冷彎薄壁輕鋼結構房屋技術簡析

2015/4/7

《低層冷彎薄壁房屋建筑技術規程》(JGJ227)已經于2011年12月1日實施，這標志著國內輕鋼結構住宅將有法可依。輕鋼結構住宅建筑是住宅產業化的必然趨勢，她的發展將促進我國住宅建筑標準化、工業化和現代化水平的提高。

輕鋼結構住宅建筑一般指用冷彎薄壁鋼結構作為承重骨架，圍護、分隔結構以及屋面材料均用輕體材料組成的住宅建筑，其構件及部品在工廠加工制作，在工廠預先組裝或者運到現場進行組裝。

本文對輕鋼房屋性能試作簡要分析。

結構性能

(1)輕質樓蓋系統

其樓蓋由冷彎薄壁C型鋼樓面梁與鋪于樓面梁上的結構面板組成。樓面梁一般跨度為3.6m~6.0m，樓面梁高為200~300mm，樓面梁間距為600毫米。樓面梁腹板上可以預開孔，但標準中對開孔有嚴格要求。結構面板通常采用厚度大于15mm的OSB定向刨花板或水泥壓力板;也可以選擇在定向刨花板上再澆筑40mm的細石混凝土。輕質樓蓋根據不同的設計要求，每平方米可承受最大500公斤的荷載，如果采用桁架式樓蓋其跨度可以做到8m以上，澳大利亞標準中采用的G550-AZ150高強度鍍鋁鋅鋼材制作的桁架式輕質樓蓋更為科學合理，這樣對于管線的穿越與布置極為方便，

目前鑒于國內輕鋼企業技術裝備水平，目前國內僅有少數企業具備此技術水平。

(2)墻體結構

承重墻由立柱、頂導梁和底導梁、支撐、墻體結構面板組成。立柱為C形輕鋼構件，其壁厚根據所受的荷載而定，通常為0.75~2mm，立柱間距一般為400~600mm，立柱的下端為開口朝上的底導梁，立柱上端為開口向下的頂導梁;為提高墻柱的穩定性，一般墻柱高度范圍內設1~2道水平鋼拉條或撐桿。這種墻體結構布置方式，可有效承受并可靠傳遞豎向荷載，且布置方便，目前國內也有極少數企業采用澳大利亞標準的較為先進的智能化設備生產帶肋C型龍骨墻體，因采用了G550-AZ150鍍鋁鋅高強度鋼材而且其C型龍骨截面上有七條加強肋，

其力學性能極度加強，所以其用鋼厚度精簡到極致，可以采用0.55mm壁厚適用于次承重結構墻體。

為抵抗水平風荷載與地震作用，輕鋼結構住宅體系中抗側力體系、抗剪墻可采用墻體結構面板、交叉支撐或K型支撐形式。用作抗剪墻的結構面板可采用定向刨花板、石膏板、水泥纖維板及薄鋼板。上下樓層之間通過連接件可靠連接，以有效傳遞水平剪力與和上拔力。

(3)屋面結構

屋面結構采用輕鋼桁架的方式作為屋面的主要承重結構。屋面桁架的間距根據屋面荷載的不同可以按照300~1200mm布置。屋面桁架上部可以用輕型的檁條，檁條跨度最大可以做到1800mm。另外如果技術裝備條件允許，也可以采用澳大利亞標準的板式屋面技術，板式屋面技術對于復雜多變的屋面造型更加容易實現，其支撐架與屋面板及天花板框架可靠連接使結構整體穩固性加強，而且非常方便于屋面板材及吊頂板材的安裝。

屋面的圍護可以根據客戶的需求采用傳統的水泥瓦、陶瓦，或者是時尚的多彩瀝青瓦或顏色豐富的金屬屋面瓦等瓦材。

由于整個斜屋面系統都是空間，整個屋面的保溫隔熱都可以集成到斜屋面和平吊頂兩部分，斜屋頂中間的空間可以通風，讓整個建筑更加透氣，成為可以呼吸的房屋。

防腐蝕性能

由于我國幅員遼闊，建筑材料需要滿足各個地區、各種環境的要求。參照國家頒布的標準，對于高腐蝕性地區或特殊建筑物，鍍鋅量應不低于275g/㎡(雙面)或鍍鋁鋅150g/㎡(雙面)，并應滿足現行國家或行業標準的規定。這一規定與澳洲的規定一致。

根據博思格鋼鐵澳洲研發中心的研究數據分析，鍍鋅鋼板和鍍鋁鋅鋼板作為結構使用與暴露在建筑外部，鍍層消耗的速度會有很大的差別。即使在同一個建筑物內部，由于建筑各部分密封效果各不相同，造成大氣腐蝕環境的不一致。由于鍍鋁鋅鍍層表面有鋁和鋅兩種材料，鋁更加容易被腐蝕，產生極其致密的AL2O3，這些鋁的氧化物覆蓋在鋼板表層，更好地隔絕了鍍層鋼板與外界腐蝕環境的接觸。因此鍍鋁鋅層在室內環境中的預測壽命遠遠長于我們要求的結構壽命，可達到200年以上;即使在通風環境很不好的板材之間，預測壽命也能達到75年以上。

節能降耗性能

根據對輕鋼結構住宅與傳統住宅形式的節能降耗性能的比較，能夠明顯地看出輕鋼結構住宅的優勢。技術經濟指標主要是由建筑結構的導熱系數、蓄熱系數和每平方米每日能耗來評價。根據對輕鋼結構住宅和傳統的鋼混結構住宅所作的對比實驗，傳統鋼混結構住宅的導熱系數在0.065~0.08W/m·k之間，輕鋼結構住宅的導熱系數在0.055~0.07之間，輕鋼結構住宅的導熱系數比傳統鋼混結構住宅降低了0.01W/m·k;傳統鋼混結構住宅的蓄熱系數在0.95~1.10w/m.k之間，輕鋼結構住宅的蓄熱系數在1.30~1.40W/m·k之間，輕鋼結構住宅的蓄熱系數比傳統鋼混結構住宅降低了0.3W/m·k。

同時，由于輕鋼結構體系的自重較輕且結構靈活，在滿足結構強度要求的基礎上，能夠很好地集成各項保溫節能技術，除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維外，還采用在墻外側再貼一層保溫材料的“外墻外保溫”做法，有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋;樓層之間樓面梁內填充玻璃纖維，減少通過樓層的熱傳遞;所有內墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維，減少戶墻之間的熱傳遞。

防火性能

暴露的輕鋼結構在550℃的高溫下，一般在15分鐘左右就會喪失承重能力而垮塌。但通過油漆、復合或加厚圍護材料，在圍護結構上運用一些防火性能比較好的材料，可以確保整個住宅的防火性能達到規范的要求。

從目前輕鋼結構別墅的實踐情況來看，經過特殊防火處理的輕鋼結構住宅能夠滿足防火規范的要求。在國家固定滅火系統和耐火構件質量監測中心的實件檢測中，博思格鋼鐵配備雙面雙層石膏板的墻體耐火實驗，承重墻體可以達到1.22小時的耐火極限。

隔聲性能

輕鋼結構住宅由于受力構件自重較輕，且中間基本上為中空結構，很容易形成“鼓膜”效應，因此撞擊隔音效果很差。為了滿足空氣隔音和撞擊隔音的綜合要求，在輕鋼結構住宅中，可以采用內外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉，來有效阻止通過空氣傳播的音頻部分。試驗表明，填充玻璃棉能夠使結構的空氣隔音效果得到進一步的提高，達到50dB以上，在進行圍護結構處理之前，就能夠達到居住的要求。

防潮性能

在輕鋼住宅的標準配置中，整個墻體的外圍使用單向呼吸紙對整個墻體進行防潮密封。這種密封可以在隔絕室外潮氣進入室內的同時，避免室外大氣中的有害物質腐蝕金屬材料，也可以排除室內的潮氣。而整個墻體用到的石膏板也成為可以呼吸的墻體。呼吸紙和防潮膜可以保證金屬產品在密封而干燥的空間有更加長久的壽命，也可以讓室內的空氣更加干爽。

而在屋面，帶鋁箔貼面的保溫棉可以完全隔絕潮濕空氣的進入，避免金屬結構直接暴露在戶外腐蝕環境中。

另外，輕鋼結構具有自重輕的特點。對于一些交通不太便利的山區和農村，在運輸不便利的情況下可以降低整個運輸的成本、還可以降低現場重型機械的利用，從而節約施工工期和施工成本。

輕鋼結構的材料本身并不是高科技，但由于鋼材的加工特性，我們盡最大可能地實現工廠加工來降低現場施工的周期和成本，目前世界最為先進的輕鋼結構加工技術在澳大利亞、新西蘭，為照顧國內大部分企業的生產企業裝備水平故《低層冷彎薄壁房屋建筑技術規程》(JGJ227)標準對澳大利亞技術沒有詳盡列出，相信在不久的將來，更為節材智能化的澳大利亞超輕型鋼結構技術會在中國普及。

以鋼材為主要原材料的輕鋼住宅體系對環境更加友好，100%的鋼材都可以回收再利用，整個施工過程中的干法施工大幅減低對大自然水資源的利用和污染，也大大提高了現場施工的速度。

從各方面性能的比較可以看出，輕鋼結構住宅相比傳統建筑有著很大的優勢，在人們生活水平日益提高的今天，我們有理由相信，新的輕鋼結構住宅可以用更低的成本讓大家生活得更好。