鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協(xié)會
建筑鋼結構分會主辦
隨著粘土磚逐漸被取消，空心砌塊和混凝土砌塊作為替代粘土磚的建筑材料，在節(jié)土節(jié)能和環(huán)境保護方面已經開始產生重大社會效益。根據材料不同，分為普通混凝土與裝飾混凝土小型空心砌塊、輕骨料混凝土小型空心砌塊、粉煤灰小型空心砌塊、蒸汽加壓混凝土砌塊和石膏砌塊。這些砌塊保留了粘土磚取材廣泛，施工方便，造價低廉的特點的同時，還有其獨特的優(yōu)勢：生產不毀壞耕地，無須燒制污染較小，耗能不足粘土磚的一半，自重輕，有利于地基處理，保溫性能更好，施工速度快，節(jié)省砂漿等優(yōu)點。是目前國家大力推廣的建筑材料。
但是空心砌塊與抹面砂漿結合不如粘土磚，容易在墻面產生裂縫，影響美觀。而且一般無法利用墻壁安裝物品，比如空調的掛機，因為強度較差容易損壞。作為外墻極容易滲漏，雨水會順著空心磚到處滲漏，使人找不到漏水的位置，使用壽命比實心磚短?？招钠鰤K對施工要求更高，從玉樹地震現場來看，空心砌塊房屋已經倒塌，混凝土框架實心粘土磚砌塊填充墻房屋安然無恙，如圖2-2，最主要的原因就是，空心磚砌塊沒有按照規(guī)范中設置圈梁和芯柱，導致玉樹地區(qū)地震受損嚴重，所以需要工程施工單位積累更多的施工經驗和施工技能，并且嚴格按照規(guī)范施工。
加氣混凝土容重輕，強度大，隔熱、保溫性能好，可加工性好，其吸引隔音效果和抗震性能均優(yōu)于空心砌塊，建筑結構形式見圖2-3。但是，加氣混凝土砌塊孔隙率大，吸水高，因而不得砌筑在建筑物標高±0.00以下或長期浸水或經常受干濕交替部位。加氣混凝土砌塊表面強度低，在運輸和搬運過程容易缺角或斷裂現象，增加材料的損耗和浪費，因而在運輸和搬運過程應小心操作。加氣混凝土砌塊表面容易起粉末，也不易于與砂漿更好的粘結，所以砌塊墻體宜用粘結性良好的專用砂漿砌筑，若加氣混凝土砌塊墻上直接預留門窗洞口，容易造成門窗邊滲水或漏水現象。加氣混凝土砌塊的生產齡期為28天，因而供應量受到一定的限制，不適宜小規(guī)模生產?？傮w來說，加氣混凝土砌塊只要精心施工，規(guī)范操作，盡可能避免或減少施工中可能出現的質量問題，加氣混凝土砌塊到也是建筑砌體中較好的選擇。
3．混凝土框架結構
混凝土框架結構的梁、柱和樓板都是現澆而成的，如圖3-1，因此整體性較好，抗震度比較高，防水性比較好。配合砌塊填充墻和分割墻使用，既保證了抗震性能，又能發(fā)揮其自身優(yōu)良的特點，是目前最主流的低層和多層建筑體系。而且房屋內部空間分隔可以隨客戶的意愿而改變，二次裝修方便。
但是針對農村市場，框架結構也有其不便的地方。由于農村房屋建造工程規(guī)模較小，安裝模板，攪拌機械施工等的操作性沒有砌塊結構方便?；炷亮褐逍枰B(yǎng)護，濕作業(yè)較多，工程周期長，專業(yè)施工隊伍至少需要三個月施工時間，農村一些非正規(guī)的施工隊伍的施工周期需要半年或更長，人力資本投入也會相應增加。
4．鋼結構框架
目前我國鋼材產量已居世界首位，大力發(fā)展鋼結構房屋的條件已經成熟，國家也在逐步調整政策鼓勵發(fā)展鋼結構住宅，鋼結構發(fā)展正步入黃金時期。鋼框架結構房屋最主要的特點是可以工廠加工成型，長距離運輸和現場快速安裝，低層建筑鋼架進場2-3天便可完成框架搭建。而且，鋼結構抗震性更加優(yōu)越，是地震區(qū)的優(yōu)質結構體系，見圖4-1。
但是鋼結構的防火和防腐性能欠佳，每根構件都需要進行防火和防腐處理，這樣結構在安裝時候容易碰掉漆或防火涂料。同時，鋼框架結構和砌塊墻體結合并不能像和混凝土那樣良好結合，熱脹冷縮時容易產生裂縫。另外，鋼框架結構構件一般為H型鋼，對于墻體屋面等部分是不規(guī)則面，在梁柱等部位處理起來相對麻煩。有部分工程采用速凝改良混凝土將鋼柱包裹，30-45分鐘就可拆模，定型模板不但可將外柱制成各種形狀，也可與各種砌塊連接，避免鋼材與砌塊之間由于兩種材料的熱脹系數不同而產生裂縫，同時起到防火和防腐的作用，這樣不僅提高結構性能，更能節(jié)約成本?？傊?，鋼框架結構的前景非常廣闊，隨著技術不斷提高，結構的適用性也不斷的改善。
5．冷彎薄壁結構體系
在建設部大力推行鋼結構住宅政策的推動下，不少房屋公司也開始引進冷彎薄壁型鋼結構體系。北新房屋有限公司在北京、山東等地建造了一批采用新日鐵工法的薄板輕鋼房屋；上海美建公司、上海綠筑住宅系統(tǒng)科技有限公司建造了一批代表北美體系的冷彎薄壁型鋼結構住宅別墅；博思格住宅部、鋼之杰有限公司也建筑部分住宅，但大部分住宅房屋業(yè)務出口海外市場。
薄壁輕鋼結構住宅的結構體系采用0.75mm-2.0mm的鍍鋅或鍍鋁鋅C型件組成，構件間距一般為600mm，屬于密肋式結構體系，如圖5-1。外墻一般采用水泥纖維板，OSB板，XPS等干掛式保溫和裝飾材料，骨架內填充隔音棉，內墻采用單層或雙層石膏板；樓板采用C型梁或桁架梁，上鋪OSB結構板材；屋面一般為桁架系統(tǒng)，上面鋪設OSB板，防水層以及玻纖瓦、瀝青瓦或鋼瓦等屋面材料，室內為石膏板吊頂。整套體系加工時，墻體龍骨腹板和樓面托梁腹板通常給予等間距的沖孔，以方便水電管線的穿越。
薄壁輕鋼結構住宅體系的優(yōu)點十分明顯，自重最輕，基礎負載最小，運輸方便，施工周期短，工業(yè)化程度高，干作業(yè)工期約為2個月，可實現墻體及桁架工廠預拼裝，現場作業(yè)文明，廢料少，其材料均可再生利用，完全符合環(huán)保建筑的要求。薄壁輕鋼結構體系除基礎施工外可以完全做到干作業(yè)施工的結構體系。另外，薄壁輕鋼結構體系空間分割較為靈活，抗震性能優(yōu)越，同濟大學完成的足尺模型試驗顯示，9度罕遇地震下僅石膏板螺釘脫落，而且不受白蟻蛀蝕，適用面廣。
但是薄壁輕鋼體系也有其不盡人意的地方。主要是墻體板材不適合直接掛載，掛載需要連接在結構龍骨上，所以必須預先確定龍骨位置，否則容易破壞墻面，而且墻面破壞維修和建筑二次裝修均是非常麻煩的事情。墻壁和樓層內為空腔雖然里面填充有吸音棉，但是隔聲效果和撞擊聲依然能感覺到。整個結構體系只用螺絲釘連接，給人不是很結實的感覺。結構體系冷橋較多，如果外部不設置保溫板，保溫性能差。
6．結論
1) 砌塊結構、混凝土框架結構、鋼結構框架結構和冷彎薄壁結構體系是低層住宅的主流結構體系，各種結構體系有其各自的優(yōu)點和缺點。只有熟悉這些材料的特性，才能更好的揚長避短的利用其各自特點。
2) 每種結構體系都有其適合的范圍，砌塊建筑適合對房屋要求比較低和地震設防烈度較低的地區(qū)；混凝土框架和鋼框架適合于地震烈度較高和住宅質量要求較高的地區(qū)；薄壁結構體系適合于工期要求短，材料匱乏，環(huán)境破壞要求小的地區(qū)，例如旅游度假村。根據具體的要求可以選擇適當的結構形式。
3) 每種結構體系房屋的造價也不近相同，砌塊結構房屋最便宜，其次是混凝土框架結構房屋，最貴的是鋼框架和薄壁結構房屋，比混凝土框架結構貴10%-20%。所以，需要參考相應的經濟條件選擇適當的房屋結構形式。
總之，隨著中國經濟的不斷發(fā)展，農村的房屋市場需求逐步釋放，參考本文對各種體系的介紹，對房屋結構形式選擇有所幫助。
參 考 文 獻
[1] 許強，陳剛，盧文浩，低層輕型鋼結構住宅設計，建筑結構，增刊Vol36，2006.6
[2] 沈祖炎，李元齊．高強冷彎薄壁型鋼住宅結構抗震性能研究報告[R]．上海：同濟大學建筑工程系，2007．
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