【鋼結(jié)構(gòu)·動(dòng)態(tài)】國(guó)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(jì)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(guó)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(guó)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家繼續(xù)擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍。高層獨(dú)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(guó)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(guó)的建筑鋼材在鋼材總消費(fèi)中所占的比例已大大增加，日本約為50％。在美國(guó)，瑞典，日本和其他國(guó)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(yán)重創(chuàng)傷，歐洲對(duì)住房的需求很大。為了解決住房短缺問題，一些歐洲國(guó)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(biāo)準(zhǔn)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(guó)和其他國(guó)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(dá)，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的預(yù)制構(gòu)件已達(dá)到95％。輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大制造國(guó)，向歐洲國(guó)家生產(chǎn)和供應(yīng)的產(chǎn)品。 2.北美和澳大利亞在美國(guó)，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(guó)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(qiáng)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(dá)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(jìn)行更改?？梢愿鶕?jù)需要確定其組件的長(zhǎng)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(qiáng)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(qiáng)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，同時(shí)可以有效利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和部件的承載能力。設(shè)計(jì)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(jiǎn)單支撐或連續(xù)梁。多跨度連續(xù)梁可以采用單個(gè)構(gòu)件的形式，也可以采用多個(gè)重疊構(gòu)件的形式。一般而言，多組分重疊的形式比單個(gè)組分具有更大的靈活性，并且在運(yùn)輸中也非常方便。地板龍骨龍骨的腹板通常進(jìn)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(jì)實(shí)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(chǎng)生產(chǎn)，也可以在工廠進(jìn)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(jì)。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(duì)于中層住宅建筑，底層輕鋼龍骨的厚度可以達(dá)到2.6 mm，而龍骨之間的間距通常為305 mm。隨著負(fù)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(zhǎng)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(duì)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(hù)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(guó)的輕鋼結(jié)構(gòu)房屋與其他西歐國(guó)家一樣，輕鋼結(jié)構(gòu)主要用于低層住宅建筑。近年來，美國(guó)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(jì)始于1990年，總面積已增長(zhǎng)至約30萬平方米。并獲得了許多成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)的多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)是一項(xiàng)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(jì)與施工于一體。社會(huì)化的分工清晰，每個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)者，建造者和設(shè)計(jì)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(dāng)?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(dòng)地板荷載）以及橫向荷載（風(fēng)荷載和水平地震作用）。美國(guó)多層輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(dá)到11米），托梁的間距為600毫米。托梁在腹板上有一個(gè)大孔，對(duì)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(fù)載。地板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重量?jī)H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(gè)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(guó)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(gè)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(gè)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(guó)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(duì)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(hù)才能達(dá)到1小時(shí)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(guó)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(guó)的多層輕鋼住宅建筑中，傳播的撞擊聲的構(gòu)造如下：對(duì)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(diǎn)：承重結(jié)構(gòu)采用冷彎薄壁輕鋼框架，高強(qiáng)度防腐鋼卷板（屈服強(qiáng)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(jì)要求通過專用的計(jì)算機(jī)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(qiáng)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(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)采用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)。整個(gè)生產(chǎn)過程由計(jì)算機(jī)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(dòng)難以達(dá)到的。除基礎(chǔ)施工外，其余均為干法施工安裝。設(shè)計(jì)特點(diǎn)：冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是澳大利亞的一項(xiàng)成熟技術(shù)。設(shè)計(jì)中使用了特殊的CAD技術(shù)-輕鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)軟件，生成的設(shè)計(jì)文件可以直接輸入到加工設(shè)備中進(jìn)行自動(dòng)處理。 3.亞洲國(guó)家的輕型鋼結(jié)構(gòu)：由于西歐發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和亞洲國(guó)家的經(jīng)濟(jì)崛起，印度，日本，韓國(guó)等國(guó)家也在20世紀(jì)初開始研究和開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅世紀(jì)。日本鋼結(jié)構(gòu)建筑約占總量的50％，韓國(guó)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(dú)立房屋。對(duì)使用輕鋼的低層小規(guī)模房屋進(jìn)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(qiáng)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(gè)樓板被擱置并安裝在樓板的墻板上，并且樓板被每個(gè)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(gè)上壁板和下壁板連接起來，同時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度方面的缺陷，從而改善了整個(gè)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(zhǎng)墻體的耐火時(shí)間，增強(qiáng)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(duì)輻射熱的反射效果，并大大降低輻射熱對(duì)建筑物室內(nèi)熱環(huán)境的影響。經(jīng)過試驗(yàn)比較和實(shí)踐，節(jié)能效果明顯，熱量穩(wěn)定性也有所提高。