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。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、具有優(yōu)良抗震性能等優(yōu)點,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承重式力學模型建筑外圍護體系在功能上最為復雜,要求具有防水、防火、隔聲、保溫、隔熱、美化和具有一定強度等功能,有承重、承自重和不承重3種類型。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中,建筑外圍護體系多屬于后2種,其中以不承重(掛板)居多,當前各地做法有砌塊+保溫層復合型圍護材料和復合板材圍護材料兩大類型。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,力學性能較好,保溫,隔熱,可鋸、切、釘、鉆等特點,可廣泛應用于建筑的墻體,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)濟和社會效益。2.1.2填充墻、圍護墻以輕質(zhì)黏土陶粒制成的混凝土空心砌塊,具有防火、質(zhì)輕、高強、隔熱、防潮等優(yōu)點,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、圍護墻。陶?；炷量招钠鰤K不含酸堿,不會風化,以水泥黏結(jié)而成不怕長期水浸,使用期可達50年以上。陶?；炷量招钠鰤K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?；炷量招钠鰤K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、細骨料、外加劑等材料組成,是經(jīng)攪拌、震動成型、脫模養(yǎng)護(自然養(yǎng)護或蒸汽養(yǎng)護)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。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、強度高、保溫、節(jié)能和免土等特點,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綜合板護理材料2.2.1巖棉復合外墻板巖棉復合外墻板由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、保溫、隔聲、防水、抗震等優(yōu)良的性能,同時還具有便于運輸、易于施工、工期短、增加建筑物使用面積等特點。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水泥復合外板以玻璃纖維網(wǎng)增強水泥輕質(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)的圍護墻和單層或二層建筑的自承重墻。2.2.4復合型保溫墻體的材料硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復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、成型而成的復合型保溫墻體。具有輕質(zhì)、高強、保溫、隔熱等性能,并有外形美觀、組合性強、適應面廣、便于施工等特點。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,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,在建筑上有極強的適應性,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)濟等方面都有著較大的優(yōu)越性,是21世紀的新概念住宅。2.2.6薄膜保溫層的應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)能標準的圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值通常把導熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料,把導熱系數(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、導熱系數(shù)小、吸水率低、隔音性能好、機械強度高,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)計標準》,北京市執(zhí)行的是與之相應的節(jié)能65%的《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》。鑒于目前尚無節(jié)能75%的標準出臺,這里以國內(nèi)節(jié)能50%和北京市節(jié)能65%的標準為參照,假設(shè)節(jié)能標準中圍護結(jié)構(gòu)各部分傳熱系數(shù)的限值呈線性分布,對節(jié)能達到75%的墻體保溫結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值進行了估算,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)能標準對不同傳熱限值的圍護體系進行計算和分析。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)墻體厚度聚苯板導熱系數(shù)λ為0.042W/m·K,修正系數(shù)取1.1。a)當基礎(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)玻璃纖維增強水泥復合外板的保溫層為珍珠巖,其導熱系數(shù)λ為0.116W/m·K,墻板厚度為270mm,熱阻為0.08m·K/W。玻璃纖維增強水泥復合外板的保溫層厚度d如表6所示。e)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合夾心板的保溫層為聚氨酯泡沫塑料,其導熱系數(shù)為0.029W/m·K。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合夾心板的保溫層厚度如表7所示。由此得出,當節(jié)能50%時,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合夾心板總厚度是35mm,墻體厚度最小;當節(jié)能65%時,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合夾心板總厚度是50mm,墻體厚度最小;當節(jié)能75%時,硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合夾心板總厚度是100mm,墻體厚度最小。當節(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聚氨酯泡沫塑料復合夾心板的選擇作為鋼結(jié)構(gòu)住宅的外圍護結(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;在復合墻板中