轻钢结构建筑

轻钢结构建筑构造一、概述目前，国内钢材品种日趋多样化，如H型钢、T型钢和L型钢等大截面型材，以及50mm以上厚度的钢板、冷弯薄壁型钢和彩色涂层钢板等，以及各种新型墙板的开发和应用，这对促进我国建筑业在开发钢结构技术方面奠定了政策和物质基础。在我国，采用钢结构技术建造的各类大跨度、高层、超高层建筑以及轻型钢结构建筑工程也越来越多。国内以往有混凝土和砌体结构一统天下的格局正在悄然发生变化，开发研究钢结构的新技术，引起了建筑师、工程师及钢结构专业制作公司的兴趣和重视。建筑钢结构工程依据工程项目的性质的不同，大致分为普通钢结构、高层钢结构、轻钢结构、钢混结构、薄壁拱形结构等几种结构体系。其中，轻钢结构体系以其独特的优势近年来国内发展较快。轻钢结构已不只是一般的薄壁型钢，而是厚度1.5~5mm的薄钢板结构。轻型钢结构（简称轻钢结构），是由轻型钢结构材料做承重骨架，配合楼板、屋面板和墙板等维护结构，共同组成整栋的建筑物。轻钢建筑体系的主要特征在于建筑工业化程度高，尺寸精确，所有构配件均在工厂制作；现场以预制装配为主，施工速度快。开发轻钢建筑体系，可以将现场以工地建造的模式变为由工厂制造的方式。轻钢结构除具有结构强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、占用面积小、降低基础造价、工业化程度高、外形美观等一系列优点外，其综合经济效益与钢筋混凝土结构大体持平。因而轻钢结构建筑被广泛用于大跨度单层工业厂房、仓库、大型超市商场、办公楼、住宅等建筑，同时，还适合建筑加层及各类平、坡屋顶。目前，国内正在开发的轻钢结构小高层（10~12层）住宅体系，虽然在某些方面还缺少参考规范，但设计本身很具有技术创新意识，这类小高层的骨架结构可以采用H型钢或钢管混凝土等形式。大力发展轻钢建筑体系的优势还体现在对人居生态环境、社会资源保护和可持续发展方面。二、轻钢建筑的材料与制品轻钢建筑的结构支承构件，一般采用1.5~5mm的薄壁钢，仅冷弯或冷轧后制成各种不同截面形式的薄壁型钢及制品。薄壁型钢作为轻钢的支撑构建，能充分利用钢材的强度；用做受弯构件时，可提高构件的承载力和刚度。薄壁型钢制品还包括1.2mm以下的各种截面的压型钢板，有这类薄钢板加工成的制品构件常具有支承和维护两个方面的功能。此外，各种小断面角钢、扁钢、轻型工字钢、槽钢和钢管等组成的构件，或与薄壁型钢组合的构件，同样也可用作轻钢建筑和支撑构件。三、轻钢建筑体系轻钢结构建筑体系，主要有轻钢结构骨架的支撑体来承受房屋的全部静荷载、活荷载及风荷载。常见的底层、多层轻钢建筑结构体系可划分为梁柱式、墙架式、刚架式等几种，其构件之间常采用电焊、螺栓或铆钉进行连接。1、梁柱式梁柱式结构是轻钢结构建筑中较常见的一种结构体系。它是由钢柱、钢梁或钢桁架组成框架结构的支撑体，具有平面布置灵活的特点。骨架间节点的连接构造则主要通过节点板、角钢连接件和高强度螺栓加以固定或焊接的方式连接组合。梁柱多采用轧制或焊接的H型或其他截面形式的构件，适合建造低层、多层建筑。当轻钢结构建筑需设置悬挑的外廊或阳台时，在构造上应采取有关措施。2、墙架式墙架式轻钢结构的承重内墙板、外维护板和楼板层是按设计模数和功能一一划分为各自相对独立的轻钢墙架，也称隔扇，通过加工组合而成为轻钢房屋的支撑骨架。墙架主要以轻钢材料作框，框内设置墙筋或搁栅以提高其刚度和稳定性，墙架间则通过高强度螺栓将其装配成整体骨架。墙架单元的内外构造层次可以是在工厂内与骨架同时加工组合完成的板材。在实际工程中，为满足平面布置的灵活性的特点，常在房屋内采用柱梁式结构，而维护结构则采用墙架单元，这种结构形式成为混合式。一般适合建造低层和多层住宅。3、刚架式刚架式结构是一种适合跨度较大的一、二层的工业建筑或大型超级市场，这类轻钢建筑一般有横向承重刚架和冷完成型的檩条、梁架组成。根据设计要求，也可用于多层住宅或办公建筑。四、轻钢建筑构造1.外墙构造轻钢建筑的外墙既“轻”又“薄”，为满足建筑维护结构的功能要求，外墙往往才采用轻质复合材料组合而成，通常有干作业和湿作业之分。1）轻质复合材料外墙轻质复合材料外墙板由外及里按不同的部位和功能要求将其组合而成。设计时，应充分考虑结合建筑所在地区的气候与环境特点；综合考虑将外墙板其间所需的保温、隔热、防水、防火、防止板材表面及内部的凝结水、外门窗的安装、板与板之间的节点和接缝的处理以及外墙板的内外饰面的细部构造设计与施工安装的可操作性等要求。施工一般以干作业为主。复合外墙板一般由以下几个构造层次组成：（1）骨架通常采用轻钢做框，由槽型薄壁型钢龙骨制成外墙板的外框架，内部按设计要求在适当部位设置横档或竖筋；还应考虑其侧向受力时，可采用在钢框内设置固定斜撑或用花篮螺丝在现场进行调整。（2）外表面层外表面层的面板由表面经过处理的彩色涂层金属压型钢板、加气混凝土板、纤维水泥板、混凝土板等，外墙板节点多用防水密封胶或专用弹性防水材料填缝。（3）保温层保温层通常设置在内外面板之间，主要采用玻璃棉、岩棉、矿棉等材料。为防止蒸汽渗透，常在保温层内加一层铝箔或油毡等隔蒸汽层；也有增设一层蜂窝板或封闭的空气层以提高其保温效能。针对夏季隔热的要求，为了减少太阳辐射对墙体的影响，便于外墙板内的蓄热即使散发，最好在墙板的外侧再设置一层通风层。（4）内表面层内表面的选材一般应结合室内装修，如纸面石膏板、GRC薄板、胶合板和木质纤维板等，接缝出可批刮腻子或另加压缝条，板材表面饰面常用涂料或粘贴壁纸。2）钢筋网架水泥墙用于轻钢建筑的钢筋网架水泥墙常见有两种构造方式：（1）一种是用直径φ3~φ4钢筋点焊成间距为100mm的双向钢筋网片。内插一根根条形聚苯乙烯或岩棉,尺寸应按照外墙板规格设计要求，装运至工地，将其安装在外墙骨架单元的外围护部分，现场内外粉水泥砂浆20~30mm厚，使之成为有一定保温能力的外墙，也称泰柏板。也有采用墙架式轻钢骨架，外侧（两面）绑扎或用专用卡具固定钢丝网片。内填保温材料，外喷水泥砂浆。（2）另一种板材构造形式同上面介绍的板材有所相似，也成3—D板，两者的区别在于后者该板采用的钢筋网片的配筋根据结构计算需要是可以变化的，钢筋网片一次组合成功，网片内所夹的聚苯板是整块的，提高了夹芯板的整体刚度，保证了抹灰厚度一致，现场只需双面喷抹25~35mm厚的水泥砂浆。板材表面可刷涂料、粘贴墙面砖等块材。它在功能上可以作为自承重墙、非承重的隔墙板和屋面板等。这类钢筋网架双面水泥砂浆抹面的外墙板自重轻，具有一定的保温和隔热能力，板材的整体性、防水性和防火性均较好，可适应不同的使用功能布置要求；缺点是现场粉刷需要大量的湿作业。对于防火要求高的建筑，可在钢筋网架中填入岩棉，成为质地较轻的装配单元。3）轻质加气混凝土外墙板作为单一材料的轻质加气混凝土外墙板，同样也适用于轻钢建筑。该外墙板具有自重轻保温隔热性能优良，有较高的强度（板内配筋，可提高其抗弯、抗剪强度）、较佳的耐火和防火性能以及隔声性能。外墙板厚度为100~200mm,板宽为600mm,板长可达6000mm，设计可根据需要进行选用。2.楼板构造轻钢建筑的楼板分为现浇和预制装配两种做法。现浇楼板对于轻钢建筑的整体性、防水性和防火性均较好，可以适应不同使用功能房间的布置的要求，楼板承载力大。预制装配式楼板一般按功能分层进行装配，施工速度快。1）现浇式轻钢楼板轻钢建筑的现浇楼板不同于普通砖混结构的现浇楼板，一般直接采用压型薄钢板做底模并固定在钢桁架上，由此可省去大量的模板.楼板跨度小的可直接在压型薄钢板上现浇40mm以上厚度的细石混凝土；当楼板跨度大、楼面荷载较大时，现浇楼板则需按设计要求配置钢筋后在浇细石混凝土，有的还结合室内装修预留了楼板层地面的装修厚度。在这类现浇楼板的板底一般结合室内装修做成吊顶形式。目前国内已新开发出闭合型断面的新型压型钢板（厚0.91mm），以它做模板，并代替楼板下部受力钢筋。其板底呈无缝并且完全闭合，因此，住户装修时不需另设吊顶，可以直接在面上平直的亚型钢板面上刮腻子后直接刷涂料或贴壁纸，装修效果与混凝土楼板地一样，无需特殊装修。在闭合型断面亚型钢板上可直接现浇C30细石混凝土，为提高楼板的抗裂性和整体性，在板面上还可配置φ5@150双向钢筋网片。这种轻钢组合楼板的耐火极限可达100min，满足高层建筑的楼板耐火极限≥1.5h的要求（该楼板现浇C30细石混凝土厚度为110mm）。2）装配式轻钢楼板这种楼板在轻钢结构的梁或肋上面铺设一层配筋的预制纤维空心板，上层应按设计要求铺设各种功能面层，钢肋间距600~1200mm,板内如配筋跨度可达2m。为了解决楼板的隔声，一般在预制板上先铺一层软质纤维板，然后再铺硬质木地板，在楼板底可另设铺有矿棉毡的吊顶。在安装预制楼板时，也可利用钢梁的结构高度来布置各类管线。3.屋顶构造轻钢结构的屋顶形式取决于屋面材料和屋面结构布置，可以做成平屋顶或坡屋顶。1）平屋顶采用轻质混凝土屋面板（如加气混凝土条板）直接铺在钢檩条上，然后在上面做找平层和防水层。轻质混凝土屋面板的优点是将维护和保温这两种功能统一起来，使工业较方便，屋面板上经找平可直接作防水层。平屋顶的另一种形式，即利用轻钢现浇楼板层的做法，只需在楼板层上将面层换作防水层；对有保温隔热要求的屋顶，屋面构造则需结合保温层的设置，重点做好隔汽、通风和防水方面的细部构造。2.坡屋顶坡屋顶一般通过钢屋架上设置钢檩条，上铺彩色涂层亚型钢板或彩钢夹心板而成。彩钢板作屋面不仅色彩丰富，而且施工简便；构造搭接合理可以做到不渗水、漏水。也可采用配筋的加气混凝土条板铺设在轻钢屋架或钢梁上，其构造层次可按设计要求进行处理。此外，轻钢屋架的檩条上直接铺设纤维板材作屋面板，像其他坡屋顶构造一样铺钉防水卷材、顺水条、挂瓦条和瓦片。为减轻重量，同时也为适应不同坡度的坡屋顶构造形式，轻钢建筑宜铺设大张薄型屋瓦材较为合适，因此，常见有大张薄型彩色沥青油毡瓦、彩色PVC塑料瓦彩的屋面出现。五、轻钢建筑的维护与保养轻钢建筑因材料自身的原因，同样也存在着诸如易锈蚀、不耐火和绝缘等方面的问题。因此，在设计时要引起重视并应采取相应的措施；同时，在日常使用过程中更应加强房屋的定期维护和保养，以保证轻钢建筑正常、合理的使用年限，延缓其老化周期。具体措施如下:1)钢构件防火作为普通钢构件可以耐250℃以下的高温，但不耐火，对于轻钢结构的防火，一般优先选用耐火、耐候钢材，同时可以通过在构件表面喷涂防火涂料（如蛭石）、外包防火板材或现浇混凝土等几种防火构造措施，具体视建筑的使用功能、防火等级以及结合室内其他防火系统等综合考虑，采取相应的保护措施。2）钢构件防锈钢材易锈蚀，特别是轻钢建筑采用的钢材“壁薄杆细”，已经锈蚀就会严重降低其结构承载力，缩短使用年限，因此，轻钢建筑的钢结构材料在使用前须先需仔细、彻底的除锈，然后在构件表面涂刷防锈涂料或合成树脂进行保护，以提高防锈涂料的抗风化作用。解决钢构件防锈的另一做法是通过热喷涂（如喷沙除锈、电热喷铝或锌）工艺；对有些处在不良环境中的钢结构构件，也可采用不易锈蚀的耐候钢材料，但造价较高。3）钢构件绝缘钢构件的钢材具有热阻小、传热快的特点，因此，在轻钢建筑的外围户结构（如屋顶、外墙、门窗等部位）设计时应采取相应的构造措施，如在金属构件之间的连接处采用绝缘材料将两者分离，以防止外围护机构的冷、热桥现象存在，达到改善轻钢建筑外维护结构的热工性能和满足使用的要求。