何羅

【摘 要】冷彎薄壁型鋼具有截面合理、用量經(jīng)濟、自重小、模板成型、施工簡便、抗震性好、力學性能良好等特點，滿足經(jīng)濟建設和可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。尤其在新農(nóng)村中、低層住宅建設中更能發(fā)揮其經(jīng)濟、高效，快速、工廠化生產(chǎn)的特點。

【關(guān)鍵詞】冷彎薄壁型鋼；綠色建筑；鋼結(jié)構(gòu)；農(nóng)村住宅

0 引言

由于長期城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的制約，農(nóng)村住宅的發(fā)展相對城鎮(zhèn)大為落后，建筑模式單一、舊房空置，散亂無序現(xiàn)象十分突出，出現(xiàn)以下幾個突出特點：（1）傳統(tǒng)農(nóng)宅建設村莊無規(guī)劃，建筑無設計，隊伍無資質(zhì)，監(jiān)管無機構(gòu)；（2）傳統(tǒng)農(nóng)宅墻體承重、結(jié)構(gòu)跨度等設計不科學、不規(guī)范造成建筑抗震性能較差；（3）傳統(tǒng)農(nóng)宅以磚混結(jié)構(gòu)為主，使得這種建筑的密封性較差，門窗漏風嚴重，能耗非常大。因此，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有農(nóng)村住宅建筑建設方式，發(fā)展節(jié)能綠色新型農(nóng)村輕鋼結(jié)構(gòu)房屋體系是新農(nóng)村建設可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。是建設節(jié)約型社會的長遠大計和構(gòu)建社會主義和諧社會的根本目標，擁有極大的潛力、市場效益，并將使新型農(nóng)房的舒適度及周邊居住環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生跨越式的提高[2]。

1 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

1.1 冷彎薄壁型鋼在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢

在建筑結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)自重大，空間利用率較低。根據(jù)農(nóng)民對使用功能要求的需要，建造堅固耐久、多功能、大開間、易于改建、便于拆除的輕鋼結(jié)構(gòu)房屋，是新農(nóng)村建設及可持續(xù)發(fā)展的重要趨勢。鋼結(jié)構(gòu)住宅戶內(nèi)有效使用面積可提高6%-8%，壽命可達90年以上，成本可降低5%，建筑風格更靈活豐富，戶內(nèi)空間可多方案分割，滿足不同用戶的需求。

在西南地區(qū)，大量的農(nóng)村住房位于地震帶上。鋼結(jié)構(gòu)由于其自重輕，力學性能好，使得抗震性能好，結(jié)構(gòu)安全度高，因此，新農(nóng)村建設中當?shù)卣畱獌?yōu)先考慮采用輕鋼結(jié)構(gòu)房屋。

1.2 冷彎薄壁型鋼在綠色節(jié)能上的優(yōu)勢

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅方便敷設內(nèi)外保溫材料，有很好的保溫隔熱性能和隔聲效果，符合國家建筑節(jié)能標準并增加住宅居住的舒適性；熱工管道鋪設在節(jié)能墻體中，可減少熱能損失。輕鋼結(jié)構(gòu)房屋一般采用新型節(jié)能環(huán)保材料代替黏土磚和水泥等，減少了砂、石、灰用量，減少了對土地等不可再生資源的破壞，綠色環(huán)保，有利于環(huán)境保護。

1.3 冷彎薄壁型鋼在經(jīng)濟上的優(yōu)勢

自重輕，基礎負擔小，結(jié)構(gòu)抗震措施簡單，可大輻減少基礎造價和結(jié)構(gòu)抗震措施費用；施工周期短，投資回報快，資金風險低，投資效益高；制作、運輸、安裝和維護方便，不需要模板支架，降低人工和機械費用。

2 冷彎薄壁型鋼住宅裝配初步設計

2.1 樓板的選擇

壓型鋼板組合樓板由于壓型板輕便，易于搬運和架設，大大縮短安裝時間。與木模相比，壓型鋼板施工時發(fā)生火災的可能性大為減少。在多高層建筑中采用壓型鋼板，有利推廣多層作業(yè)，可大大加快工程進度。壓型鋼板的運輸、儲存、堆放和裝卸都極為方便。壓型鋼板和混凝土通過疊合板的粘結(jié)作用使二者形成整體，從而使壓型鋼板起到混凝土樓板受拉鋼筋的作用。施工中，壓型鋼板還可起到增強支承鋼梁側(cè)向穩(wěn)定的作用。但施工吊頂困難、降低了樓層凈高；現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，由于鋼板帶肋，管道鋪設困難；若壓型鋼板不拆除，則需要防火處理，且浪費鋼材。

SP預應力空心板具有施工速度快、跨度大承載力高、外觀尺寸誤差小、平整度好、防滲、隔聲效果好，產(chǎn)品用鋼量低，綜合造價低、不受氣候影響、可全天候施工等多種優(yōu)點。主要用作：樓層板，樓面板，墻板，隔音板，蓋板。但容易開裂。

蒸壓加氣混凝土板具有自重輕、絕熱性好、隔聲吸聲等特征，還具有耐火性好與一定的承載能力，可用作內(nèi)墻板、外墻板、屋面板與樓板。但由于強度偏低，不利于抗震；尺寸偏大，影響安裝精度；收縮率大，易于開裂；且抗凍融性差，限制其在北方的發(fā)展使用。

稻草板以稻草、麥草作原材料，綠色環(huán)保，來源廣泛；導熱系數(shù)低，抗燃燒能力強；強度高，隔音性能好。但生產(chǎn)工藝復雜。

新型鋼筋桁架發(fā)泡水泥夾芯疊合樓板是采用鋼筋桁架（樓板的上下層縱向鋼筋由彎折成型的鋼筋焊接而成，即為鋼筋桁架）作為骨架，內(nèi)填發(fā)泡水泥，在工廠預制成型，施工現(xiàn)場澆筑一層混凝土，組成一個在施工階段無需模板的能夠承受濕混凝土及施工荷載的結(jié)構(gòu)體系。其與鋼梁的連接方式——將疊合樓板鋼筋桁架伸入H型鋼梁中與梁腹板及下翼緣上表面在工廠焊接成一體，這種連接方式很好地適應了裝配式鋼結(jié)構(gòu)特點，通過在工廠將樓板與鋼梁連接在一起、施工現(xiàn)場對鋼梁進行拼接，很容易達到快速施工和減少現(xiàn)場鋼筋綁扎量的目的。此連接方式也保證房屋的整體剛度大，且由于采用發(fā)泡水泥新型材料，有效地減輕了樓板質(zhì)量，使得房屋的整體抗震性能得到大幅度提升（圖1）。

通過綜合比擬，新型鋼筋桁架發(fā)泡水泥夾芯疊合樓板很好的切合了低層鋼結(jié)構(gòu)住宅的需求，同時響應了國家綠色、循環(huán)、低碳這一城鄉(xiāng)建設指導思想，并且充分考慮了節(jié)材、節(jié)能和抗震的宗旨，隨即采用（圖2）。

2.2 結(jié)構(gòu)體系的選擇

薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系大致可分為鋼框架與混凝土筒體（墻體）的混合結(jié)構(gòu)體系、鋼框架支撐的結(jié)構(gòu)體系、純鋼框架結(jié)構(gòu)體系、錯列析架結(jié)構(gòu)體系、輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系。由于鋼框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，傳力準確，制作安裝方便，建筑平面布置及窗的開設等有較大的靈活性。在水平力作用下，當樓層較少時，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形主要是剪切變形，即主要由框架柱的彎曲變形和節(jié)點的轉(zhuǎn)角所引起；當層數(shù)較多時，框架柱的軸向變形所引起的結(jié)構(gòu)整體彎曲而產(chǎn)生的側(cè)移明顯增大，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形為彎剪型。由此可以看出，純框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移能力主要取決于框架柱和梁的抗彎能力。當層數(shù)較多時，要提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，只有加大柱和梁的截面，結(jié)構(gòu)就會變得不經(jīng)濟，所以，這種結(jié)構(gòu)體系適合于建造20層以下的中低層住宅。

綜上，由于我們的目的是建設具有一定抗震性能的低層、多層住宅，鋼框架結(jié)構(gòu)體系最滿足我們抗震的需求。

2.3 節(jié)點連接方式的選擇

采用箱形斷面柱時，梁、柱連接在兩個方向都采用剛性節(jié)點。采用H型鋼斷面柱時，由于其腹板較薄，故在此弱軸方向采用剛接形式。節(jié)點試驗表明，一般節(jié)點中的彎矩和其相對轉(zhuǎn)角的關(guān)系既非完全剛接，也非完全鉸接，而是非線性連接狀態(tài)。為簡化計算，通常假定梁柱節(jié)點為完全剛接或完全鉸接的。為符合實際需要，我們將在結(jié)構(gòu)相應節(jié)點處設置相應節(jié)點連接方式。

3 冷彎薄壁型鋼住宅結(jié)構(gòu)設計

由于整體輕鋼住宅造價較高，試驗復雜等種種因素。國內(nèi)對冷彎薄壁型輕鋼住宅的整體性能研究大多通過有限元軟件進行模擬，在模擬的基礎上進行一些研究。

3.1 冷彎薄壁型鋼住宅結(jié)構(gòu)體系設計

輕鋼墻體受力體系由輕鋼密肋梁柱及復合圍護構(gòu)成，各項建筑物理性能卓越，是高效節(jié)能型綠色建筑體系，適用于1-3層的建筑，例如，住宅、別墅、會所等。輕鋼框剪體系是在獨立基礎上采用鋼框架與填充輕鋼剪力墻結(jié)合，抗震性能顯著提高，適用于4-12層的建筑，例如，多層、小高層住宅、學校、酒店、公寓和會所等。

因此，對于擬設計低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅，適宜選用輕鋼結(jié)構(gòu)受力體系，對于擬設計多層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅，適宜選用輕鋼框剪體系。

3.2 冷彎薄壁型鋼住宅基礎設計

常見的輕鋼結(jié)構(gòu)的基礎形式多為柱下獨立基礎，并用連系梁進行連接，以提高基礎沉降的均勻性。地質(zhì)條件較差的情況下可采用柱下條基，如上部結(jié)構(gòu)較大或者地質(zhì)情況很差，如淤泥等，可采用樁基礎，采用柱下樁基礎時，在不能設置雙向基礎拉梁時不宜采用單樁基礎。輕鋼結(jié)構(gòu)與基礎的連接既可以設計成剛接，也可以設計成鉸接，同樣的一個荷載形式下，柱腳剛接與柱腳鉸接相比，通常剛接上部結(jié)構(gòu)用鋼量要偏小，但基礎較大。

4 結(jié)語

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)具有良好的建筑綜合效益和獨特的優(yōu)點，相比普遍的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)減輕了自重，抗震性好，提高了建筑的經(jīng)濟效益，節(jié)約資源，符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，并且因冷彎薄壁型鋼預制程度較高，對促進建筑產(chǎn)業(yè)預制化發(fā)展有著重大意義[1]。但我們不得不承認我國輕鋼結(jié)構(gòu)在設計、施工技術(shù)上與國外先進水平還存在著差距。隨著對輕鋼結(jié)構(gòu)研究的深入和經(jīng)驗的積累，可以預見，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國將有更廣泛深入的應用和更光明寬廣的發(fā)展[3]。

【參考文獻】

[1]林嬌，梁栓柱，李成亮，孫璟玥，鄭丹.Lin Jiao，Liang Shuanzhu，Li Chengliang，Sun Jingyue，Zheng Dan.談冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的應用與前景[J].山西建筑，2015（13）.

[2]李傅群.輕鋼結(jié)構(gòu)房屋在新農(nóng)村建設中的應用[J].中國建材科技，北京，2014.

[3]潘益軍，金梅珍.輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在我國的應用前景分析[J].科技資訊，2007（5）.

[責任編輯：王楠]