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轻钢龙骨住宅建筑体系在美加澳的发展与应用:从低层到多层建筑的演变

在美国,用镀锌轻钢龙骨代替传统木结构的轻钢结构住宅建筑体系,发展至今已有 30 多年历史。1996 年,美国住宅建设中轻钢结构住宅占比达 20%。在加拿大,用镀锌轻钢龙骨代替传统木结构的轻钢结构住宅建筑体系,发展至今已有 30 多年历史。1996 年,加拿大的这一比例约为 30%。在澳大利亚,用镀锌轻钢龙骨代替传统木结构的轻钢结构住宅建筑体系,发展至今已有 30 多年历史。1996 年,澳大利亚钢结构住宅建造数量约占 50%。

这种结构形式主要被应用于低层的小住宅。90 年代后期往后,多层轻钢龙骨住宅在北美地区得以迅速发展。除了住宅之外,这种体系还广泛地适用于养老院、假日旅馆、小学校等建筑。

轻钢别墅

加拿大 · 轻钢住宅体系

薄钢板通常是由镀锌或镀铝锌合金制成,通过冷弯滚压成型。其截面形状一般有 C 型和槽型这两种。钢板的厚度能够依据结构的需求而发生变化。构件的长度则可以根据所需来进行决定。

轻钢构件制作精确钢结构体系,在制作过程中会在构件上有规律地穿孔。这样做是为了利于水电线路、管道以及横向加强构件通过。一块薄钢板本身的承载力不高,然而通过冷弯成不同形状(如 C 型)后,其抗弯抗压的能力会成倍提高。所以,安居别墅提醒大家,轻钢构件的承载力主要取决于其截面形状钢结构体系,而非板材的厚度。这也构成其轻质高强的特点。

低层住宅

结构体系方面,住宅结构一般由楼面、墙体以及房顶等体系构成。轻钢住宅的结构形式通常是采用线内支承的板肋体系,轻钢构件能够应用在不同的房屋构件上,使用轻钢构件能够极大地简化结构体系,并且能高效地利用结构体系以及构件的承载力,其设计灵活且施工便利。

楼面体系

轻钢龙骨作为楼面托梁,其截面高度通常在 150 到 300mm 之间,钢板厚度大概在 0.84 到 2.56mm 之间。楼面托梁常见的支撑形式有简支和连续梁。多跨连续梁既可以采用单一构件的形式,也可以采取多构件搭接的形式。一般来说,多构件搭接的形式比单一构件具有更大的灵活性,并且在运输方面也很方便。楼面托梁龙骨的腹板一般会进行冲孔操作,且冲孔是等间距的,这样做是为了能够让水电管线方便地穿越。

墙体系统

用于墙体的轻钢龙骨有承重和非承重之分。承重的 C 型龙骨,其截面高度通常在 93 到 200mm 之间,钢板厚度一般在 0.80 到 1.91mm 之间。非承重龙骨的截面高度在 41 到 150mm 之间,钢板厚度为 0.45 到 0.84mm。这种由轻钢龙骨与石膏板(若作外墙还需加结构板材)组成的板肋墙体,是非常经济实用的墙体体系,普遍适用于高层住宅建筑。

安居轻钢别墅提醒,不同截面形式及厚度的轻钢构件构成的屋架,能够为各式各样的房顶形式及体系提供广泛的用途。轻钢椽梁可以直接构成屋架,轻钢桁架也可以构成屋架。轻钢桁架既能够在现场制作,也适合在工厂进行大规模集成生产。在跨度较大的情况下,采用轻钢桁架是非常经济的。

中低层住宅

轻钢板肋结构体系一般适用于六层及六层以下的住宅建筑,不过目前也存在应用于八层的旅馆建筑实例。对于中层住宅建筑来说,其底层的轻钢龙骨厚度能够达到 2.6mm,龙骨间距通常是 305mm,而上部楼层的龙骨材料厚度会随着荷载的减小而降低。

楼面结构可根据跨度长短进行选择,有轻钢楼面体系、钢承复合楼板(由压型钢板和混凝土构成)、钢筋混凝土预制或现浇楼面。对于特大开间,可采用轻型空腹钢桁架,以及由压型钢板和混凝土组成的复合楼面。抗侧向荷载的体系通常由轻钢拉条构成 X 型斜向支撑体系,或者由抗剪板材与轻钢龙骨组成剪力墙体系。

高层住宅

在加拿大,轻钢结构在各种高层建筑中得到了广泛应用,其中包括住宅。它主要被用于内外填充墙、隔墙、幕墙、外维护墙以及屋架、屋顶体系。高层住宅的承载结构通常是由 H 型钢或钢筋混凝土的框架体系构成的。安居提醒,由轻钢构件构成的轻质内外墙体系,与承重结构的框架体系相结合是非常便利的。

美国 · 轻钢住宅体系

轻质楼盖系统

常见的钢结构体系类型_钢结构体系_钢结构体系的类型及应用范围

由 C 型的轻钢构成搁栅,薄板铺在搁栅上。搁栅通常跨度在 3.6 至 4.8 米之间,高度为 254 毫米,其最大跨度能达到 11 米。搁栅的间距是 600 毫米。搁栅在腹板处开有大孔,这使得管线的穿越和布置非常方便。楼面有三种做法。其一为高密度木纤维水泥板;其二为满铺压型钢板后再浇筑 20 毫米的陶粒轻骨料混凝土;其三为满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。

这些轻质楼盖上,每平方米能够承受 316 到 365 千克的荷载。安居别墅提醒,该楼盖结构体系的重量,只是国内传统混凝土楼板体系重量的四分之一到六分之一。并且,其楼盖的结构高度,要比普通混凝土板的结构高度高 100 到 120 毫米。

竖向墙体

竖向墙体结构通常把内横墙当作结构的承重墙。墙柱是 C 形轻钢构件,其壁厚依据所承受的荷载来确定,一般在 0.84 到 2 毫米之间。墙柱的间距通常为 400 到 600 毫米。墙柱的下端是 U 形开口朝上的底槽梁,墙柱的上端是 U 形开口向下的顶槽梁。搁栅被固定在上槽梁的侧边。

安居别墅提醒,为提升墙柱的稳定性,通常在墙柱高度范围内设置三道轻钢拉条。这种墙体结构的布置方式,能够有效地承受竖向荷载并可靠地传递竖向荷载,并且布置起来较为方便。然而,这种墙体结构无法承受水平荷载。

剪力墙和十字交叉支撑

美国多层轻钢结构住宅体系为抵抗水平风荷载与地震作用,有两种方式。一种方式是采用轻钢剪力墙。另一种方式是采用带十字交叉支撑的普钢框架结构。轻钢剪力墙通常布置在分户墙。它采用 0.5mm 镀锌薄钢板,将其蒙在石膏板上,然后固定在轻钢墙柱上,这样就形成了类似于应力蒙皮结构的剪力墙。每层之间有一个特殊构件,这个构件用于连接上下楼层的剪力墙,以便能够有效传递水平剪力以及因水平力作用在墙柱上而产生的拉力。

在地震区,为了保证结构的安全。采用了带十字交叉支撑的普钢框架来作为抗侧力结构。这样就形成了一种混合结构体系,其中轻钢承担竖向荷载,普钢承担水平荷载。

建筑保温节能

美国轻钢住宅体系重视保温节能技术。对于墙而言,为确保保温效果,一般会在墙柱间填充玻璃纤维,并且在墙外侧再贴一层保温材料,这样能有效隔断通过墙柱至外墙板的热桥。同时,在楼层之间的搁栅内填充玻璃纤维,以减少通过楼层的热传递。

建筑防火

轻钢结构中的关键技术应用在于,在墙的两侧以及楼盖的天花处贴上防火石膏板。普通防火墙和分户墙用 25.4mm 石膏板进行保护,这样能达到 1 小时的防火要求。同时,在墙体墙柱间和楼盖搁栅间填充玻璃纤维,这对防火和热传递起到了积极的保护作用。若采用安居别墅轻质无发泡混凝土实心灌浆,其防火性能会更加优良且更稳定。

建筑隔音

美国轻钢研究在隔声处理方面下了不少功夫。他们在内外墙以及楼盖搁栅之间填充了玻璃棉,这样就能够有效地阻止通过空气传播的音频部分。而对于通过固体传播的冲击声,在美国的轻钢住宅中,采取了以下构造处理措施:在分户墙方面,用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体;对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨,采用带有小切槽的弹性构造,从而可以有效减少楼层间的固体声传播。采用安居别墅的轻质无发泡混凝土实心灌浆,其隔音性能会更好且更稳定。

轻钢别墅

澳大利亚 · 轻钢住宅体系

构造特点

承载结构使用冷弯薄壁轻钢骨架,其采用高强且防腐的钢卷板,这种钢卷板的屈服强度为 550Mpa,锌铝合金镀层的厚度是 270g/m2,钢材的厚度为 0.85mm,借助电脑辅助制造,能够直接轧制成各种不同类型的结构构件。

门窗过梁采用小桁梁。

围护及施工

钢结构体系_常见的钢结构体系类型_钢结构体系的类型及应用范围

墙体围护结构使用的是轻质高强的围护材料或者纤维水泥板。屋面采用了防水玻纤瓦等材料,楼面采用了防水卷材等材料,内外墙采用了防水、保温材料。屋面楼面系统还使用了保温材料棉、桁条以及防火石膏板等。

轻钢构件的生产制作是由电脑软件进行全过程控制的。这样就确保了构件的制造精度,使其误差较小。除了基础施工之外,其余的施工安装全部为干作业。

设计特点

冷弯薄壁轻钢结构体系在澳大利亚已较为成熟。设计时运用了专业的轻钢结构建造设计软件。该软件生成的生产数据文件能够直接输入到加工设备中,从而实现自动加工。

轻钢别墅

北美体系和澳洲体系,认知误区

墙体厚度

通常说“美标比澳标墙体、外围护要厚。”

安居别墅提醒,外围护墙体的厚度,一方面是由当地的气候条件所决定的;另一方面是由所用材料的导热系数所决定的。

结构成本

美标使用的钢量较大,从外观上看显得很结实。澳新标看起来相对比较单薄。基于此,美标的造价肯定要比澳标高。

美标使用 Q235 和 Q345 的镀锌钢,澳标使用 Q460、Q500 和 Q550 的镀铝锌钢,美标镀锌钢的造价相对澳标镀铝锌钢要便宜。因此,很多人觉得北美体系看起来厚实,而这仅仅是外观给人的一种感受。

安全性

澳新标结构中“蒙皮效应”得以应用,这让结构整体显得较为简洁且单薄。美国有着独特的屋架设计、过梁以及楼板系统,这些使得整体的观感比较稳固,其安全性能看上去也更高。

这其实是一个误区。

安居别墅提醒,若设计恰当,两个体系都具备坚固耐用的特性。真正的计算体系会对材料的实际用量进行更优化处理,从长远角度看,成本效益需要得到更多的关注。

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