钢结构住宅–现代钢结构住宅技术流派分析!

时间:2015/10/27 | 作者: | 分类:建筑鉴赏 | 浏览:249 ℃ | 发表评论
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一、钢结构住宅体系的主要构成部分

钢结构住宅体系主要由以下几大部分组成:

  1. 支撑骨架系统
  2. 围护骨架系统
  3. 轻质墙体
  4. 装饰外墙
  5. 楼层板
  6. 屋顶
  7. 门窗及楼梯

它与传统砖混结构住宅的差异主要体现在1、2、3项,它与木结构住宅的差异主要体现在1、2项。

二、钢结构住宅的技术流派

钢结构住宅的技术流派因划分方式的不同而有多种区分,如:

(一)按用钢截面及骨架系统来分有:

1. H型钢梁柱支撑加轻钢围护骨架系统(图2.3-1,图2.3-2),简称H+H骨架系统。

钢结构住宅

图2.3-1

钢结构住宅

图2.3-2

钢结构住宅

图2.3-3

钢结构住宅

图2.3-4

2. 方钢为柱,U型钢为梁的支撑骨架系统(图2.3-5,图2.3-6),简称ð+U骨架系统。

钢结构住宅

图2.3-5

钢结构住宅

图2.3-6

3. 方钢为柱,H型钢为梁的支撑骨架系统(图2.3-7),简称ð+H骨架系统。

钢结构住宅

图2.3-7

4. 冷轧轻钢骨架系统(图2.3-8,图2.3-9)。

钢结构住宅

图2.3-8

钢结构住宅

图2.3-9

(二)按制造方式来分

1. 模块化预制的钢结构住宅(图2.3-5,图2.3-10)。

钢结构住宅

图2.3-10

2. 部件预制的钢结构住宅(图2.3-1,图2.3-2,图2.3-3,图2.3-4,图2.3-7,图2.3-8,图2.3-9)。

(三)按地缘文化与建筑风格来分

1. 欧美风格(图2.3-11)

2. 日本风格(图2.3-12)。

钢结构住宅

图2.3-11

钢结构住宅

图2.3-12

三、钢结构住宅所用原材料

(一)承重骨架材料

1. H型钢 可分为热轧型和高频焊接型,近20年来在国内高层和超高层的钢结构建筑上得到了广泛应用并积累了一定的经验。国内H型钢的生产厂家众多,完全可以满足钢结构住宅发展的需求,是现阶段(过度期)国内发展钢结构住宅的首选用材。缺点是钢材消耗量大,节点处理困难。

2. U型钢 冷弯成型,厚度为1.6~8mm,高度为50~452mm。在欧美市场不常用,在日本它是轻钢住宅,尤其是模块化住宅支撑梁的首选用材。

相对H型钢而言,优点是钢材消耗量少,缺点是截面不稳定,有时效变形之虑。在中国已经有厂家生产这类型材,但因市场用量少和缺少相应的使用经验,目前还难以与H型钢竞争。

3. C型钢 冷弯成型,厚度为1.5~6mm,高度为73~380mm。在欧美它是轻钢住宅支撑梁柱的主要用材,在日本钢结构住宅中作为支撑柱有少量应用。在中国也有厂家生产这类型材,但因市场用量少和缺少相应的使用经验,目前虽难以与H型钢竞争,但应当作为钢结构住宅用钢的主攻研究方向。

4. 方钢 冷弯成型,高频焊接,厚度为1.5~8mm,边长为20~200mm。在日本它是轻钢住宅,尤其是模块化住宅支撑柱的首选用材,欧美不大采用。优点是截面稳定,节点布置方便,缺点是钢材消耗量大,螺纹联接副弱。在中国也有厂家生产这类型材,但因市场用量少和缺少相应的使用经验,目前也难以与H型钢竞争。

5. 冷轧轻钢骨架 冷弯成型,作为承重龙骨,其厚度一般为0.84mm~2.46mm,边长为60~305mm。日本很少采用这种支撑体系,主要是一些欧美厂商在采用。国内非承重(隔墙和吊顶)轻钢龙骨生产能力很大。但能生产承重轻钢龙骨的厂家很少。

(二)非承重骨架材料

在欧美钢结构住宅中的非承重(内、外墙、吊顶)骨架类似于我国的隔墙和吊顶轻钢龙骨,厚度在0.69mm~1.73mm。在国内写字楼装修中应用普遍,不需细谈。

日本钢结构住宅的围护骨架也自成体系,如图2.3-13,2.3-14所示。围护支撑体系的主要特征是带斜拉杆,这种结构主要是为了配合其外墙板体系,因为日式钢结构住宅的外墙板与外墙装饰板是一体的,每块表面积很小,对墙体不能提供拉紧的支护作用,所以需用斜拉杆加强支撑。

钢结构住宅

图2.3-13

钢结构住宅

图2.3-14

(三)轻质墙体

国外钢结构住宅(实际上是所有住宅)的墙体都是由轻钢(或木质)骨架和轻质墙体面板加保温隔热、隔声和防水材料构成。

1. 轻质墙体面板

(1) 防火石膏板 目前是国内外最常用的内墙面板,国内现在大多数是用在写字楼装修中,国内货源充足。

(2) 防水石膏板 可作为厨房和卫生间的墙体面板,国内货源充足。

(3) 中,低密度水泥纤维板 可作为内、外墙面板,国内货源充足。

(4) 定向刨花板 工艺性好,耐冲击。美国主要用它作外墙面板。国内已经有少数厂家生产。

(5) 防水夹板

2. 保温隔热、隔声材料 国外轻钢住宅所采用的保温隔热、隔声材料一般以玻璃丝棉为主,国内货源充足。

3. 防水材料 国外住宅外墙都贴有单向透气透水的防水纸,国内目前还不具备生产能力。

(四)装饰外墙

1. 真空挤压高密度水泥纤维板(图2.3-15,图2.3-16) 日本住宅大都采用它,国内也有厂商引进该技术,但由于其制造技术复杂,价格昂贵,且安装工艺复杂,推广难度较大。

钢结构住宅

图2.3-15

钢结构住宅

图2.3-16

 

2. 高密度水泥纤维板 因其安装维护容易,在欧美的住宅中应用普遍。但生产设备昂贵,国内还没有生产厂商。

3. PVC板 在欧美的住宅中应用普遍。国内还没有生产厂商,它便于安装维护,且加工制造容易,因此国内塑料行业很容易开发此类产品,值得推广。

(五)楼层板

1. 木板 国外钢结构住宅普遍采用木板为楼层板,这是有继承性的,因为钢结构住宅是延续木结构住宅发展而来。

2. 压型钢板组合楼板 它主要是用于多层和高层楼宇,在低层住宅中应用是大材小用,成本很难接受。

3. 蒸压轻质加气混凝土(ALC)楼板 在日本应用较多,国内也已经具备生产能力。

(六)屋顶(瓦)

1. 陶瓦 属于传统建筑用瓦,重且安装工艺复杂,不太适用于钢结构住宅。

2. 水泥彩瓦 国内有厂家生产并在钢结构住宅上采用过。

3. 高密度水泥纤维板瓦 轻且容易安装,在国外钢结构住宅中应用较普遍,但生产设备及工艺较复杂,技术难点在防水性能和耐候性能不宜保证,国内尚无生产能力。

4. 金属瓦 轻且容易安装,是钢结构住宅的屋顶主要用材,生产设备及工艺过程简单,其技术难点为防锈和耐候性能。国内虽然有很多彩钢瓦生产厂商,但都不能提供高质量的表面喷砂屋面瓦。

(七)门窗及楼梯

国内普通门窗生产不论是从质量还是规格品种来看,基本都能满足市场需求。高档门窗尚需进口。斜屋顶窗国内已有合资厂生产,高档车库门国内也有合资组装厂生产。

国内目前尚没有专业的楼梯生产厂家,不象国外住宅部品生产的专业化分工那么细,有专业的楼梯生产厂家。

钢结构住宅技术流派的比较

(一)不同地缘文化的钢结构住宅

钢结构住宅的技术流派虽然很多,但仔细归纳后就会发现可以用地缘文化作为划分依据,即日本(和式)流派和欧美流派。

日本钢结构住宅技术和它的其它文化特征一样,都含有显著的岛国文化特征,对外来文化既向往又排斥,没有包容和同化的心胸。古代日本是从中国学习先进的建筑技术,因此在今天的日本钢结构住宅中仍能看到秦砖汉瓦的痕迹(图2.3-12,图2.3-14,图2.3-15,图2.3-16)。近代日本则从西方学习先进的建筑技术,其钢结构住宅的技术主体仍是取之于西方(图2.3-5,图2.3-6,图2.3-7,图2.3-13,图2.3-14)。

上个世纪80年代曾有日本人狂言,即使到21世纪日本人仍然可以从西方获得先进的科学技术再转买到第三世界,从中得利。不错,上个世纪70~80年代,日本人把从西方学得的家用电器技术和产品转买到亚洲,着实大赚了一把。但是紧随而来的信息产业(电脑,软件,网络)技术确让它失望了,因为信息时代没有时间差,不需要二传手。

日本的产品开发程序一般是以技术为导向,即用“最好”(并非正好)的产品去引导消费,价格和市场接受度放在第二位。反映到技术层面上就是所有的心事都用在技术末梢——即不断的在技术细节和支节上下功夫,并不计工本,这一点它们在家用电器产业发挥的淋漓尽致,如它们开发的变频空调和VRV系统空调。但是在宏观上却缺少创意,对新产业开发方面从没有作出过大的贡献。

同样,日本的钢结构住宅也含有深深的岛国文化烙印,踏木屐,穿和服,睡榻榻米,拉门拉柜的和式住宅很难被外族人接受。这仅仅是文化和风俗层面的差异,从应用和市场推广层面分析,日本(和)式住宅更不宜在中国推广,如方钢柱节点处局部加厚技术(图2.3-7),真空挤出成型纤维水泥板装饰墙板技术等(图2.3-14,图2.3-15,图2.3-16)。从纯技术角度看,这些技术都是很优秀的,但应用起来却很复杂,其制造投资成本就更昂贵了,其产品价格当然也就贵了。

欧美企业的产品开发程序一般是以市场为导向,满足消费者当前需求,并跟随消费者不断前进,即所谓“正好就是最好”的原则。欧美钢结构住宅因为不存在秦砖汉瓦的束缚,一切以舒适,美观,简洁,容易制造,成本低和利于维护考虑。所以容易推广应用。

(二)不同钢结构技术流派的用钢量比较

表2.3-1 不同钢结构技术流派的用钢量比较

骨架系统(柱+梁截面) H+H C+c 方钢+H 方钢+U(模块) 冷轧轻钢骨架
支撑骨架(kg/m2) 60 40 50 70
围护骨架(kg/m2) 5
总用钢量(kg/m2) 65 45 55 75 35
应用国家 中国 欧美 日本 日本 欧美

(三)不同钢结构技术流派的节点比较

1. C+c型骨架系统部分节点如图2.3-17,图2.3-18所示,简洁实用。

钢结构住宅

图3-17

钢结构住宅

图3-18

2. 冷轧轻钢骨架系统部分节点如图2.3-19,图2.3-20所示,简洁实用。

钢结构住宅

图2.3-19

钢结构住宅

图2.3-20

3. 方钢+U或方钢+H骨架系统部分节点示意图见图2.3-6,图2.3-7。

从方钢+H型支撑骨架系统的节点处理情况来看,如果钢结构住宅支撑体系的技术方向出了问题,想通过局部细节的技术处理来解决大的方向性问题是很困难的,甚至是根本行不通的。方钢+H型支撑骨架系统的节点联接副强度一直是日本钢结构住宅体系的心病,因为方钢是封闭型截面,无法采用高强度螺母—螺栓联接副,材质,热处理,螺纹长度等都是方钢螺纹联接强度的死穴。所以就采用在内部加衬板,或是外部加衬板,乃至特意焊上一个辅助节点的办法来解决ð+H型支撑骨架系统的节点联结副强度问题,甚至还想出了方钢柱节点处局部加厚和拉铆螺栓(图2.3-7)这样的点子。但是它永远缺一半,即螺栓是高强度的,而螺母(拉铆处)不是高强度的,因而不能称之为高强度联接。

4. H+H骨架系统节点比方钢+H骨架系统节点还复杂,必须采用焊接的方法加工节点。

(四)不同钢结构技术流派的外墙体系比较

钢结构住宅的墙体基本都是三明治式,即两面墙板夹上钢骨架和墙芯。

1. 日式钢结构住宅的外墙体系

前面已经叙述,日式钢结构住宅的墙体钢骨架体系和欧美钢结构住宅不一样,自成一套体系。其外墙体系也与欧美钢结构住宅走不同的技术路径,即外墙板和外墙装饰板合二为一,既有强度要求,又须美学要求,对安装方法也提出更高的要求,因而其制造成本和应用成本当然就高了。内墙和欧美钢结构住宅一样,采用防火石膏板,隔音,隔热材料也与欧美一样,采用玻璃丝棉,但做工要精细的多,详见图2.3-21,图2.3-22。

钢结构住宅

图2.3-21

钢结构住宅

图2.3-22

 

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