薄壁轻钢住宅建筑体系的特点及市场.doc

四、薄壁轻钢住宅建筑体系的特点及市场（一）基本特点近150年来,钢材在建筑业的应用已遍及世界.钢材至今仍然是最坚固,耐久和经济的建筑材料之一。冷弯薄壁型钢为支撑体的轻钢建筑结构体系具有以下特点: 结构体系自重轻,基础负载小,可以大大减少基础造价，最大程度的降低成本；施工周期短,可缩短投资资金的占用周期,提高资金的投资效益，加快产品的产出；钢构件及相应配套技术工厂化制作，有利于保证产品的质量，促进产业化发展；工业化程度高,作业和现场干净,废料少,其材料可再生利用,符合环保和可持续发展的要求; 建筑体系满足建筑大开间,灵活分隔的要求，墙体薄可增加有效使用面积；纵横的钢龙骨构造，为管线穿越提供了方便并封在墙体内部,避免穿墙打洞对结构的破坏; 轻钢体系提供高强,高质、节能、防蛀、抗震、耐久和可回收的安全结构，满足现代建筑发展的需求。同时它还具有以下不利的特点：结构体自重轻，空腔多，居住者居中时噪音较大，在住宅的安全性、耐久性上缺少传统钢混结构保障度；大量的钢材与板材复合的结构体，使的建筑体系热惰性较差，须采取较大的技术措施，才可提高居住的舒适性；由于是较新的结构体系，还没达到或最终也不可能达到通用设计和优化设计，结构体系造价较高，在目前的状况下，在同等的楼层缺乏经济竞争力；由于材料本身和建筑体系技术开发不够完善的原因，此种结构体系只限于低层（1-3层）住宅和中低层住宅（8层）以下。部分专业，如防火、结构等的施工与验收规程与目前国家或行业标准不符。（二）市场需求由于其结构体系自身的因素（无论是从理论上，还是从实践上看），认为此种结构体系只适合5-6层以下的住宅建设，而目前大中城市土地供应的限制和价格因素，大量多层住宅的建设不是最理想的投入产出比，实际上多层住宅一般都建在土地价格适当便宜的城乡结合部或中小城市，而其工业化程度以及造价（目前统计数据建安造价为1200-1800元/m2），对于那个地区的项目增加了相当的难度；最后是市场价格的问题，城乡结合部或中小城市目前的房价本身适当，大幅度的增加造价，开发商恐怕难以接受。结论研究表明，冷弯薄壁型钢低层、多层住宅建筑体系技术可行，也能满足目前部分住宅市场的需要，它的推广应用有利于我国住宅产业的发展，但由于目前的国民经济承受水平、国家房地产政策和居民购买的接受程度，认为目前的市场需求不乐观。然而参照发达国家的发展经验，世界经济强国无论由于什么方面的原因，（或发展钢铁工业、或改造传统结构体系、或环保节能等）都在加紧研究、推广此种结构体系，这个过程应引起我们的思考和关注。一、薄壁轻钢住宅建筑的发展（一）国外的情况：为解决房荒问题，欧洲一些国家采用了工业化程度较高的钢结构建筑体系，建造了大量住宅，形成了一批完整的、标准的钢结构住宅体系，并延续至今。在芬兰、瑞典、丹麦、法国等国,各种钢结构建筑体系变得非常普及，其中瑞典的钢结构尤其是轻钢结构最为发达，轻钢结构住宅预制构件达95，同时也是当今世界上最大的轻钢结构住宅制造国，生产供应欧洲各国。2北美和澳洲在美国、加拿大以及澳大利亚，用镀锌轻钢龙骨代替传统的木结构的轻钢结构住宅建筑体系，发展至今已有30多年的历史。1996年，美国的住宅建设中轻钢结构住宅达20的比例；加拿大则有30左右的比例；澳大利亚钢结构住宅建造数量约占50。但是，这种结构形式主要应用于低层的小住宅。90年代后期以来，多层轻钢龙骨住宅在北美地区迅速发展，至今已建成约300万平方米。除住宅外，这种体系也用于养老院、假日旅馆、小学校等建筑。轻钢结构住宅建筑体系是用镀锌冷弯薄壁型钢制作的型材作为结构承重部分，常用于建造2-3层的低层住宅。镀锌冷弯薄壁型钢所使用材料的屈服强度为Q235或Q345。其墙体钢龙骨按照一定的模数排列，一般中心距为400mm或600mm；冷弯薄壁型钢截面在93-200mm之间，钢板厚度在0.84-1.91mm之间。其楼层结构的钢龙骨截面一般在150-300mm之间，钢板厚度在0.84-2.56mm之间，楼层最大跨度目前可达8-9m。屋架可采用轻钢棱条直接搭接的方式。轻钢结构住宅的外墙常采用节能、轻质复合夹芯墙，内墙可采用石膏板；厨房及卫生间墙面采用防水石膏板或水泥加压板；楼板采用轻质结构板材；屋面可采用多彩瓦、彩板瓦等屋面材料。（1）加拿大轻钢结构住宅体系 加拿大的轻钢构件通常由镀锌或镀铝锌合金的薄钢板冷弯滚压成型,其截面形状通常为C型和槽型，钢板的厚度可根据结构的要求而变化,其构件长度可视所需而决定。轻钢构件制作精确,在其制作过程中通常在构件上有规律地穿孔,以利于水电线路和管道及横向加强构件的通过.虽然,一块薄钢板本身的承载力并不高,但通过冷弯成不同形状(如C型)后, 其抗弯抗压的能力成倍提高。因此, 轻钢构件的承载力主要是取决于其截面形状,而不是板材的厚度。这就构成其轻质高强的特点。低层住宅：结构体系 住宅结构通常由楼面,墙体及房顶等体系组成。轻钢住宅的结构形式通常采用线内支承的板肋体系，轻钢构件可应用于不同的房屋构件，采用轻钢构件可以大大简化结构体系，同时又提供有效利用结构体系及构件的承载力，设计的灵活性及施工便利。楼面体系 作为楼面托梁的轻钢龙骨其截面高度通常为150至300毫米之间,其钢板厚度大约在0.84至2.56毫米之间，楼面托梁常见支撑形式是简支或连续梁，多跨连续梁即可采用单一构件的形式，也可采取多构件搭接的形式。一般说来多构件搭接的形式较单一构件具有更大的灵活性,同时在运输上也很方便。楼面托梁龙骨的腹板通常给予等间距的冲孔,以方便水电管线的穿越。墙体系统 用于墙体的轻钢龙骨可分为承重和非承重两种，承重的C型龙骨其截面高度一般在93至200毫米之间，钢板厚度通常界于0.80至1.91毫米之间；非承重龙骨的截面高度在41至150毫米之间，其钢板厚度为0.45至0.84毫米，作为一种非常经济实用的墙体体系,这种由轻钢龙骨与石膏板(若作外墙还需加结构板材)组成的板肋墙体也普遍地应用于高层住宅建筑。屋架 不同截面形式及厚度的轻钢构件，可为各式各样的房顶形式及体系提供广泛的用途。屋架即可由轻钢椽梁直接构成，也可用轻钢桁架构成。轻钢桁架既可现场制作也适合于工厂大规模集成生产，跨度较大的情况下，采用轻钢桁架尤为经济。 中低层住宅： 轻钢板肋结构体系通常适用于六层或六层以下的住宅建筑，但目前也有应用到八层的旅馆建筑实例。中层住宅建筑,其底层轻钢龙骨厚度可达2.6毫米，龙骨间距常为305毫米，上部楼层的龙骨材料厚度可随荷载的减小而减少。楼面结构可根据其跨度的长短选择下列体系：轻钢楼面体系，由压型钢板和混凝土构成的钢承复合楼板,钢筋混凝土预制或现浇楼面。特大开间可采用轻型空腹钢桁架，压型钢板和混凝土组成的复合楼面，抗侧向荷载的体系常由轻钢拉条构成X型斜向支撑体系，或由抗剪板材与轻钢龙骨组成的剪力墙体系构成。屋架多由轻钢椽梁或桁架构成。高层住宅 ：在加拿大,轻钢结构已广泛地应用于在包括住宅在内的各种高层建筑,其主要用于内外填充墙,隔墙,幕墙,外维护墙及屋架,屋顶体系.高层住宅的承载结构常由H型钢或钢筋混凝土的框架体系组成,由轻钢构件构成的轻质内外墙体系非常便于与承重结构的框架体系融为一体（2）美国的轻钢结构住宅美国像其他西欧国家一样，轻钢结构主要用于低层住宅建筑，近些年来，美国也开始进行多层轻钢结构住宅体系的研发，最早一幢多层轻钢住宅于1990年开始设计，至目前总面积发展到约30万平方米。并取得许多成熟的技术和经验。美国的多层轻钢结构住宅技术是一项综合的技术，集轻钢结构、建筑节能保温、建筑防火、建筑隔声、新型建材、设计施工于一体的集成化技术，社会化分工明确，各种产品的生产商、施工方、设计方紧密合作，发展多层轻钢结构住宅技术，最关键的问题是其结构本身的性能，楼盖结构要具有适当的跨度并尽可能轻，并希望有较好的楼盖平面内刚度，墙体结构在承担竖向荷载（自重与楼面活荷载）的同时还要承担横向荷载（风荷载与水平地震作用）。 美国多层轻钢结构住宅的特点为：轻质楼盖系统其楼盖由C型的轻钢搁栅与铺于搁栅上的薄板组成。搁栅一般跨度为3.6米4.8米，搁栅高为254毫米（搁栅的最大跨度可达11米），搁栅间距为 600毫米。搁栅在腹板上开有大孔，这样对于管线的穿越与布置极为方便。楼面有三种做法，分别为：高密度木纤维水泥板；满铺压型钢板再浇筑20毫米的陶粒轻骨料混凝土；满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。在这些轻质楼盖上每平方米可承受316365公斤的荷载。该楼盖结构体系重量仅为国内传统的混凝土楼板体系的四分之一到六分之一，但其楼盖的结构高度将比普通混凝土板高100120毫米。竖向墙体结构一般将内横墙作为结构的承重墙，墙柱为C形轻钢构件，其壁厚根据所受的荷载而定，通常为0.842毫米，墙柱间距一般为400600毫米，墙柱的下端为U形开口朝上的底槽梁，墙柱上端为U形开口向下的顶槽梁，搁栅固定于上槽梁侧边。为提高墙柱的稳定性，一般墙柱高度范围内设三道轻钢拉条。这种墙体结构布置方式，可有效承受并可靠传递竖向荷载，且布置方便，但该墙体结构不能承受水平荷载。为抵抗水平风荷载与地震作用，美国多层轻钢结构住宅体系中有二种方式，分别为采用轻钢剪力墙或采用带十字交叉支撑的普钢框架结构。轻钢剪力墙一般布置在分户墙，采用0.5毫米镀锌薄钢板蒙于石膏板上，再固定于轻钢墙柱上，形成类似于应力蒙皮结构的剪力墙，每层之间有一个特殊的构件对上下楼层剪力墙进行连接，以有效传递水平剪力与由于水平力作用在墙柱上而产生的拉力。在地震区，为保证结构安全，采用带十字交叉支撑的普钢框架作为抗侧力结构，形成以轻钢承受竖向荷载，以普钢承受水平荷载的混合结构体系。建筑保温节能技术美方轻钢住宅体系中，对保温节能技术十分重视，对于墙来说为确保达到保温效果，一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外，在墙外侧再贴一层保温材料，有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥；楼层之间搁栅内填充玻璃纤维，减少通过楼层的热传递；所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维，减少户墙之间的热传递。建筑防火技术，对于轻钢结构一个最关键的问题是防火技术的应用，在墙的两侧与楼盖的天花处贴防火石膏板，对于普通防火墙和分户墙用25.4 毫米厚（1吋）石膏板保护，以达到1个小时的防火要求，另外在墙体墙柱间与楼盖搁栅间填充的玻璃纤维对于防火与热传递也起了积极的保护作用。建筑隔声技术轻钢建筑中，美国的研发工作对于隔声处理下了较大功夫，在内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉，有效阻止了通过空气传播的音频部分，而对于通过固体传播的冲击声，在美国的多层轻钢住宅中，作了如下构造处理：对于分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体；而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨，用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播。（3）澳大利亚冷弯薄壁轻钢结构住宅体系构造特点:承载结构采用冷弯薄壁轻钢骨架，采用高强、防腐钢卷板（屈服强度550Mpa，锌铝合金镀层厚度270gm2），钢材厚度为0.75mm，通过电脑辅助制造专用设备按设计要求，直接轧制成各种不同类型的结构构件。竖向承重构件采用密排柱，最大柱中距600mm。平面承重构件：屋面采用桁条网，网格尺寸为600X600mm，楼（地）面采用桁架式梁，最大中距1200mm，门窗过梁采用小桁梁。墙体围护结构采用轻质高强围护材料或纤维水泥板。屋面、楼面、内外墙采用防水、保温材料.屋面楼面系统采用防水玻纤瓦、防水卷材、保温材料棉、桁条、吊防火石膏板。施工特点:钢结构的生产制作采用电脑辅助制造技术，生产制作的全过程是以电脑软件控制的专业设备完成，保证构件制造的精确度误差在人工难以达到的半毫米以内。除基础施工外，其余全为干作业施工安装。设计特点:冷弯薄壁轻钢结构体系是澳大利亚的成熟技术。设计中使用了特殊的CAD技术-轻钢结构建造设计软件，由此生成的设计文件可以直接输入到加工设备进行自动加工。3亚洲各国轻钢结构：由于西欧发达国家的经济扩张以及亚洲诸国的经济崛起，印度、日本、韩国等国也在二十世纪初开始研究和发展钢结构住宅建筑，日本钢结构建筑占建筑总量的50%左右，韩国钢结构建筑占建筑总量的20%左右，并且钢结构用钢总量中H型钢占50%60%左右。日本钢结构建筑的历史有100年左右。目前日本的各种建筑结构中，钢结构的建筑数量最多，占住宅建筑总面积的20左右，其中多数为低层独立住宅。使用轻型钢的低层小规模住宅已系统化，轻钢结构住宅竣工的占住宅总数的25%28. %，主要生产企业有新日铁、丰田、积水、大和、三泽住宅株式会社，其中新日铁的KC住宅体系有为突出。日本的KC体系KC结构体系强调的冷型钢与结构用板材共同形成抵抗横向荷载的整体墙板，类似于钢筋混凝土结构中的剪力墙。每层楼板都搁置安装在该层的墙板之上，墙板在竖向都被各层楼板隔开，竖向墙体在结构上无法构成连续的墙体。因此技术上就要通过贯通楼板的抗拔锚栓将上下层墙板连成整体，同时靠抗剪螺栓将墙板与楼板连接在一起。结构板材一般采用OSB（定向刨花板）、结构合成板、水泥纤维加压板等。这种板材解决了原有纯木质板材在防火、防水以及结构整体强度不足的缺陷，这种替代产品，解决了原来木质板材在防火、防水、以及结构整体强度方面的不足，提高建筑体系的整体性能。防火采用耐火性能较高的板材，如不燃水泥基结构用板材、耐火石膏板等作为基本材料。以延长墙体耐火时间，增强耐火完整性。隔热措施通过在复合外墙中增设反射层，提高墙体对辐射热的反射作用，大大降低了辐射热对建筑室内的热环境的影响，经测试比较和实践证明，节能效果明显，热稳定性也有所提高。（二）国内的情况：1市场和政策支持：随着我国经济持续稳定发展钢铁产量剧增，2005年钢产量已达到3.71亿吨，人均消费300公斤左右，建筑钢材数量、品种、质量基本满足钢结构住宅建筑的需要。同时建筑业和房地产业的不断壮大，使之成为国民经济的支柱产业，钢结构行业广泛应用到建筑中来。迅速崛起。其次，从1996年起国家就不断出台政策引导和支持钢结构建设的发展，如1996年建设部编制了1996-2010年建筑技术政策提出合理使用钢材，发展钢结构、开发钢结构制造和安装施工新技术；1999年，国务院办公厅72号文件提出发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化过程。2001年底建设部发布了钢结构住宅建筑产业化技术导则。2005年2月，建设部发文关于进一步做好建筑业10项新技术推广应用的通知，通知中推广新技术中的第五项为钢结构技术。2006年到目前正在抓紧制订钢结构住宅设计规程和低层轻钢结构装配式住宅技术要求等建筑钢结构的钢材、设计、制造、施工有关国家行业标准和规范，为钢结构住宅建筑体系发展奠定理论基础。2生产企业：国内、外生产企业针对中国钢结构的发展形式，纷纷采用引进、合资或商贸等多种形式在中国的建筑市场推进钢结构住宅，主要有：（1）迈特建筑迈特建筑是集新型建筑材料开发、轻钢结构房屋研发、钢结构房屋设计、制造安装、销售、技术咨询为一体。 （2）美国华星顿公司(WORTHINGTON)美国华星顿公司主要是以销售其生产的冷弯薄壁型钢为目的的材料供应公司，为了推动其产品更广泛应用，其研发出自己独特的冷弯薄壁型钢低层、多层住宅体系，并在中国大陆建造了第一个轻钢结构的多层住宅试验楼。（3）澳洲博思格公司（BLUESCOPE）澳洲博思格公司全球性钢铁/建筑解决方案供应商在中国建厂和研法中心，以澳洲轻钢结构房屋建筑技术为支撑技术，通过住宅屋面系统、复合墙体系统等材料、部品的开发、生产、销售，从而扩大其冷弯薄壁型钢材料和技术的市场氛围。3科研院所随着与国外科学技术和学术的交流，国外学子学成回国，不断把国外最新钢结构尤其是轻钢结构的理论和经验带到中国建筑市场，以西安建筑大学、哈工大、长安大学等学院的学者教授，以及中国冶建院、中国建筑标准院等工程技术人员，积极参与国外先进技术的转化和国内自行体系的研发工作，取得了较大的成绩，推动了钢结构尤其是轻钢结构建筑体系的发展。