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轻钢结构体系住宅的技术性与经济性分析

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轻钢结构体系住宅的技术性与经济性分析 

    钢结构体系早已应用于中国的建筑业, 但采用于住宅建造, 在我们国家还属于空白。美国、 日本、 澳大利亚等国家, 早已采用轻钢结构特别是采用镀锌轻钢龙骨作为承重体系应用于住宅建造。在美国普通的低层民用住宅中。钢结构的住宅所占的比例从90年代初的5％已发展到现在的25％左右, 而且应用技术更加成熟、 完善。
    美国四合公司早在1991年开始凡在中国大陆推广装配式木结构民用住宅技术。后来公司认为轻钢结构住宅在中国有着更广泛的发展前景, 因此近几年来, 美国四合公司不但在国内投资设立了”深圳市美圳投资发展有限公司”, 专业从事及大力推广轻钢结构住宅体系从全套美国进口发展到今天凡要结构体系全部国产化, 且经过多个项目的实践取得了宝贵经验。
下面将从几个方面对轻钢结构体系住宅进行技术与经济方面的探讨。 
　　 一、  轻钢结构体系的主要材料构成
　　我们在这里重点讨论的是镀锌轻钢龙骨作为承重体系在低层民用住宅的应用( 在美国, 完全用镀轻钢龙骨建造的住宅( 不采用型钢) 能够建造到7层的高度, 但采用最多的是1~4层的住宅)
　　1、  轻钢龙骨的技术指标
　　轻钢龙骨采用钢的强度指标是33KSI-50KSI( 换算成公制是23ON／mm2-340N／mm2) , 其中采用最多的是33KSI, 也就是与中国3号钢的强度相同,美国规范中, 镀锌钢板根据厚度分成十几个等级( Gage) , 从12-20gage( 换算成公制就是厚度从2.58mm-0.88mm) ; 另外一个重指标就是40、 －60、 G－90( 换算成公制则镀锌量分别为95－126克／m2、 7－189克／m2、 252－283克／m2) 。其中G－40采用于非承重墙部分( 如分隔墙、 吊顶等) ; G－60采用于普通承重墙部分; G－90采用于沿海地区或亚热带地区。根据我们国家的标准GB2518－88中规定, 中国生产的镀锌钢板无特殊要求均按275克／m2生产, 因此, 中国生产的镀锌钢板完全适用于美国的规范。
镀锌钢板要冷压成型后便能应用于建筑构件, 轻钢龙骨的截面形状主要分两大类, 也就是C型槽钢及C型立龙骨。槽钢及立龙骨的宽度能够从60mm－360mm不等, 能够满足不同结构部位、 不同荷载、 不同构件的需要。作为承重龙骨, 镀锌钢板的厚度一般采用1.0－1.2mm。
　　2、 轻钢结构住宅中采用的板材
　　轻钢龙骨结构体系中板材起着重要的维护及分隔作用。结构性板材主要的指外墙及屋面用板材和楼板用板材, 在美国广泛应用的是防水防腐处理过的定刨花板( OSB) , 该和板的厚度一般为9mm－18mm。当前, 中国已有几家这种板的生产线。另外, 也能够采用防水夹板做结构性板材。而内墙采用的板材是防火石膏板, 厚度可采用9nmm－15mm厚。厨房及卫生间的墙面可采用防水石膏板或埃特板等防水、 防火板材。
　　3、  保温隔热、 隔音材料
　　轻钢龙骨结构的住宅所采用的保温隔热材料以玻纤棉为主, 当前国内主要的生产厂家有欧照美国的热阻值标准, 保温隔热材料热阻值一般采用R13－R30之间。墙体的隔音采用玻纤棉也能取得比较好的效果。
　　4、  防火材料及屋面材料
　　轻钢龙骨住宅的防水材料主要应用于外墙及屋面部位。墙体采用单向透气 透水的建筑纸( buioding paper) 或其它优质防水卷材。在美国民用住宅屋面采用最多的是多彩瓦, 多彩瓦的保持期一般为15－25年。由于这种瓦质轻、 色彩多样、 成本低、 更换容易, 且粘接防漏性能强, 因此深受用户的偏爱。由于多彩瓦具备以上特点, 那么它的另一个突出优点是应用于坡度大及坡度变化复杂的屋面特别方便。轻钢龙骨结构的住宅也同样可采用重瓦, 如西班牙、 日本瓦等。
　　二、 轻钢龙骨的结构体系
　　轻钢龙骨承重墙的龙骨间距一般为400mm左右, 墙体龙骨厚度一般仅为100mm－150mm。楼面龙骨的高一般采用300mm高。这样墙体和楼面的空间可为住宅中任何管、 网提供方便条件。由于低层住宅的屋面大都为坡屋面, 因此屋面结构基本上采用的是由龙骨做成的三角型屋架体系, 这种间距基本上为400mm间距密度的龙骨在封完结构性板材及石膏板之后, 形成了非常坚固的”板肋结构体系”, 这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力, 因为它把建筑物自重中的集中荷载分解到最小的程度。由C型镀锌槽钢及C型立龙骨能够组合成不同断面的梁、 柱, 非常灵活, 最大跨度的梁能够做到9米。钢龙骨与钢龙骨之间的连接是采用自攻自钻螺钉连接。在美国的这种结构技术体系中, 可根据不同的荷载数据在手册中查出不同的应采用的龙骨截面及等级, 使结构计算变得非常简捷方便。
美国对这种结构体系房屋在防火方面的规定与中国的防火规范差距是比较大的, 在美国类似的规范中, 更注重火灾发生时的逃生功能, 而不是强调材料及5构件的耐火极限。由于这种轻钢结构房屋的承重墙体耐火极限一般为1.5小时左右, 因此按中国的防火规范暂只能排列于四级防火等级的建筑。当然, 如果需要的话, 能够经过加厚石膏板使耐火极限达到2.5小时以上也是轻而易举的。
　　三、  轻钢结构住宅的科技含量
　　轻钢结构的住宅体系彻底抛弃了传统的”秦砖汉瓦”, 而且墙体所采用的材料均可回收再利用, 有着极高的环保意义。单以墙体保温隔热这一项就要比传统的砌体优越得多, 例如100mm左右厚的R15保温棉, 热阻值可达1米左右的砖墙厚度。因此这种墙体有着更高的科技含量和节能效果。另外, 外墙防水、 防潮材料的应用也采用了当今最新的建材。房屋的内墙全部采用防火石膏板。石膏板除具有防火功能外, 还有一个特性常常不为人所注意, 这就是石膏板所具有的呼吸功能, 可在梅雨季节吸收室内空气中大量的水分, 使室内的空气保持干燥, 而在秋科季节比较干燥的时候就会把水分释放出来调节室内的湿度。因此住在周围是石膏板的房子里, 要比砖石水泥砌筑的房子舒适得多。
轻钢结构房屋的窗一般是采用中空玻璃不但胡很好的保温隔热功能可节省大量的能源, 而且有较高的隔音功能, 隔音程度一般达40分贝以上, 为住房大大减少噪音的污染。
轻钢结构房屋的室内水电管线布置全部可暗埋在墙体中, 而且布置非常灵活修改也非常方便, 一般这种住宅的实用面积可达92％以上。住宅中一般配备较高科技含量的设备, 主要有中央空调系统、 中央热水系统、 中央报警及防火报警系统、 电动遥控四库门等。厨房一般配有现代炉灶、 排烟机、 洗碗机、 垃圾处理机、 直饮水等设备。由于轻钢结构的墙体构造更容易布置住宅智能化的综合布线系统, 这种民用的智能化设计能够把住宅所有的用电设备联成一个整体系统, 用户能够电话或遥控装置操作住宅中的所有家用电器。
　　四、  轻钢结构住宅的经济性探讨及它的优点
　　首先, 对于承重结构体系采用镀锌轻钢龙骨就是一种很大的革新。这种结构体系有着更好的抗震、 防腐、 防虫、 环保和节能效果。我们曾对一栋300m2的轻钢结构进行计算, 用钢量仅为33－35吨／m2, 建成后的建筑物自重仅为70－80吨／( 含装修) 。由于建筑物的自重非常轻( 相当于砖混结构的1／4－1／6自重) , 因此地基及基础的处理就简单, 一般的基础是采用钢筋砼条形基础( 只需构造配筋) 。对地耐力要求一般是在8－10吨／m2。
而这种体系房屋的另外一个突出的优点是表现在它的施工安装上。由于建筑材料大量采用成品及半成品, 这种房屋的施工安装速度非常快, 全部由预割 现场装配的房屋, 包括所有的精装修及设备安装,整个建造过程大约只需要3个半月的时间工厂预制程度更高, 仅需1个半月左右的时间就可完成全部工程。
　　其三, 这种工程施工几乎全是干作业施工现场非常干净所采用的施工机械也比较简单, 但机械化程度却较高, 施工工序管理先进也是其主要优点之一。
由于这种房屋的施工特点, 所占用的施工现场、 建筑垃圾、 建筑施工噪音等都减少到最低的程度, 也能够称为是环保型建筑的典范。
　　关于当前这种房屋的综合造价, 我们能够从两个方面去分析, 这就是不含装修的”清水房”及含所有装修及电器配置的”成品房”。但由于这种房屋建筑体系的特点不同于传统做法, 它的属于精装修部分的许多管线是预先含埋夺墙体内的, 因此两者不可断然分割。我们一般也不主张这样不科学的分割, 若硬要分开来说的话 那么第一种情况当前的综合造价大约在1500－1800元／m2左右, 随着产业化程度的提高用所采用建筑材料的进一步优化, 预计成本还能够不断地有所降低。第二种情况实际上是要加上装修及设备的综合造价, 这种造价完全能够与当前市场上的装修成本相比, 甚至更低。这种房屋所具有的更多的科技含量效应、 节能效益等暂且不计, 仅就它比传统的建筑可增加10％－15％左右的使用面积而言, 就已经可明显的看到它的经济效益, 。对于具体的建造项目的成本更取决于业主对房屋的装修标准及电器设备配置的确定。我们更主张按国外比较一般的做法, 即: ”一步装修到位”, 这样不但为业主节省了很多事情, 也才是对这种体系房屋造价的比较科学和客观的介评, 这也是中国商品房消费的一种必然趋势。

　　五、  关于多层高层钢结构住宅发展的建议
　　从今年开始, 我们已开始对多层轻钢结构住宅国产化进行研究, 但我们初步的研究情况发现, 由于多层住宅是定位于比较低的消费群体, 因此建造成本一定要相对比低层住宅一定要更低一些。而我们当前做出的测算与当前中国广泛采用的砖混及钢筋砼框架体系的建造的住宅成本比有较大的差距。我们认为, 多层轻钢体系在技术上应是成熟的, 但与市场所能接受的成本差距较大, 因此体系作为承重体系, 采用轻钢龙骨作为外维护墙、 内隔墙及屋顶结构体系, 由于墙体及屋顶的改进, 整个建筑物的科技含量大提高, 建筑物的自重也会大大减轻。加之使用面积的增大、 建设速度的快捷等, 那么它的综合成本会非常接近普通的砖混框架体系, 甚至可能会做到更经济。它的综合的经济、 社会效益以及居住质素的优化, 是中国传统建筑住宅因此伦比的。
最后, 我们希望并坚信, 经过我们建筑界各位同仁的共同努力, 轻钢结构住宅一定会在中国迅速普及, 并创造出广泛而显著的经济效益与社会效益。