钢结构住宅技术发展与展望

钢结构住宅技术发展与展望

0国钢企业发展的必要性长期以来，我国通过缺乏木材，对建筑钢结构的应用有限，建筑钢结构的使用有限。我国钢产量降至极低。改革开放以后,我国的钢产量有了很大的提高。钢材市场形成了供过于求的新形势,为发展我国的建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。目前,12层以下钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础,国内外钢结构住宅体系主要有轻钢龙骨(冷弯薄壁型钢)体系、框架体系、框架-支撑体系、桁架体系、钢框架-混凝土核心筒(剪力墙)体系等。1与钢结构住宅的特征从住宅建筑的发展来看,钢结构住宅具有以下技术优势。a)结构自重轻。钢结构体系自重约为混凝土结构的一半,可以大大减少基础的造价。b)抗震性能好。钢结构体系用于住宅建筑可以充分发挥钢结构延性好、塑性变形能力强、具有优良抗震性能等优点,从而大大提高住宅的安全可靠性。近年来的震害,尤其是台湾大地震调查结果更是证明了钢结构在地震中的良好表现。c)分隔灵活。钢结构住宅能比传统建筑更好地满足建筑上大开间、灵活分隔的要求,并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板提高使用面积率。d)利于节能。与钢结构配套技术的轻质墙板、复合楼板等采用新型材料,符合节能建筑的要求。e)工业化程度高。钢结构构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制作、产品化,现场湿作业少,符合环保建筑的要求。f)钢结构住宅体系可以实现住宅建筑技术集成化的产业化新思路。g)钢结构体系施工周期短(约为混凝土结构的1/3-1/2),可以大大缩短投资资金的占有周期,提高资金的投资效益。h)钢结构体系住宅直接造价略高于混凝土结构,但其综合效益却明显高于传统的住宅体系。i)符合环保和可持续发展要求,污染小,可回收再生。2承重式力学模型建筑外围护体系在功能上最为复杂,要求具有防水、防火、隔声、保温、隔热、美化和具有一定强度等功能,有承重、承自重和不承重3种类型。在钢结构住宅中,建筑外围护体系多属于后2种,其中以不承重(挂板)居多,当前各地做法有砌块+保温层复合型围护材料和复合板材围护材料两大类型。2.1凝土砖、炉渣混凝土透心砖国内常用的砌块类型包括蒸压加气混凝土砌块、陶粒混凝土空心砌块、炉渣混凝土空心砌块、普通混凝土空心砖。砌块与聚苯板共同组成的复合型墙体。2.1.1建筑墙面等非织造材料蒸压加气混凝土砌块具有容重轻,力学性能较好,保温,隔热,可锯、切、钉、钻等特点,可广泛应用于建筑的墙体,减轻房屋自重,增加建筑使用面积,并且施工简捷、墙面平整、减少辅助材料用量,能较大地降低建筑物综合造价,具有良好的经济和社会效益。2.1.2填充墙、围护墙以轻质黏土陶粒制成的混凝土空心砌块,具有防火、质轻、高强、隔热、防潮等优点,是优良的轻质建筑材料,适用于公共与民用建筑的框架填充墙、围护墙。陶粒混凝土空心砌块不含酸碱,不会风化,以水泥黏结而成不怕长期水浸,使用期可达50年以上。陶粒混凝土空心砌块使用方便,规格整齐,施工时可以随意切割、安装;施工时不必淋水,场地清洁,可以采用传统的水泥沙浆抹灰。陶粒混凝土空心砌块容重轻,其密度为450-650kg/m3。2.1.3新型墙体材料炉渣混凝土空心砌块主要由水泥、炉渣、细骨料、外加剂等材料组成,是经搅拌、震动成型、脱模养护(自然养护或蒸汽养护)而成的新型墙体材料,具有容重轻、保温隔热性能好、原材料来源广泛等优点。炉渣混凝土空心砌块以工业废渣为主要原料,符合国家节地、节能及环保政策,符合国家墙改精神,具有较好的经济与社会效益。由于炉渣混凝土空心砌块容量轻、施工方便,可有效节约砌筑与抹灰砂浆,可减轻墙体自重,增加使用面积,降低造价等,广泛用于公共与民用建筑的框架填充墙、围护墙及低层房屋建筑的承重结构。2.1.4煤石等工业废水混凝土空心砖是一种新型墙体材料,具有体轻、强度高、保温、节能和免土等特点,其生产过程不用烧制,不产生污染,能充分利用粉煤灰、煤渣、煤矸石等工业废料作为原料,不仅解决目前工业废料堆放的环境问题,而且节约土资源。2.2综合板护理材料2.2.1岩棉复合外墙板岩棉复合外墙板由150mm厚钢筋混凝土结构承重层、岩棉保温层和50mm厚混凝土外装饰保护面层组成,用钢筋连接。2.2.2水泥聚苯乙烯夹芯板钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板主要包括钢丝网架聚苯乙烯芯板(简称GJ板)和钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板(简称GSJ板)。GJ板中主要包括泰柏板、3D板和舒乐舍板等。钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板具有轻质、高强、保温、隔声、防水、抗震等优良的性能,同时还具有便于运输、易于施工、工期短、增加建筑物使用面积等特点。在节约能源、降低建筑物自重、节省建筑工程投资等方面具有突出的综合经济效益。2.2.3高密度聚苯乙烯板和混凝土自承重墙玻璃纤维增强水泥复合外板以玻璃纤维网增强水泥轻质平板为面层,中间以高密度阻燃聚苯乙烯板、轻质骨料混凝土为芯层,采用高强度黏结胶黏合而成,适用于有建筑节能要求的各种建筑结构的围护墙和单层或二层建筑的自承重墙。2.2.4复合型保温墙体的材料硬质聚氨酯泡沫塑料复合夹心板是以聚氨酯、发泡剂、稳定剂和金属面板为主要原料,经型材轧制、浇筑、发泡、成型而成的复合型保温墙体。具有轻质、高强、保温、隔热等性能,并有外形美观、组合性强、适应面广、便于施工等特点。2.2.5墙板、楼地板等基本构件现场拼装成功率高、结构形式薄板钢骨住宅体系具有舒适、环保、节能、可循环利用、抗震等显著特点,用轻钢龙骨与纤维水泥外墙挂板、石膏板、岩棉等共同组合成耐力墙板、楼地板等基本构件,主体结构以这些基本构件现场拼装而成。这种结构形式,在建筑上有极强的适应性,无论是对于中国居住文化的继承、居住性能、设计、建造、施工,还是经济等方面都有着较大的优越性,是21世纪的新概念住宅。2.2.6薄膜保温层的应用由于聚氨酯泡沫塑料的绝热性能和硬度等都大大优于岩棉,北新集团下属的北新房屋公司在薄板钢骨住宅体系中,采用40mm厚的聚氨酯泡沫塑料加70mm厚的聚苯板作为保温层,极大地提高了薄板钢骨住宅体系的保温性能。3不同节能标准的围护结构的传热系数限值通常把导热系数较低的材料称为保温材料,把导热系数在0.05W/m·K以下的材料称为高效保温材料。目前,用于建筑外保温的节能材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料板、岩(矿)棉板、玻璃棉毡等。这些材料所具有的一个共同特点就是在材料内部都有大量的封闭孔,它们的表观密度较小,这是作为保温隔热材料所必备的。岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉,它们都属于无机材料。岩棉不燃烧,价格较低,在满足保温隔热性能的同时,还具有一定的隔声效果。但保温性能好的岩棉密度低,其抗拉强度也低,长时间使用会发生塌落而使墙体产生大面积冷桥,因此耐久性比较差。玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处,其手感好于岩棉,可改善工人的劳动条件,但它的价格比岩棉高。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主要原料,经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小、导热系数小、吸水率低、隔音性能好、机械强度高,而且尺寸精度高,结构均匀,因此在外墙保温中其占有率很高。目前,国内执行的是节能50%的《居住建筑节能设计标准》,北京市执行的是与之相应的节能65%的《居住建筑节能设计标准》。鉴于目前尚无节能75%的标准出台,这里以国内节能50%和北京市节能65%的标准为参照,假设节能标准中围护结构各部分传热系数的限值呈线性分布,对节能达到75%的墙体保温结构传热系数限值进行了估算,计算结果如表1所示。表1是指满足节能75%时,建筑各个部位需要满足的最低的传热系数。满足不同建筑功能的不同节能要求时,建筑各个部位的传热系数要求均不相同。各情况下的传热系数限值均由节能计算得出。下文将分别根据50%、65%和75%的节能标准对不同传热限值的围护体系进行计算和分析。同样保温性能厚度最小的墙体为最佳的墙体,并与钢结构体系适应的干作业方式的墙体为最适合的墙体。3.1气混凝土斑块基础墙体厚度聚苯板导热系数λ为0.042W/m·K,修正系数取1.1。a)当基础墙体为200mm厚时,保温层厚度d如表2所示。由表2可知,当节能50%时,蒸压加气混凝土砌块总厚度是205mm,墙体厚度最小;当节能65%时,蒸压加气混凝土砌块总厚度是240mm,墙体厚度最小;当节能75%时,蒸压加气混凝土砌块总厚度是290mm,墙体厚度最小。b)基础墙体为300mm厚时,保温层厚度d如表3所示。由表3可知,当节能50%时,蒸压加气混凝土砌块总厚度是300mm,墙体厚度最小;当节能65%时,蒸压加气混凝土砌块总厚度是315mm,墙体厚度最小;当节能75%时,蒸压加气混凝土砌块总厚度是370mm,墙体厚度最小。3.2复合夹心板墙体厚度a)以岩棉为保温材料(λ=0.055W/m·K)的薄板钢骨住宅体系的保温层厚度d如表4所示。b)以聚氨酯泡沫塑料为保温材料的薄板钢骨体系。采用40mm厚的聚氨酯泡沫塑料加70mm厚的聚苯板(或75mm厚玻璃丝棉)为保温层,保温层总厚度110mm通过计算可得这种复合墙板的传热系数为0.328W/m2·K,符合节能75%的估算限值。c)钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板(λ=0.035W/m·K)的保温层厚度d如表5所示。d)玻璃纤维增强水泥复合外板的保温层为珍珠岩,其导热系数λ为0.116W/m·K,墙板厚度为270mm,热阻为0.08m·K/W。玻璃纤维增强水泥复合外板的保温层厚度d如表6所示。e)硬质聚氨酯泡沫塑料复合夹心板的保温层为聚氨酯泡沫塑料,其导热系数为0.029W/m·K。硬质聚氨酯泡沫塑料复合夹心板的保温层厚度如表7所示。由此得出,当节能50%时,硬质聚氨酯泡沫塑料复合夹心板总厚度是35mm,墙体厚度最小;当节能65%时,硬质聚氨酯泡沫塑料复合夹心板总厚度是50mm,墙体厚度最小;当节能75%时,硬质聚氨酯泡沫塑料复合夹心板总厚度是100mm,墙体厚度最小。当节能75%时,以聚氨酯泡沫塑料为保温材料的薄板钢骨体系总厚度是110mm,墙体厚度也比较小。4聚氨酯泡沫塑料复合夹心板的选择作为钢结构住宅的外围护结构,必须满足保温、防水、隔声、轻质等性能。通过以上分析,在砌体材料中,加气混凝土砌块是各项性能较佳的选择;在复合墙板中