浅谈多层轻钢结构住宅的开发设计

浅谈多层轻钢结构住宅的开发设计
摘要：轻钢结构住宅是一种新型建筑体系,因其造型美观、施工速度快、绿色环保等优点而备受青睐。

国内外实践证明, 钢结构住宅在住宅产业化进程中起着举足轻重的作用。

本文通过分析我国轻钢住宅结构体系的发展、结构特点,对我国发展轻钢结构住宅的发展、优势以及面临的问题进行了分析。

关键词：多层民用住宅;轻钢结构
Abstract: Light steel structure residence is a new construction system, because of its beautiful shape, high construction speed, and green and environmental protection advantages favored. Domestic and international practice has proved the steel structure residence play a decisive role in housing industrialization process. In this paper, through analyzes the light steel residential structure system development, structural characteristics, analyzes China’s development of light steel structure housing development, advantage and the problem.
Key words: multi-storey residential; light steel structure
前言
随着人们生活水平的提高，对建筑物抗震性和安全性要求的提高，人们开始将目光投向另外一种建筑体系——轻钢住宅。

其丰富优美的坡屋顶造型以及与众不同的建筑外观，越来越受到人们的青睐。

所谓“轻钢结构建筑”，其主要材料是钢结构框架辅以彩色金属压型钢板，由于其框架结构以门式钢架为主，因此，其建筑表现是以门式钢架为基础进行衍化。

通常是指由下列钢材所构成的结构：①冷弯薄壁型钢结构；②热轧轻型钢结构；
③焊接或高频焊接轻型钢结构；④轻型钢管结构；⑤板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构
国务院1999年颁发的72号文件提出要发展钢结构住宅产业，在沿海大城市限期停止使用粘土砖。

因此开发轻钢结构住宅体系已成为当前住宅结构研究中的热点。

不过，多层轻钢结构的研究还处于起动阶段，研究力度还不够，实际设计和施工还存在不少争议和问题。

这些都急需解决，以利于轻钢住宅在我国健康快速发展。

1 多层轻钢住宅的优势
过去我国大量开发的是以小开间砖混结构为主的住宅。

这种住宅体系由于使
用实心粘土砖，浪费土地资源，建筑物自重大，对抗震不利。

另一方面，由于结构体系自身的限制，住宅平面布局多为封闭式的小开间，不能适应不断变化的居住模式的要求。

与传统住宅相比，多层轻钢住宅具有明显的特点与优势，日益受到重视。

1.1自重轻，抗震性能好。

采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，可以大量节约材料，减轻结构重量，降低基础，运输和安装费用。

因此，对地震区，地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。

1.2外形美观，建筑造型简洁，丰富，构件截面尺寸小，净使用面积增加。

钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。

这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

1.3供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。

在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

1.4干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

1.5轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

2工程制作及设计标准
2.1制作标准
轻钢构件通常由镀锌或镀铝锌合金的薄钢板冷弯滚压成型，其截面形状通常为Ｃ型和槽型（见图1）。

钢板的厚度可根据结构的要求而变化，其构件长度可视所需而决定。

轻钢构件制作精确，在其制作过程中通常在构件上有规律地穿孔，以利于水电线路和管道及横向加强构件的通过。

虽然，一块薄钢板本身的承载力并不高，但通过冷弯成不同形状（如Ｃ型）后, 其抗弯抗压的能力成倍提高。

因此, 轻钢构件的承载力主要是取决于其截面形状，而不是板材的厚度。

这就构成其轻质高强的特点。

图1 常见C型(加劲板件)及槽型(非加劲板件)轻钢龙骨
2.2设计标准
作为承重结构的轻钢构件是需经过严格工程设计及测试验证的。

其构件的结构性能和承载能力通常是由其制作厂商所确定，并按其承载力以表格的形式给出。

结构工程设计人员可以根据设计要求从承载表中选取相应的轻钢构件。

此外，设计时也应考虑所需连接件（如自钻－自攻螺丝）的强度。

生产连接件的厂商通常会对其产品提供所需的设计指标。

轻钢构件的截面性质必须按照相应的国家规范所确定。

目前国内允许采用所谓“常规要求”的方法建造。

这种“常规要求”的方法对结构的体系，施工方法，结构的尺寸及连接方式都有严格明确的规定。

因此可以不需要或减少工程设计人员的参与，从而节省造价。

3中层住宅
轻钢板肋结构体系通常适用于六层或六层以下的住宅建筑，但目前也有应用到八层的旅馆建筑实例。

中层住宅建筑，其底层轻钢龙骨厚度可达2.6毫米，龙骨间距常为305毫米。

上部楼层的龙骨材料厚度可随荷载的减小而减少。

楼面结构可根据其跨度的长短选择下列体系：轻钢楼面体系、由压型钢板和混凝土构成的钢承复合楼板、钢筋混凝土预制或现浇楼面。

特大开间可采用轻型空腹钢桁架，压型钢板和混凝土组成的复合楼面。

抗侧向荷载的体系常由轻钢拉条构成X型斜向支撑体系，或由抗剪板材与轻钢龙骨组成的剪力墙体系构成。

屋架多由轻钢椽梁或桁架构成。

中低层轻钢结构住宅技术在加拿大是非常成熟的。

4高层住宅
轻钢结构已广泛地应用于在包括住宅在内的各种高层建筑，其主要用于内外填充墙、隔墙、幕墙、外维护墙及屋架、屋顶体系。

高层住宅的承载结构常由H 型钢或钢筋混凝土的框架体系组成，由轻钢构件构成的轻质内外墙体系非常便于与承重结构的框架体系融为一体（如图3所示）。

在高层住宅中采用轻钢墙体有如下好处：
1）轻钢墙体自重荷载大大地小于砖石墙体，抗震性能好，且便于施工；
2）轻钢龙骨与悬挂护墙板结合可构成非常经济适用的外墙体系；
3）轻钢墙体可在工厂预制，不受气候及季节影响，现场整板吊装，施工进度快；
4）轻钢墙体不燃烧，不助燃，其通常耐火极限1小时以上，如必要可加厚其轻质石膏板，使其耐火极限达2.5小时以上；
图3: 高层住宅轻钢幕墙结构体系
5轻钢住宅结构体系的使用性能
5.1保暖
住宅的保温是一个重要指标。

轻钢住宅保温应注意以下两点：
1）由轻钢外墙体所导致的热能耗散或传递可通过在其轻钢龙骨外侧施加保温板材来控制，加拿大的实践证明这是一种非常有效的保温隔热措施。

其效率比加厚隔热层要有效得多。

2）许多保温材料及方式都适用于轻钢体系，关于各种不同保温材料的性能及最佳使用方式，应询问其生产厂家。

5.2隔音
体系的隔音效果是评估住宅性能的另一个重要指标。

声音在住宅内的传播即可通过墙体也可通过楼板。

由加拿大国家科学研究院建筑研究所对包括轻钢体系在各种墙体和楼面体系进行的隔音性能测试结果表明由轻钢龙骨，弹性槽型龙骨，保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可达60分贝。

5.3防火
结构的防火性能是一个及其重要的建筑指标。

加拿大国家科学研究院建筑研究所对其包括轻钢体系在内的各种墙体及楼面体系进行过防火测试，其结果表明由轻钢龙骨，弹性槽型龙骨，保温材料石膏板的板肋体系的耐火极限超过一小时，加厚石膏板可以大大提高耐火极限。

5 结语
现在我国钢结构研究已进入一个新阶段，有关规范和标准已出台，国内钢产量充足，为钢结构住宅的发展提供了较好的物质和技术基础。

应及时把握其发展趋势，结合我国国情，积极借鉴并吸纳国外成熟技术，注意各专业间的相互配合，促进钢结构住宅产业化发展，相信我国钢结构住宅的发展前景是美好的。