【鋼結(jié)構(gòu)·動態(tài)】國外鋼結(jié)構(gòu)和薄壁輕鋼住宅的發(fā)展

鋼結(jié)構(gòu)，特別是輕鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑系統(tǒng)誕生于20世紀初期，在第二次世界大戰(zhàn)期間迅速發(fā)展。在此期間，它主要用于要求高建筑速度的軍事建筑設(shè)施中，門式剛性框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在1940年代，并且由彩色輪廓板和冷彎薄壁鋼制涼鞋桿組成的輕型信封系統(tǒng)在1960年代開始廣泛使用。近年來，世界鋼鐵總量增加，而用于國際軍事需求的鋼鐵數(shù)量則下降。歐洲，北美，日本和澳大利亞等一些大型鋼鐵生產(chǎn)國和經(jīng)濟技術(shù)發(fā)達的國家繼續(xù)擴大鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍。高層獨立房屋，主要由1-3層組成。隨著以北美和歐洲為代表的各國土地資源的減少和人口的增加，多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋開始研發(fā)。各國的建筑鋼材在鋼材總消費中所占的比例已大大增加，日本約為50％。在美國，瑞典，日本和其他國家，用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼占鋼產(chǎn)量的30％以上，鋼結(jié)構(gòu)面積占建筑總面積的40％以上。 1.在1950年代，由于第二次世界大戰(zhàn)的嚴重創(chuàng)傷，歐洲對住房的需求很大。為了解決住房短缺問題，一些歐洲國家采用了高度工業(yè)化的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，并建造了大量房屋。已經(jīng)開發(fā)了一批完整的標準鋼結(jié)構(gòu)住宅系統(tǒng)，并一直持續(xù)到今天。在芬蘭，瑞典，丹麥，法國和其他國家，各種鋼結(jié)構(gòu)建筑系統(tǒng)已變得非常流行。其中，瑞典的鋼結(jié)構(gòu)，特別是輕鋼結(jié)構(gòu)最為發(fā)達，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的預(yù)制構(gòu)件已達到95％。輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大制造國，向歐洲國家生產(chǎn)和供應(yīng)的產(chǎn)品。 2.北美和澳大利亞在美國，加拿大和澳大利亞，鍍鋅輕鋼龍骨用于替代已開發(fā)了30多年的輕鋼住宅建筑系統(tǒng)的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)。 1996年，輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋在美國住宅建筑中所占的比例為20％，在加拿大約為30％，澳大利亞鋼結(jié)構(gòu)房屋的數(shù)量約占50％。但是，這種結(jié)構(gòu)主要用于低矮的小房子。自1990年代后期以來，多層輕鋼龍骨房屋在北美迅速發(fā)展。到目前為止，已建成約300萬平方米。除住房外，該系統(tǒng)還用于養(yǎng)老院，度假旅館，小學(xué)和其他建筑物。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑系統(tǒng)由鍍鋅的冷彎薄壁型鋼制成，作為結(jié)構(gòu)的承重部分，通常用于建造2-3層的低層房屋。用于鍍鋅冷彎薄壁鋼的材料的屈服強度為Q235或Q345。壁鋼龍骨按一定的模數(shù)排列，一般中心距為400mm或600mm，冷彎薄壁鋼的截面在93-200mm之間，鋼板的厚度在0.84-1.91mm之間。 。地板結(jié)構(gòu)的鋼龍骨截面通常在150-300mm之間，鋼板的厚度在0.84-2.56mm之間，并且地板的最大跨度目前可以達到8-9m。屋頂桁架可以通過輕鋼肋骨直接連接。輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的外墻通常使用節(jié)能輕質(zhì)的復(fù)合夾心墻，內(nèi)墻可以使用石膏板，廚房和浴室的墻體使用防水石膏板或水泥壓力板，地板使用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)板，屋頂可以使用屋頂材料，例如彩色瓷磚和彩色瓷磚。 （1）加拿大輕鋼結(jié)構(gòu)住宅系統(tǒng)加拿大輕鋼部件通常由鍍鋅或鋁鋅合金的冷彎和軋制而成。inc合金薄鋼板。其橫截面形狀通常為C形并帶有凹槽。鋼板的厚度可以根據(jù)結(jié)構(gòu)要求進行更改?？梢愿鶕?jù)需要確定其組件的長度。輕鋼部件制造精確，通常在制造過程中定期打孔，以方便水電管線，管道和橫向加強件的通過。薄鋼板本身的承載能力雖然不高，但經(jīng)過冷彎加工成各種形狀（例如C形）后，其抗彎曲和壓縮的能力加倍。因此，輕鋼部件的承載能力主要取決于其橫截面形狀，而不是鋼板的厚度。這構(gòu)成了其重量輕和強度高的特性。低層住宅：結(jié)構(gòu)系統(tǒng)住宅結(jié)構(gòu)通常由地板，墻壁和屋頂系統(tǒng)組成。輕鋼房屋的結(jié)構(gòu)形式通常采用線支撐的板肋系統(tǒng)。輕鋼部件可以應(yīng)用于不同的房屋部件。輕鋼部件的使用可以大大簡化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，同時可以有效利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和部件的承載能力。設(shè)計靈活，施工方便。作為地板托梁的地板系統(tǒng)的輕鋼龍骨通常具有150至300mm的橫截面高度，并且鋼板的厚度約為0.84至2.56mm。地板托梁的常見支撐形式是簡單支撐或連續(xù)梁。多跨度連續(xù)梁可以采用單個構(gòu)件的形式，也可以采用多個重疊構(gòu)件的形式。一般而言，多組分重疊的形式比單個組分具有更大的靈活性，并且在運輸中也非常方便。地板龍骨龍骨的腹板通常進行等距離沖壓，以方便水和電力管道的交叉。墻體系統(tǒng)用于墻體的輕鋼龍骨可分為承重和非承重。 C型龍骨的截面高度通常在93至200mm之間，鋼板的厚度通常在0.80至1.91mm之間，非承重龍骨的截面高度為厚度為41至150毫米，其鋼板厚度為0.45至0.84毫米。作為一種非常經(jīng)濟實用的墻體系統(tǒng)，這種輕鋼龍骨和石膏板（如果需要用于外墻，則由結(jié)構(gòu)板組成的帶肋墻）也通常用于高層住宅建筑中。屋頂框架具有不同橫截面形式和厚度的輕鋼構(gòu)件可以為各種屋頂形式和系統(tǒng)提供廣泛的應(yīng)用。屋頂桁架可以直接由輕鋼r梁組成，也可以由輕鋼桁架形成。輕鋼桁架可以在現(xiàn)場生產(chǎn)，也可以在工廠進行大規(guī)模集成生產(chǎn)。在大跨度的情況下，使用輕鋼桁架特別經(jīng)濟。中低層住宅建筑：輕鋼肋骨結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通常適用于六層以下的住宅建筑，但也有八層酒店建筑的示例。對于中層住宅建筑，底層輕鋼龍骨的厚度可以達到2.6 mm，而龍骨之間的間距通常為305 mm。隨著負載的減少，上層地板上的龍骨材料的厚度可以減小。地板系統(tǒng)可以根據(jù)其跨度的長度選擇以下系統(tǒng)：輕鋼地板系統(tǒng)，由型材鋼板和混凝土組成的承重復(fù)合地板，鋼筋混凝土預(yù)制地板或現(xiàn)澆地板。超大海灣可以使用由輕型開放式腹板鋼桁架，異型鋼板和混凝土制成的復(fù)合地板。承受側(cè)向載荷的系統(tǒng)通常由X型對角支撐系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)由輕鋼支撐或剪力板和輕鋼龍骨制成。剪力墻系統(tǒng)的組成。屋頂桁架主要由輕鋼r梁或桁架制成。高層住宅建筑：在加拿大，輕鋼結(jié)構(gòu)已廣泛用于包括住宅建筑在內(nèi)的各種高層建筑，這些建筑主要用于內(nèi)部和外部填充墻。離子墻，幕墻，外部維護墻和屋頂桁架以及屋頂系統(tǒng)。承重結(jié)構(gòu)通常由H型鋼或鋼筋混凝土框架系統(tǒng)組成，由輕鋼構(gòu)件組成的輕質(zhì)內(nèi)外墻系統(tǒng)很容易與承重結(jié)構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)集成。 （2）美國的輕鋼結(jié)構(gòu)房屋與其他西歐國家一樣，輕鋼結(jié)構(gòu)主要用于低層住宅建筑。近年來，美國還開始開發(fā)多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅系統(tǒng)。鋼屋的設(shè)計始于1990年，總面積已增長至約30萬平方米。并獲得了許多成熟的技術(shù)和經(jīng)驗。美國的多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)是一項綜合技術(shù)。它集輕鋼結(jié)構(gòu)，建筑節(jié)能與保溫，建筑防火，建筑隔音，新型建筑材料，設(shè)計與施工于一體。社會化的分工清晰，每個產(chǎn)品的生產(chǎn)者，建造者和設(shè)計師緊密合作，共同開發(fā)多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)。最關(guān)鍵的問題是結(jié)構(gòu)本身的性能。地板結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適當?shù)目缍炔⒈M可能輕。為了使地板具有更好的平面內(nèi)剛度，墻結(jié)構(gòu)必須承受垂直荷載（自重和活動地板荷載）以及橫向荷載（風(fēng)荷載和水平地震作用）。美國多層輕鋼結(jié)構(gòu)的特點是：輕型地板系統(tǒng)地板由C形輕鋼托梁和鋪設(shè)在托梁上的薄板組成。托梁的總跨度為3.6米至4.8米，托梁的高度為254毫米（托梁的最大跨度可以達到11米），托梁的間距為600毫米。托梁在腹板上有一個大孔，對于管道的通過和布置非常方便。地板的方法有三種：高密度木纖維水泥板，型鋼板的全鋪層和澆注20毫米的陶粒輕骨料混凝土，定向木纖維板或高密度層壓膠合板的全鋪。在這些輕質(zhì)地板上，每平方米可承受316至365公斤的負載。地板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重量僅為傳統(tǒng)家用混凝土地板系統(tǒng)的四分之一至六分之一，但地板結(jié)構(gòu)的高度將比普通混凝土板高100至120毫米。垂直壁結(jié)構(gòu)通常使用內(nèi)部橫向壁作為該結(jié)構(gòu)的承載壁。壁柱是C形輕鋼構(gòu)件。壁厚是根據(jù)所承受的載荷確定的，通常為0.84?2 mm，壁柱的距離通常為400?600 mm，壁柱的下端為底部槽形梁，其U形開口朝上，壁柱的上端是具有U形開口的朝下的頂槽梁，托梁固定在上槽梁的側(cè)面。為了提高壁柱的穩(wěn)定性，在壁柱的一般高度范圍內(nèi)有三個輕鋼支架。這種壁結(jié)構(gòu)布置方法可以有效地承受并可靠地傳遞豎向載荷，并且布置方便，但是壁結(jié)構(gòu)不能承受水平載荷。為了抵抗水平風(fēng)荷載和地震，在美國多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅系統(tǒng)中有兩種方法，即輕鋼剪力墻或帶有交叉支撐的普通鋼框架結(jié)構(gòu)。一般將輕鋼剪力墻布置在家庭墻壁上，在石膏板上用0.5 mm的鍍鋅薄鋼板覆蓋，然后固定在輕鋼剪力墻柱上，形成類似于應(yīng)力蒙皮結(jié)構(gòu)的剪力墻。每層都有一個特殊的組件將上下剪力墻連接起來，以有效地傳遞水平剪力和作用在壁柱上的水平力所產(chǎn)生的拉力。在地震區(qū)，為保證結(jié)構(gòu)安全，采用了帶有交叉支撐的普通鋼框架作為側(cè)向抗力結(jié)構(gòu)，形成了一個混合結(jié)構(gòu)體系。輕鋼承受垂直載荷，普通鋼承受水平載荷。建筑保溫和節(jié)能技術(shù)在美國輕鋼住宅系統(tǒng)中，我們非常重視保溫和節(jié)能技術(shù)。為了確保隔熱效果，除了在墻的壁柱之間填充玻璃纖維外，在墻的外側(cè)還貼有一層隔熱材料。 ，有效地切斷了穿過墻柱到外墻板的熱橋，地板之間的網(wǎng)格填充有玻璃纖維，以減少通過地板的熱傳遞，所有內(nèi)壁墻之間的填充是玻璃纖維。減少房屋墻壁之間的熱傳遞。建筑防火技術(shù)是輕鋼結(jié)構(gòu)最關(guān)鍵的問題之一就是防火技術(shù)的應(yīng)用。防火石膏板固定在地板蓋的墻壁和天花板的兩側(cè)。對于普通的防火墻和家庭墻壁，厚25.4毫米（1英寸）的石膏板要經(jīng)過保護才能達到1小時的防火要求。另外，填充在墻柱和地板托梁之間的玻璃纖維在防止火災(zāi)和熱傳遞方面也起著積極的作用。建筑隔音技術(shù)在輕鋼結(jié)構(gòu)中，美國的研發(fā)工作更加重視隔音處理。玻璃棉填充在內(nèi)，外壁與地板格柵之間，可有效防止空氣傳播的聲音部分。在美國的多層輕鋼住宅建筑中，傳播的撞擊聲的構(gòu)造如下：對于分隔墻，使用兩堵墻形成具有中間間隙的第二堵墻，而用于固定墻的石膏板則用于分隔墻。天花板小龍骨，具有彈性結(jié)構(gòu)，帶有小的切槽，可有效減少固體聲音在地板之間的傳遞。 （3）澳大利亞冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的結(jié)構(gòu)特點：承重結(jié)構(gòu)采用冷彎薄壁輕鋼框架，高強度防腐鋼卷板（屈服強度550Mpa，鋅鋁合金）合金涂層的厚度為270g / m2），鋼的厚度為0.75mm，并根據(jù)設(shè)計要求通過專用的計算機輔助制造設(shè)備直接軋制成各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件。垂直承重構(gòu)件采用密堆積柱，最大柱中心距離為600mm。平面承重構(gòu)件：屋頂由桁架網(wǎng)制成，網(wǎng)格尺寸為600X600mm，地板（地面）由桁架梁制成，最大中間距離為1200mm，門窗梁由小桁架梁制成。墻體圍墻結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)高強度圍墻材料或纖維水泥板。屋頂，地板，內(nèi)墻和外墻均由防水和隔熱材料制成。屋面系統(tǒng)使用防水玻璃纖維磚，防水卷材，隔熱材料棉，縱梁，防火石膏板。施工特點：鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)采用計算機輔助制造技術(shù)。整個生產(chǎn)過程由計算機軟件控制的專業(yè)設(shè)備完成，以確保組件制造的精度誤差在半毫米以內(nèi)，這是手動難以達到的。除基礎(chǔ)施工外，其余均為干法施工安裝。設(shè)計特點：冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是澳大利亞的一項成熟技術(shù)。設(shè)計中使用了特殊的CAD技術(shù)-輕鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計軟件，生成的設(shè)計文件可以直接輸入到加工設(shè)備中進行自動處理。 3.亞洲國家的輕型鋼結(jié)構(gòu)：由于西歐發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展和亞洲國家的經(jīng)濟崛起，印度，日本，韓國等國家也在20世紀初開始研究和開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅世紀。日本鋼結(jié)構(gòu)建筑約占總量的50％，韓國鋼結(jié)構(gòu)建筑約占總量的20％，H型鋼約占總量的50％至60％鋼結(jié)構(gòu)鋼總量。日本鋼鐵建筑的歷史約為100年。在日本的各種建筑結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量最多，約占住宅建筑總面積的20％，其中大多數(shù)是低層獨立房屋。對使用輕鋼的低層小規(guī)模房屋進行了系統(tǒng)化，輕鋼結(jié)構(gòu)房屋占總數(shù)的2％5％?28.％，主要生產(chǎn)企業(yè)為新日鐵，豐田，積水，大和，三澤住房有限公司，其中新日鐵的KC住房體系尤為突出。 KC結(jié)構(gòu)系統(tǒng)強調(diào)將冷鋼和結(jié)構(gòu)板形成一體的墻板，以抵抗橫向載荷，類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的剪力墻。每個樓板被擱置并安裝在樓板的墻板上，并且樓板被每個樓板的樓板垂直隔開，并且垂直墻在結(jié)構(gòu)上不能構(gòu)成連續(xù)墻。因此，在技術(shù)上有必要通過穿過地板的拉出式地腳螺栓將整個上壁板和下壁板連接起來，同時，壁板和地板板通過剪切螺栓連接在一起。結(jié)構(gòu)板一般使用OSB（定向刨花板），結(jié)構(gòu)復(fù)合板，水泥纖維加壓板等。這種板解決了原始純木板在防火，防水和結(jié)構(gòu)整體強度方面的缺陷。該替代產(chǎn)品解決了原始木板在防火，防水和結(jié)構(gòu)整體強度方面的缺陷，從而改善了整個建筑系統(tǒng)的性能。防火采用具有高耐火性的板材，例如不燃水泥基結(jié)構(gòu)的板材，耐火石膏板等作為基本材料。延長墻體的耐火時間，增強耐火性的完整性。隔熱措施通過在復(fù)合外墻中添加反射層，可提高墻體對輻射熱的反射效果，并大大降低輻射熱對建筑物室內(nèi)熱環(huán)境的影響。經(jīng)過試驗比較和實踐，節(jié)能效果明顯，熱量穩(wěn)定性也有所提高。