轻钢龙骨钢结构体系

轻钢龙骨钢结构体系在住宅中的实际应用--------------------------------------------------------------------------------一、前言随着我国住宅产业化进程的加快，装配式住宅，特别是装配式钢结构住宅正在成为热点。在各种轻钢结构住宅体系中，应该说镀锌轻钢龙骨结构体系是目前引进国外钢结构住宅技术比较成熟的体系之一。从钢结构住宅发展的历史上看，美国是开发和应用这种技术比较早的国家。追踪其技术的源头，加拿大、澳大利亚、日本等国家的钢结构技术大都吸取了美国的经验。我国编写的有关钢结构住宅规范，也主要是参考美国钢结构协会有关规范起草的。对于钢结构住宅的应用，尽管建设部在努力向全国推广，但大部分住宅发展商及用户仍然对此持观望态度。国内一些大发展商也安排自己的专业技术人员进行应用研究。由于对这种在国际上并不是太新的通用技术过于陌生，许多应用研究仍停留在计划上。笔者在此以通俗易懂的方法，从几个方面介绍轻钢龙骨结构体系在民用住宅方面的应用，希望能对有意从事钢结构住宅设计及制造的人们有所帮助。二、轻钢龙骨结构的墙板承重体系镀锌轻钢龙骨在以往的工程应用中主要是来做分隔墙及天花吊顶，并非用于承重结构。轻钢龙骨结构住宅是通过钢龙骨与工程板协同作用来承受各种荷载，我们简称之为板肋结构体系.这种结构体系可把建筑物的荷载均匀分散，把局部集中荷载减少到最低程度。承重龙骨的间距一般为400毫米，墙体龙骨厚度一般仅为100-150毫米，楼板及屋面龙骨厚度为150-300毫米。这样的墙体和楼板厚度的空间可布置住宅所需要的任何管网。在美国的这种结构体系中，可根据住宅不同的荷载数据在手册中查出不同荷载所应采用的龙骨截面尺寸及钢材等级，使结构计算变得非常简捷方便。由于这种板肋结构体系承载特性，我们可以在建筑设计中更少地考虑结构因素，使空间设计尽可能满足使用功能，立面设计也更加丰富多彩。三、轻钢龙骨结构体系住宅主要采用的材料这里主要介绍轻钢龙骨结构体系结构部分的主要用材，其他部分的材料应与类似的装配式住宅大同小异。许多人对装配式建筑用材有很大的误解，认为采用了许多特殊材料。实际上，所有的建材我们都能在国内采购到。1、镀锌轻钢龙骨用我国各钢厂现在生产的镀锌钢板，现有国内的轻钢龙骨厂完全有能力生产轻钢龙骨体系住宅所采用的龙骨。一条完整的生产线大约需人民币20万左右，国产的生产线完全可达到有关的技术要求。作为永久性房屋构件，镀锌钢板的镀锌指标应选用200-275克/平方米。2、工程板工程板与钢龙骨的结合才形成了板肋结构。工程板主要是与龙骨连接的OSB板（定向刨花板或防水胶合板）、石膏板。OSB板是经过防腐防水处理的，厚度一般为9-18毫米。我国曾有几家厂生产过类似的产品，但因各种原因都已停产。OSB板目前主要从北美进口。中国在加入世贸组织后，OSB板的价格已非常便宜。我们也可以用国产胶合板来替代OSB板。从板的某些力学指标来看，防水胶合板还要优于OSB板的性能。石膏板的选择余地很大，国内有多种品牌可选择。住宅的卫生间及厨房一般采用防潮石膏板。石膏板的厚度，在墙面上采用9-12毫米，天花板一般采用12-15毫米。这几年我国石膏板及其相关产品已完全达到国际水准，为我国产业化住宅的推广提供了非常方便的条件。3、保温隔热隔音材料保温隔音材料一般采用玻纤棉产品。我国目前已有许多厂家可生产这种保温材料。在北方地区，为解决冷桥问题一般还要采用泡沫挤塑板钉于外墙，以加强钢龙骨与外界环境的分隔。这种泡沫挤塑板目前也用于其他建筑结构体系的保温隔热处理。4、墙体及屋面的防水材料轻钢龙骨住宅的防水材料主要用于外墙、屋面部位。墙体采用一种能单向透气透水的建筑纸（BUILDINGPAPER）或其他优质防水卷材。屋面及门窗套一般采用厚度为2毫米左右的改性沥青卷材SBS.外墙如需要水泥基底构造，则需在防水卷材上钉铁丝网，之后抹水泥砂浆基底。有了水泥砂浆基底外墙可粘贴任何装饰材料。屋面的SBS卷材钉好后，可采用各种屋面瓦来完成屋面的构造，如多彩瓦、英红瓦、西班牙瓦、日本瓦、彩钢瓦等。四、轻钢龙骨住宅的施工安装1、基础施工基础一般采用钢筋混凝土条型基础。由于钢结构住宅的重量只有钢筋混凝土结构住宅的1/4-1/6，基础处理比较简单。钢结构与混凝土基础的连接是采用Φ10-Φ12地角螺栓沿承重墙预埋，间距一般为1.2-1.5米。考虑到房屋抗震抗风的要求，在房屋的转角处还要预埋镀锌扁铁与钢结构连接。其抵抗水平力的作用非常象砖混结构中的构造柱。2、钢结构构件的工厂预制根据设计图，工程师须先提出钢龙骨加工料单。所有的龙骨均由U型和C型断面组成，只是断面与长度尺寸的不同。龙骨厂在龙骨制做完成之后，房屋的主体结构一般有以下三种形式装配。第一种情况：所有龙骨及构件均运到施工现场安装。这种情况比较适合于较复杂的房型及规模不大的工程。其特点是方便灵活，许多设计及施工中的问题均可在施工现场解决。第二种情况：主要大型构件如屋架、大梁、部分墙体先由组装厂预制好再运到施工现场吊装。第三种情况：房屋的墙体（含门窗）、楼板、屋面等均在组装厂安装完毕，甚至水电系统也进行初步的安装到位。然后把这种接近成品的房屋构件运到施工现场组装。第一、第二种情况房屋主体结构的安装一般需要20-30天，而第三种情况只需7-10天。第三种情况已使房屋的建造达到了较高的工业化水准，具备了规模化生产的条件。在美国这种做法多用于规模较大的经济型住宅。目前我国采用的主要是第一、第二种情况。3、钢龙骨构件的连接龙骨与龙骨、龙骨与工程板的连接均采用高强自攻螺钉连接。前面已提到了龙骨与混凝土基础的连接方法。在局部采用轻钢龙骨结构的其他住宅结构体系中，龙骨与混凝土、龙骨与大型钢构件的连接采用强力射钉连接。目前市场上可采购到的射钉枪，可以射穿6毫米厚的钢板。实际上轻钢龙骨的这种连接方式是非常简便的。每一个连接节点在构造上都有明确的规定，使现场工程检验也非常方便。4、现场组装的主要步骤轻钢龙骨构件运到施工现场后，现场工程师要先根据设计图在基础上放线，之后主要施工步骤如下：墙底U型龙骨与地角螺栓连接——＞龙骨墙安装（含门窗过梁）——＞楼面龙骨安装——＞垂直度、水平度校核——＞封楼面工程板——＞做二层龙骨墙体（含门窗过梁）——＞三层楼面或天花龙骨安装——＞屋架安装——＞整体垂直度、水平度校核——＞封外墙和屋面工程板。五、轻钢龙骨结构体系在民用住宅中的应用范围在住宅应用上可分以下几种形式：1、纯轻钢龙骨结构所有构件均由轻钢龙骨构成。由龙骨做的梁（梁高300毫米），最大跨度可达9米左右，由龙骨和工程板所制作的楼板跨度可达7米左右。这种体系主要适用于低层住宅。由于目前这种体系的住宅成本较高，主要在高档住宅上得到了比较广泛的应用。但随着我国钢材及工程板材价格的不断下降，我们相信在不久的将来我国农村的住宅建造也最终会放弃延用了几千年的秦砖汉瓦，转而采用这种新材料、新工艺的装配式住宅。2、型钢与轻钢龙骨结合的结构体系在跨度比较大、集中荷载也比较大的结构中，采用型钢（或H型钢）与轻钢龙骨结合的体系可以获得更好的技术经济效果。这里有两种情况，一种是以轻钢龙骨为主，局部采用型钢；另一种是以型钢为承重框架，轻钢龙骨作为维护墙及分隔墙。这种体系比较适合用于多层住宅。3、钢筋混凝土结构与轻钢龙骨结合体系从当前的市场情况来看，对于轻钢龙骨结构作为辅助结构，应用于现有的住宅结构体系之中，也许有着更多的现实意义。最常用的例子是在钢筋混凝土结构住宅上面建造钢结构坡屋顶。不少城市现在正提倡坡屋顶运动。从坡屋顶建筑的历史源头来分析，它本身就是用钢结构或木结构做成的。我们现在的设计师却硬要用沉重的钢筋混凝土去造坡屋面。这种做法不论在技术上还是经济上都是不合理的。对于以钢筋混凝土结构为主体的住宅也同样可以把局部房间或楼层做成轻钢结构。笔者曾参加了深圳某高层钢筋混凝土结构住宅的局部钢楼层的设计及建造。在一套二房二厅、建筑面积为80平方的户型中，设计了4.5米的层高。我们把4.5米层高的厅保留，把卧室部分用钢结构加隔成两层。这一下子就使原本二房二厅变成了四房二厅，使用面积增加了近50平方米，而这部分钢结构的单位造价仅为400元/平方米左右。这样一来使发展商、用户都得到了比较满意的结果。从以上分析我们发现，推广钢结构住宅不应是简单地去想如何用钢材去造住宅，有时还要考虑钢结构技术如何合理的应用并得到市场的认可，这才是我们推动钢结构住宅发展的正确思想。因此我们建议，采用钢筋混凝土结构作为承重体系，采用轻钢龙骨作为维护墙、内隔墙及屋顶结构体系建造住宅。由于墙体及屋顶的改进，整个建筑物的科技含量大大提高，建筑物的自重也会大大减轻。加之使用面积的增大、建造速度的快捷等，那么它的综合成本会非常接近普通的结构体系，甚至可能会做到更经济。