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冷弯薄壁轻钢结构体系
发布时间:2012-05-09 13:46:37   浏览次数:4871

   澳大利亚冷弯薄壁轻钢结构住宅体系(light gauge structure。是具有变革性的新建筑体系,形成了一个完全新型的住宅建筑体系。
  冷弯薄壁轻钢结构住宅体系从20世纪60年代开始发展至今,以美国、加拿大以及日本、澳大利亚等国为主。该体系以其环保和抗震性能好、施工速度快等显著优点被上述国家广泛应用。目前澳大利亚钢结构住宅建造量大约占全部新建住宅的50%。
  
   1、澳大利亚轻钢结构住宅建筑体系的承重结构
  澳大利亚轻钢结构住宅建筑体系用镀锌冷弯薄壁型钢作为承重结构。镀锌冷弯薄壁型钢采用高强、防腐钢卷板(屈服强度550MPa,表面镀铝锌量为270g/平方米),钢板厚度为0.75mm。而目前美国等国家仍使用屈服强度为235MPa或345MPa的镀锌钢板,因而与澳大利亚相比,所需钢板厚度较大,单位建筑面积用钢量偏高。
  
   2、澳大利亚轻钢结构住宅建筑体系的围护结构和相关构件
  澳大利亚轻钢结构住宅的外墙常采用复合夹芯墙,外侧板采用增强纤维水泥板(Fiber-cement,如GRC)及其它新型板材。内侧板采用石膏板,中间填充玻璃纤维保温棉;外墙板也可采用轻质加气混凝土板材(ALC),内墙可采用石膏板;厨房及卫生间墙面可采用防水石膏板或埃特板;楼板采用轻质结构板材,如OSB板,也可采用ALC板等轻质板,墙面系主要有:复合帷幕墙板,这是具有建感和表现力的复合帷幕墙面金板,片钢板中间夹CFC FREE POLYURETHANE隔,隔效果很好;三明治墙板、伯爵系列墙板、螺丝外露式钢板、螺藏式板、镀锌结构钢承板(Structural deck),各式收边板(Flashing)等,并具有这些墙面系统所需的各种零配件。这些墙面系统采用CFC FREE POLYURETHANE隔热层,保温隔性能好,大多可用于整片式墙面、天花板及其它部位的,并且强度大、耐久性好。
  屋面多采用多彩瓦、彩板瓦等屋面材料。澳大利亚屋面系主要有:3D藏式屋面系、Standing Seam系(Ziplok),槽型(Trimdek Hi-Ten),藏扣合式(Kliplok Hi-Ten)及弧型钢板(Trimdek Crimp Curve Hi-Ten)。
  澳大利亚轻钢结构住宅体系全部采取轻质新型建材,房屋整体重量只是同样的钢筋混凝土结构重量的1/6~1/5,可以大大减少基础的造价。
  
   3.澳大利亚轻钢结构住宅建筑体系的核心是工业化的设计和施工
  澳大利亚轻钢结构住宅建筑体系通过电脑辅助制造专用设备(CAM)进行设计,有许多轻钢结构建造设计软件,如G-CAD,由此生成的设计文件可以直接输入到加工设备进行自动加工。并且生产制作的全过程是以电脑软件控制的专业设备完成,保证构件制造的精确度,其误差在人工难以达到的半毫米以内,直接在工厂轧制成各种不同类型的结构构件。除基础施工外,其余全为干作业施工安装。
  
   4.轻钢结构住宅体系的优势
   (1)轻钢结构住宅体系有助于住宅产业化的实施
  结构构件都在工厂制作,轻钢结构住宅体系所用构件均可实行工厂生产,构件与覆面板材,保温材料,构配件都可标准化定型化生产,质量稳定,所有产品都是社会化生产,市场化采购,且配套性好,在现场只是安装。并且在现场施工全部干作业,所有构件均采用高强镀锌螺钉连接,施工不受季节影响,降低了人工成本,房屋的构件更换维修方便。是实现住宅产业化、提高住宅建设效率的新型住宅结构体系。
   (2)房屋自重轻
  轻钢结构采用高强材料,具有自重轻的特点,楼盖结构自重为传统混凝土楼板的1/4~1/6,墙体都为轻质复合墙体,整体结构自重仅为混凝土框架结构的1/3~1/4,为砖混结构的1/4~1/5。自重轻对地基承载力要求相应降低,可大幅减少地基造价;自重的减轻使资源消耗大大减少,并使基础的费用降低。
   (3)施工周期短、速度快
  因工地施工基本都为构件的安装,不受气候影响,施工周期约比传统砖混和混凝土结构缩短1/3左右,可加快房屋建设周期,减少资金占用的压力,降低市场变化的风险,提高房地产开发的投资效益。
   (4)绿色环保
  住宅钢结构部分可100%的回收,其他配套材料也可大部分回收;并且施工现场以干作业为主,不需要模板支架,工地垃圾少,噪音低,对环境造成的污染小。
   (5)抗震抗风和保温隔热、隔音性能好
  因轻钢结构住宅体系自重轻,从结构来看其地震作用大大减小,可抵抗8度以上地震,适合沿海多风及多震地区建造;轻钢住宅在隔音、保温等性能方面比传统结构住宅优越,有很好的保温隔热性能,可完全达到建筑节能标准并有较好的隔声效果,有利于提高住宅的性能和居住的舒适度。
   (6)使用面积系数大,可节省土地
  首先,由于墙厚仅为砖混结构的0.7倍,有效减少了墙厚,因此在建筑面积相同的情况下,可以增加有效使用面积4~5%;其次,管线布置方便,所有管线可暗埋在墙体及楼板结构中,不论是墙内或楼盖中,只要结构完成后可随时布线穿管,各工种可交叉作业,对于管线的日后检修与维护也较混凝土结构暗埋式简单许多,并有利于住宅今后的改造与性能提升,也使建筑内有效使用面积大大增加;第三,住宅中只有墙与楼盖,没有在建筑设计及家装布置中很难处理的突出的梁与柱,建筑内实际使用面积可以增加。综合起来,可比传统砖混结构住宅增加使用面积10%以上,按套均120平方米计算,可以多出一间卧室的面积,有利于节约土地。
  
   (建设部住宅产业化促进中心副主任童悦仲 性能处副处长 刘美霞)
  
  
   作者:上帝的梦境 提交日期:2008-05-28 10:17
  转载:专家论点!!!!
  我国钢结构的应用情况与钢结构住宅的发展
  
  
   郭彦林教授在“2006中国首届环渤不动产发展论坛”上的演讲实录
  
  
   各位领导、各位来宾:下午好。我不是做房地产的。所以对上午前面几位领导谈的老八条,新六条不是很熟悉,但是让我买房我对房价很关心,我对我买房子的质量,好用不好用,倒是很关心。现在说真话,买到的房子好多都不好用。所以谈不上什么节能、保温、隔热的条件。我在德国待的时间比较长,日本比较长。德国买一套房子的质量我还是非常看好,绝对是顶尖的,我希望我们在这一方面还是向国外学习一些好的经验。
  
  
   我是大学老师,我在学校里面的职责就是教学、科研,同时我们这几年也参与了国家一些大型的钢结构工程项目,今天我的汇报主要从这三个方面。一个是钢铁在中国这几年的发展情况是怎么样的。另外一块是钢结构在公共建筑里面的应用情况。还有最后一块我要谈的是钢结构在住宅方面,这个和我们房地产说为有点关系,但是我是从结构这个角度,完全是纯专业方面谈论。
  
  
   这几年,特别是近十来年中国钢产量飞速增加,为我国建筑钢的发展提供了一个物质条件。到了2005年,我们国家钢产量已经达到3.7亿吨,这个数是了不得,可以说是日本、美国、俄罗斯、韩国四个国家钢产量的综合还爱多。我们国家对发展钢结构的政策来看,50到60年代,国家限制是建设用钢的。到70、80年代,国家提倡节约用钢,在建筑方面。2000年以后,国家出来的政策,鼓励用钢,发展钢结构建筑。因为我们的钢产量已经达到了3.7亿吨(2005年),强劲的市场需求,拉动了中国钢产量有个快速的增长,从这条曲线可以看到,从1985年以后,我们国家的钢产量正在逐年增长,都在20%以上,2004年中国钢产量达到2.7亿吨,2005年中国钢产量已经超过3.6亿吨。中国钢产量从1亿吨发展到2亿吨,花了7年的时间,从两亿吨到三亿吨仅仅用了两年的时间。下面我们看一下世界主要国家钢材消耗的比较。红线代表中国,其他几条线代表欧盟十五国,美国和日本。从图里面可以看到,在最近这几年中国钢产量的增长是飞速的。这样一个增长比例,可以说是不可思议的,应该是难以置信的,也是令人震惊的中国钢铁企业的一种骄傲。作为钢结构建筑,它的优缺点,一个是强度高,适合于大跨度和高层结构,一个是抗电性能好,主要表现为盐性好,在比较高的地区,优先采用钢结构。钢结构另外一个优点施工速度快。应该体现在连接方式上。用在写字楼住宅这一块,高层结构,基础比较省。从另外一个角度来讲,强度高,可利用空间比较大。我们最近参与了一个青岛外贸中心高240米的,国外欧亚娜的设计就是用高强度的钢材,柱子端面比较小,从商业投资这方面就有更大的经济效益。从它的制作加工来讲,它的工业化程度很高,在工厂生产,便于形成标准化的生产。刚结构优它的缺点,抗腐蚀比较差。
  
  
   钢结构也要符合科学发展观。刚才也提到节能、环保、建筑和谐、可持续发展等等。我想钢结构在这些方面都是容易实现的。住宅钢结构有利于实现产业化。产业化里面包括的内容非常丰富,有标准化、系列化、工业化等等。如果钢结构作住宅的话,可以在工厂生产,工业化程度比较高。钢结构的应用范围,我们看看青钢结构,主要形式是商业厂房,在重型商业厂房,像发电厂、冶金厂房。空间钢结构,用的比较普遍。网格结构等等一些杂交结构体系,肯定是要用钢结构来做的。多高层钢结构,国贸三期的等等这样一些高层结构大部分都采用了钢结构。高层结构像电视塔。桥梁钢结构用的更多了。钢结构住宅这一块,影响说是两大块。第一块是轻型装配式的钢结构住宅,是一到两层的,非常非常成熟。日本的、北美的、澳大利亚的,都有好多这样的房屋工厂。另外一块钢结构住宅是多高层的钢结构住宅,十多年来,特别是我们国家有些大型的钢结构制作加工企业,还有一些钢厂,包括我们的科研人员,包括高校的老师,也在极力的研究多高层钢结构住宅。因为大家看好这个市场,如果钢结构用在多高层住宅领域,那真是一个量大面广,会取得巨大的经济效益。
  
  
   轻钢结构我们刚才谈到,是工业厂房的主流形式,经济性能好、投资回收快。过去用的工业厂房一般是混凝土结构的,现在几乎不用了,现在在国外也是这样的结构,在我们国家,包括比较偏远的地方现在也在采用门市刚架。这是新的门式刚架。为了提高构建的经济效益,现在在欧洲、德国、奥地利出现了用的比较普遍的是腹板波折的钢板一样的,提高它的抗碱强度,提高承载力。重型工业厂房肯定少不了钢结构,适用于50吨100吨的大吨位吊车,冶金工业厂房、化工工业厂房,电厂等。大跨度及空间钢结构适用于网价、网壳,张拉结构等等。工程实例(图):大家比较熟悉的国家体育场鸟巢,是由24片门市刚架,旋转而成,其中22片基本贯通,形成了这样一个造型的鸟巢。这是一个立柱肩部焊接。还有新白云国际机场,是国家“十五”期间重点建设项目。这是新建成的主要航站楼。这是一个缩型柱承载力的实验。我们还没有这方面的成果。国家大剧院也是钢结构的。广州新体育馆也是钢结构的,这是内部的效果图。还有南通体育会展中心,这是一个开盒盖结构。它的跨度也在204米,这是闭合以后的效果图。这是深圳国际会展中心,这也是完全的钢结构,跨度在126米。沿着跨度方向是126米加上中间这部分是30米,加上另外一侧是126米,标高是360米。这是澳门多功能体育馆。亚特兰大佐治亚体体育馆。这是我们一个博士生对弦支型结构进行研究。这是英国千年穹顶。这个是阿拉伯大厦,我们从另外一个侧面看,用了一个三管索性格构柱,这是天津泰达市民文化广场。这是朝阳摩天轮,它的跨度和直径应该是208米,轮足的直径是16米,长度是28米,这个项目是国外投资的,是EPA的项目,正在找中国建设总公司谈一个,总统包的全面合作协议。建成以后,也是世界第一大。光一个座舱可以坐148个人。
  
  
   高层钢结构方面,在公共建筑:办公楼、医院急商店、建材超市等等适用比较广泛。
  
  
   我们参与的研究工作比较多,第一块是节点的实验。第二块是楼的抗震分析。第三块是楼施工过程的分析,以及变形调整的计算。第四块内容是装玻璃木主体结构的变形对玻璃木的设计和形成的影响。
  举例:(图)这个楼是不规则的结构,有两个斜塔楼,最大高度是234米,总的建筑面积40万平方米。这是效果图。这是TVCC。图中可以看到一个是主楼,一个是TVCC。当时有三家公司投标,一个是大悬臂的安装方案,有一家公司提出带悬梯的。还有一家采用转换行的整体提升。另外一家采用对接的方法。先施工两个塔楼,然后全身对接。现在采用的是全身对接的方式。
  
  
   青岛万邦中心塔楼1恩和塔楼2。核心是混凝土的,外框架是钢结构的。这是一个结构图。
  还有上海环球中心,正在施工。
  这个是高层结构,特别是广州新电视塔,我们现在参加两块实验。这个塔建成以后应该是世界第一高塔,总的高度是161米,总体高度是150米,桅杆是160米,现在这个叫新电视塔,现在的名字叫广州塔。从这个图片可以看到,沿着塔的变化应该是一个夕阳型的。基本的截片是椭圆形的。外框桶是截面的,到450米处有45度。这是荷兰人设计的。这张图是把细腰段拿出来作了一个实验。下面是钢结构领域的桥。
  
  
   下面谈钢结构住宅。关于两大类,第三类是低层装配式轻型钢结构住宅。对于这个住宅,有两个体系,一个是冷弯薄壁型钢龙骨体系,构成是小型的冷弯薄壁型钢密梁密柱形成的盒子结构。墙板和楼板是OSB板加上保温材料,加密置的小型冷弯薄型钢加上OSB板。
  
  
   还有是轻型高频焊H型钢结构。承重骨架是高频焊H型钢:外维护与冷弯薄壁型钢龙骨体系相同。
  要高层钢结构住宅在我们国家很多,主要分布在山东、天津、北京和其他地区。关键的技术问题,还是和我们房子有关的,一个楼板问题、墙板问题,结构体系问题、穿管线的问题,对于多层和高层的钢结构住宅问题比较多,尽管探索了十年也有不少建筑建成,但是存在的问题比较多。作为一个低层装配室的住宅,技术条件是具备了,一个是国外比较成熟,我们现在正在参与编制两本规范,一本规范是产品规范。另外一本是设计规程。
  
  
   对于这种房子关键的技术问题一个是墙板体系构成,楼板体系构成,屋架结构,连接及构造处理,侧向支撑,还有设计和计算的问题。这种装配式的住宅,基本是冷弯薄壁型钢,其厚度是0.8-1.5mm。墙板和楼板采用OSB板,里面是冷弯薄壁型钢密梁密柱。设计问题:围护与承重结构融为一体,不可分开,应定义为盒子结构及盒子受力原理。
  我们看到是一个冷弯薄壁型钢龙骨体系房屋的事示意图。从这个图我们可以看到,它把里面的节点、立柱、支柱显示的非常清楚,我不详细介绍了。
  
  
   这是一个承重墙的详图。这是一个楼面板的构造。洞怎么开法,开完以后怎么满足承载力的要求。这是巨型墙板。两次肯定OSB板,里面夹的是小型的柱子。另外一类还是刚才提到的轻型高频焊接的H型钢,这个在国外也有一些。它存在的问题刚才已经谈到了,这是2004年8月份到澳大利亚参观的时候看到有一个房子工厂。它用的一些基本构建,比如C型钢,冷弯薄壁,厚度只有0.8到1.5mm。这是日本的一个图片。这是钢带(图)。这是行架。这是墙板。这个是斜层。斜层拉完以后通过一个小小的机构拧紧。这是楼板,这是我们在澳大利亚看到的楼板形式。还有一种形式就是OSB板,里面是C型钢,作为两层的住宅,二楼地面还要浇一层混凝土,防震和隔音是非常好的。
   注:迈特公司用钢厚度只有0.55的厚度
  
  
   这是在澳大利亚,厂家带我们去参观,这是两层楼。下面是一些做的实验图片。
   在国内,北京的纳帕溪谷是一个典型的轻钢别墅小区,现在已经卖完了。杭州的桃花园小区,这个项目我们也参与了,正在建设,也是一个很大的小区。多层及高层钢结构住宅是另外一种体系。我们有一个定义钢结构住宅是以钢构建为主要承重骨架,以轻体材料作为内外墙壁,与功能配套的水电暖厨卫设备进行优化集成的节能和环保型居住建筑。
  要解决的关键技术问题:墙板问题、楼板问题、防火、及防腐问题,结构体系问题等等。现在是好多单位和研究院联合攻关的问题。结构体系应该根据不同的裂度和不同的层高采用不同的体系。作一个钢框架,如果我们按照6层12层18层用钢度比较,一般每平方米少10公斤左右。高层建筑的话,一般用到每平方米120到160平方米。目前对多高层钢结构住宅存在的主要问题是技术和产品都不配套,研发与生产关系不顺,没有形成产业链。难点在于在于钢结构配套,外墙板不好。有很多厂家开发新的墙板,技术不成熟,价格比较贵,还有一些搞研发的专业技术人员相对比较少,我想应该是产学研结合,不能完全指望设计院。
   重点解决好围护结构:墙板形式:开发各种墙快:砌块。对墙板要求:质量轻、强度高,保温隔热性好。对住宅也有一个分级。有好住宅、差住宅。建设部出台了一个《商品住宅性能评定办法和指标体系》,有一A、2A、3A。3A最高。满足适用性能、安全性能、耐久性能、环保性能、经济性能等等。
  钢结构住宅的造价,作为一个投资商、开发商最关心。与我们现在混凝土刚架结构比较到底高多少,如果做得好基本可以持平。
   我的报告就到这里。
  
  
  主持人白岩松:谢谢郭教授。中国经济发展永远以出乎人意料的速度向前走。财政部部长非常担心,因为又呈现过热不合理的因素,一谈到过热不合理,钢铁首当其冲,因为现在钢铁的利用量已经是全世界绝对绝对的前列。去年开始澳大利亚铁矿石不断要求涨价,最后又在艰苦的博弈过程中,我第一个要问您的问题就是政府玩命的调控房价,有没有可能调控房价调控的还算行的时候,但是一把被钢材料价格的上涨使房价的成本进一步的上涨?
  
  
  郭炎林:这几年钢价的变化情况在四五年以前,钢还是很便宜的。这两年,也可能经济发展过热了,需求跟不上。所以钢厂的产量不断增加,但是需求很大。钢铁价钱一下子上涨。对当今的住宅应该说是一个严重的打击。从今年初,钢铁开始回落了。也可能有一个不好的信号是什么呢?可能再过若干年,会供大于求,好多钢厂面临着很多倒闭的危险。也是非常可怕的。
  
  
  主持人白岩松:但是这也是一个阶段性的东西。比如进又在进行铁矿石的价格博弈,短期内可以预见的,钢铁到过一个高的地方,现在又回落了,这是不是一个喘息?
  
  
  郭炎林:钢产量价格上涨是可能的。
  
  
  主持人白岩松:国家宏观调控中打的也是钢铁。
  
  
  郭炎林:尽管在打钢厂,但是由于利益的驱动。
  
  
  主持人白岩松:不管大型的建筑还是一些工程,其实都是一个新类型,就像您是清华大学土木工程的。当时他们研究木建筑,他们研究传统的,您现在研究钢建筑,它作为新的建筑材料出现在建筑市场,它应该很多,但是我们最怕它影响安全,但是不像过去混凝土,经过了很多年的测试。前年安德鲁设计的机场忽然出现了问题,大家立即担心国家大剧院的问题包括上海机场的问题,您觉得我们现在真的那么可靠了,因为毕竟真的没有经过这么多年的检验,会不会一些大型建筑,再过十年二十年会出现问题?
  
  
  郭炎林:我是搞结构的,类似结构,就会出现结构安全,我们国家钢结构发展的水平来讲,结构分析计算这一块,不是很差,差的还是建筑。我们建筑是落后了。这几年大型的高层,大跨度结构,我们采用的是国际招标的形式,80%到90%是国外来中标,实际上全部都是中国人在做。我想从安全这个角度,我们每天都在做实验室,有组合结构,还有钢结构等等,从结构设计理论上应该是成熟的、可靠的。对于事故的出现,我想主要还是因为施工过程中偷工减料等等一些部规则的行为造成的。
  主持人白岩松:涉及到大型钢结构建筑的时候,恰恰存在着一个施工难度高,因此这种要求就高,国际招标成本上去了,小中型的建筑商很难“跟风”,您刚才讲了几要种型的住宅,是不是仅仅是一个试点,中小的房地产企业,没有必要跟风去做钢结构民用住宅?
  
  
  郭炎林:因为钢产量已经达到3.7个亿了,这么多钢,我们国家建设用钢才达到1.2%,国外已经达到5%以上,相当来说,还有一定的距离,房地产商,包括高校的老师、科研单位都把目标投到住宅这一块,如果钢结构真的用在住宅这一块,效益是巨大的,因此现在一些企业,包括莱钢还有马钢等等这样的钢加工企业,都在投巨资,建设部也出台了很多政策,而且立了40多个课题。我希望它能够成功。
  
  
  主持人白岩松:但是企业家还会有自己的考虑。接下来最后两个问题,大家有没有要提问的。
  
  
  嘉宾提问:河北省也是钢铁大省,因此房地产开发商要利用好。从中国目前钢铁几个作用层次看和组成分类看,作为一个房地产开发商,觉得目前钢铁市场、钢铁的科技含量能满足你本身市场的需要吗?
  
  
  郭炎林:对于钢结构住宅是没有问题,因为它是一个普通的结构。目前是怎么做得更好一点,安全上的问题。钢结构住宅不可能成为一个主流,高层住宅,将来和我们凝聚土结构,好多形式的结合和补充。
  
  
  嘉宾提问:目前我们普通住宅新钢和钢铁的种类基本能满足,根据目前老百姓的需求逐步提高,我们房地产发展应该有创新,我们目前的钢铁情况还能满足吗?
  
  
  郭炎林:我们国家的钢厂和国外的钢厂比较,从产量来讲,是居世界第一,如果按13亿人一除,恐怕是倒数第一了。品种来讲,你说的也对,各种钢材,我们国家的钢材还远远满足不了市场的需要,但是优质钢材是是用在其他方面的。满足建筑商是可以的。设计必须像做积木一样,我们可以分成很多小块,作为一个用户,你要什么户型,我就给你组合什么户型,但是这个东西有一个过程。
  
  
  主持人白岩松:这是鸡生蛋的问题。老百姓有了新户型了,对传统户型的告别。是先建筑商有了这种需修反馈到厂商那里,还是厂商已经生产了符合这种钢材,才产生了这样的模式。
  
  郭炎林:我想首先是市场的需要。作为开发商来讲,传统的结构已经很多很多。也在探求新的建材应用。包括我们国家提倡了好多绿色、环保、节能,但是有一个过程。做出来的东西还要经过时间的考验。因为防火的问题等等,楼板也是混凝土做的,楼梯也是混凝土做的,如果钢结构做楼板肯定是不适合的。但是骨架是可以用钢铁做的。刚才提到别墅国外用的比较多。