(gòu)均勻,因此在外墻保溫中其占有率很高。目前,國內(nèi)執(zhí)行的是節(jié)能50%的《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,北京市執(zhí)行的是與之相應(yīng)的節(jié)能65%的《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。鑒于目前尚無節(jié)能75%的標(biāo)準(zhǔn)出臺,這里以國內(nèi)節(jié)能50%和北京市節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)為參照,假設(shè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分傳熱系數(shù)的限值呈線性分布,對節(jié)能達(dá)到75%的墻體保溫結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值進(jìn)行了估算,計算結(jié)果如表1所示。表1是指滿足節(jié)能75%時,建筑各個部位需要滿足的最低的傳熱系數(shù)。滿足不同建筑功能的不同節(jié)能要求時,建筑各個部位的傳熱系數(shù)要求均不相同。各情況下的傳熱系數(shù)限值均由節(jié)能計算得出。下文將分別根據(jù)50%、65%和75%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對不同傳熱限值的圍護(hù)體系進(jìn)行計算和分析。同樣保溫性能厚度最小的墻體為最佳的墻體,并與鋼結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)的干作業(yè)方式的墻體為最適合的墻體。3.1氣混凝土斑塊基礎(chǔ)墻體厚度聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.042W/m·K,修正系數(shù)取1.1。a)當(dāng)基礎(chǔ)墻體為200mm厚時,保溫層厚度d如表2所示。由表2可知,當(dāng)節(jié)能50%時,蒸壓加氣混凝土砌塊總厚度是205mm,墻體厚度最小;當(dāng)節(jié)能65%時,蒸壓加氣混凝土砌塊總厚度是240mm,墻體厚度最小;當(dāng)節(jié)能75%時,蒸壓加氣混凝土砌塊總厚度是290mm,墻體厚度最小。b)基礎(chǔ)墻體為300mm厚時,保溫層厚度d如表3所示。由表3可知,當(dāng)節(jié)能50%時,蒸壓加氣混凝土砌塊總厚度是300mm,墻體厚度最小;當(dāng)節(jié)能65%時,蒸壓加氣混凝土砌塊總厚度是315mm,墻體厚度最小;當(dāng)節(jié)能75%時,蒸壓加氣混凝土砌塊總厚度是370mm,墻體厚度最小。3.2復(fù)合夾心板墻體厚度a)以巖棉為保溫材料(λ=0.055W/m·K)的薄板鋼骨住宅體系的保溫層厚度d如表4所示。b)以聚氨酯泡沫塑料為保溫材料的薄板鋼骨體系。采用40mm厚的聚氨酯泡沫塑料加70mm厚的聚苯板(或75mm厚玻璃絲棉)為保溫層,保溫層總厚度110mm通過計算可得這種復(fù)合墻板的傳熱系數(shù)為0.328W/m2·K,符合節(jié)能75%的估算限值。c)鋼絲網(wǎng)架水泥聚苯乙烯夾芯板(λ=0.035W/m·K)的保溫層厚度d如表5所示。d)玻璃纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合外板的保溫層為珍珠巖,其導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.116W/m·K,墻板厚度為270mm,熱阻為0.08m·K/W。玻璃纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合外板的保溫層厚度d如表6所示。e)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板的保溫層為聚氨酯泡沫塑料,其導(dǎo)熱系數(shù)為0.029W/m·K。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板的保溫層厚度如表7所示。由此得出,當(dāng)節(jié)能50%時,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板總厚度是35mm,墻體厚度最小;當(dāng)節(jié)能65%時,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板總厚度是50mm,墻體厚度最小;當(dāng)節(jié)能75%時,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板總厚度是100mm,墻體厚度最小。當(dāng)節(jié)能75%時,以聚氨酯泡沫塑料為保溫材料的薄板鋼骨體系總厚度是110mm,墻體厚度也比較小。4聚氨酯泡沫塑料復(fù)合夾心板的選擇作為鋼結(jié)構(gòu)住宅的外圍護(hù)結(jié)構(gòu),必須滿足保溫、防水、隔聲、輕質(zhì)等性能。通過以上分析,在砌體材料中,加氣混凝土砌塊是各項性能較佳的選擇;在復(fù)合墻板中