輕鋼結構建筑

1、第五章、輕鋼結構建筑構造第五章、輕鋼結構建筑構造講課人：王世禮2006.06. 建筑構造（二）一、概述目前，國內(nèi)鋼材品種日趨多樣化，如H型鋼、T型鋼和L型鋼等大截面型材，以及50mm以上厚度的鋼板、冷彎薄壁型鋼和彩色涂層鋼板等，以及各種新型墻板的開發(fā)和應用，這對促進我國建筑業(yè)在開發(fā)鋼結構技術方面奠定了政策和物質(zhì)基礎。在我國，采用鋼結構技術建造的各類大跨度、高層、超高層建筑以及輕型鋼結構建筑工程也越來越多。國內(nèi)以往有混凝土和砌體結構一統(tǒng)天下的格局正在悄然發(fā)生變化，開發(fā)研究鋼結構的新技術，引起了建筑師、工程師及鋼結構專業(yè)制作公司的興趣和重視。建筑鋼結構工程依據(jù)工程項目的性質(zhì)的不同，大致分為普通鋼結

2、構、高層鋼結構、輕鋼結構、鋼混結構、薄壁拱形結構等幾種結構體系。其中，輕鋼結構體系以其獨特的優(yōu)勢近年來國內(nèi)發(fā)展較快。輕鋼結構已不只是一般的薄壁型鋼，而是厚度1.55mm的薄鋼板結構。輕型鋼結構（簡稱輕鋼結構），是由輕型鋼結構材料做承重骨架，配合樓板、屋面板和墻板等維護結構，共同組成整棟的建筑物。輕鋼建筑體系的主要特征在于建筑工業(yè)化程度高，尺寸精確，所有構配件均在工廠制作；現(xiàn)場以預制裝配為主，施工速度快。開發(fā)輕鋼建筑體系，可以將現(xiàn)場以工地建造的模式變?yōu)橛晒S制造的方式。輕鋼結構除具有結構強度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、占用面積小、降低基礎造價、工業(yè)化程度高、外形美觀等一系列優(yōu)點外，其綜合

3、經(jīng)濟效益與鋼筋混凝土結構大體持平。因而輕鋼結構建筑被廣泛用于大跨度單層工業(yè)廠房、倉庫、大型超市商場、辦公樓、住宅等建筑，同時，還適合建筑加層及各類平、坡屋頂。目前，國內(nèi)正在開發(fā)的輕鋼結構小高層（1012層）住宅體系，雖然在某些方面還缺少參考規(guī)范，但設計本身很具有技術創(chuàng)新意識，這類小高層的骨架結構可以采用H型鋼或鋼管混凝土等形式。大力發(fā)展輕鋼建筑體系的優(yōu)勢還體現(xiàn)在對人居生態(tài)環(huán)境、社會資源保護和可持續(xù)發(fā)展方面。二、輕鋼建筑的材料與制品輕鋼建筑的結構支承構件，一般采用1.55mm的薄壁鋼，僅冷彎或冷軋后制成各種不同截面形式的薄壁型鋼及制品。薄壁型鋼作為輕鋼的支撐構建，能充分利用鋼材的強度；用做受彎構

4、件時，可提高構件的承載力和剛度。薄壁型鋼制品還包括1.2mm以下的各種截面的壓型鋼板，有這類薄鋼板加工成的制品構件常具有支承和維護兩個方面的功能。此外，各種小斷面角鋼、扁鋼、輕型工字鋼、槽鋼和鋼管等組成的構件，或與薄壁型鋼組合的構件，同樣也可用作輕鋼建筑和支撐構件。 三、輕鋼建筑體系輕鋼結構建筑體系，主要有輕鋼結構骨架的支撐體來承受房屋的全部靜荷載、活荷載及風荷載。常見的底層、多層輕鋼建筑結構體系可劃分為梁柱式、墻架式、剛架式等幾種，其構件之間常采用電焊、螺栓或鉚釘進行連接。 1 1、梁柱式、梁柱式梁柱式結構是輕鋼結構建筑中較常見的一種結構體系。它是由鋼柱、鋼梁或鋼桁架組成框架結構的支撐體，具

5、有平面布置靈活的特點。骨架間節(jié)點的連接構造則主要通過節(jié)點板、角鋼連接件和高強度螺栓加以固定或焊接的方式連接組合。梁柱多采用軋制或焊接的H型或其他截面形式的構件，適合建造低層、多層建筑。當輕鋼結構建筑需設置懸挑的外廊或陽臺時，在構造上應采取有關措施。2 2、墻架式、墻架式墻架式輕鋼結構的承重內(nèi)墻板、外維護板和樓板層是按設計模數(shù)和功能一一劃分為各自相對獨立的輕鋼墻架，也稱隔扇，通過加工組合而成為輕鋼房屋的支撐骨架。墻架主要以輕鋼材料作框，框內(nèi)設置墻筋或擱柵以提高其剛度和穩(wěn)定性，墻架間則通過高強度螺栓將其裝配成整體骨架。墻架單元的內(nèi)外構造層次可以是在工廠內(nèi)與骨架同時加工組合完成的板材。在實際工程中，

6、為滿足平面布置的靈活性的特點，常在房屋內(nèi)采用柱梁式結構，而維護結構則采用墻架單元，這種結構形式成為混合式。一般適合建造低層和多層住宅。 3 3、剛架式、剛架式剛架式結構是一種適合跨度較大的一、二層的工業(yè)建筑或大型超級市場，這類輕鋼建筑一般有橫向承重剛架和冷完成型的檁條、梁架組成。根據(jù)設計要求，也可用于多層住宅或辦公建筑。 四、輕鋼建筑構造1.1.外墻構造外墻構造輕鋼建筑的外墻既“輕”又“薄”，為滿足建筑維護結構的功能要求，外墻往往才采用輕質(zhì)復合材料組合而成，通常有干作業(yè)和濕作業(yè)之分。1 1）輕質(zhì)復合材料外墻）輕質(zhì)復合材料外墻輕質(zhì)復合材料外墻板由外及里按不同的部位和功能要求將其組合而成。設計時，

7、應充分考慮結合建筑所在地區(qū)的氣候與環(huán)境特點；綜合考慮將外墻板其間所需的保溫、隔熱、防水、防火、防止板材表面及內(nèi)部的凝結水、外門窗的安裝、板與板之間的節(jié)點和接縫的處理以及外墻板的內(nèi)外飾面的細部構造設計與施工安裝的可操作性等要求。施工一般以干作業(yè)為主。 復合外墻板一般由以下幾個構造層次組成：復合外墻板一般由以下幾個構造層次組成：（1）骨架通常采用輕鋼做框，由槽型薄壁型鋼龍骨制成外墻板的外框架，內(nèi)部按設計要求在適當部位設置橫檔或豎筋；還應考慮其側向受力時，可采用在鋼框內(nèi)設置固定斜撐或用花籃螺絲在現(xiàn)場進行調(diào)整。（2）外表面層外表面層的面板由表面經(jīng)過處理的彩色涂層金屬壓型鋼板、加氣混凝土板、纖維水泥板、

8、混凝土板等，外墻板節(jié)點多用防水密封膠或?qū)Ｓ脧椥苑浪牧咸羁p。（3）保溫層保溫層通常設置在內(nèi)外面板之間，主要采用玻璃棉、巖棉、礦棉等材料。為防止蒸汽滲透，常在保溫層內(nèi)加一層鋁箔或油氈等隔蒸汽層；也有增設一層蜂窩板或封閉的空氣層以提高其保溫效能。針對夏季隔熱的要求，為了減少太陽輻射對墻體的影響，便于外墻板內(nèi)的蓄熱即使散發(fā)，最好在墻板的外側再設置一層通風層。（4）內(nèi)表面層內(nèi)表面的選材一般應結合室內(nèi)裝修，如紙面石膏板、GRC薄板、膠合板和木質(zhì)纖維板等，接縫出可批刮膩子或另加壓縫條，板材表面飾面常用涂料或粘貼壁紙。 2 2）鋼筋網(wǎng)架水泥墻）鋼筋網(wǎng)架水泥墻用于輕鋼建筑的鋼筋網(wǎng)架水泥墻常見有兩種構造方式：（

9、1）一種是用直徑34鋼筋點焊成間距為100mm的雙向鋼筋網(wǎng)片。內(nèi)插一根根條形聚苯乙烯或巖棉,尺寸應按照外墻板規(guī)格設計要求，裝運至工地，將其安裝在外墻骨架單元的外圍護部分，現(xiàn)場內(nèi)外粉水泥砂漿2030mm厚，使之成為有一定保溫能力的外墻，也稱泰柏板。也有采用墻架式輕鋼骨架，外側（兩面）綁扎或用專用卡具固定鋼絲網(wǎng)片。內(nèi)填保溫材料，外噴水泥砂漿。 （2）另一種板材構造形式同上面介紹的板材有所相似，也成3D板，兩者的區(qū)別在于后者該板采用的鋼筋網(wǎng)片的配筋根據(jù)結構計算需要是可以變化的，鋼筋網(wǎng)片一次組合成功，網(wǎng)片內(nèi)所夾的聚苯板是整塊的，提高了夾芯板的整體剛度，保證了抹灰厚度一致，現(xiàn)場只需雙面噴抹2535mm厚

10、的水泥砂漿。板材表面可刷涂料、粘貼墻面磚等塊材。它在功能上可以作為自承重墻、非承重的隔墻板和屋面板等。這類鋼筋網(wǎng)架雙面水泥砂漿抹面的外墻板自重輕，具有一定的保溫和隔熱能力，板材的整體性、防水性和防火性均較好，可適應不同的使用功能布置要求；缺點是現(xiàn)場粉刷需要大量的濕作業(yè)。對于防火要求高的建筑，可在鋼筋網(wǎng)架中填入巖棉，成為質(zhì)地較輕的裝配單元。 3）輕質(zhì)加氣混凝土外墻板作為單一材料的輕質(zhì)加氣混凝土外墻板，同樣也適用于輕鋼建筑。該外墻板具有自重輕保溫隔熱性能優(yōu)良，有較高的強度（板內(nèi)配筋，可提高其抗彎、抗剪強度）、較佳的耐火和防火性能以及隔聲性能。外墻板厚度為100200mm,板寬為600mm,板長可達

11、6000mm，設計可根據(jù)需要進行選用。 2.2.樓板構造樓板構造輕鋼建筑的樓板分為現(xiàn)澆和預制裝配兩種做法?，F(xiàn)澆樓板對于輕鋼建筑的整體性、防水性和防火性均較好，可以適應不同使用功能房間的布置的要求，樓板承載力大。預制裝配式樓板一般按功能分層進行裝配，施工速度快。 1 1）現(xiàn)澆式輕鋼樓板）現(xiàn)澆式輕鋼樓板輕鋼建筑的現(xiàn)澆樓板不同于普通磚混結構的現(xiàn)澆樓板，一般直接采用壓型薄鋼板做底模并固定在鋼桁架上，由此可省去大量的模板.樓板跨度小的可直接在壓型薄鋼板上現(xiàn)澆40mm以上厚度的細石混凝土；當樓板跨度大、樓面荷載較大時，現(xiàn)澆樓板則需按設計要求配置鋼筋后在澆細石混凝土，有的還結合室內(nèi)裝修預留了樓板層地面的裝修

12、厚度。在這類現(xiàn)澆樓板的板底一般結合室內(nèi)裝修做成吊頂形式。目前國內(nèi)已新開發(fā)出閉合型斷面的新型壓型鋼板（厚0.91mm），以它做模板，并代替樓板下部受力鋼筋。其板底呈無縫并且完全閉合，因此，住戶裝修時不需另設吊頂，可以直接在面上平直的亞型鋼板面上刮膩子后直接刷涂料或貼壁紙，裝修效果與混凝土樓板地一樣，無需特殊裝修。在閉合型斷面亞型鋼板上可直接現(xiàn)澆C30細石混凝土，為提高樓板的抗裂性和整體性，在板面上還可配置5150 雙向鋼筋網(wǎng)片。這種輕鋼組合樓板的耐火極限可達100min，滿足高層建筑的樓板耐火極限1.5h的要求（該樓板現(xiàn)澆C30細石混凝土厚度為110mm）。2 2）裝配式輕鋼樓板）裝配式輕鋼樓板

13、這種樓板在輕鋼結構的梁或肋上面鋪設一層配筋的預制纖維空心板，上層應按設計要求鋪設各種功能面層，鋼肋間距6001200mm,板內(nèi)如配筋跨度可達2m。為了解決樓板的隔聲，一般在預制板上先鋪一層軟質(zhì)纖維板，然后再鋪硬質(zhì)木地板，在樓板底可另設鋪有礦棉氈的吊頂。在安裝預制樓板時，也可利用鋼梁的結構高度來布置各類管線。 3.3.屋頂構造屋頂構造輕鋼結構的屋頂形式取決于屋面材料和屋面結構布置，可以做成平屋頂或坡屋頂。1 1）平屋頂）平屋頂采用輕質(zhì)混凝土屋面板（如加氣混凝土條板）直接鋪在鋼檁條上，然后在上面做找平層和防水層。輕質(zhì)混凝土屋面板的優(yōu)點是將維護和保溫這兩種功能統(tǒng)一起來，使工業(yè)較方便，屋面板上經(jīng)找平可

14、直接作防水層。平屋頂?shù)牧硪环N形式，即利用輕鋼現(xiàn)澆樓板層的做法，只需在樓板層上將面層換作防水層；對有保溫隔熱要求的屋頂，屋面構造則需結合保溫層的設置，重點做好隔汽、通風和防水方面的細部構造。 2.2.坡屋頂坡屋頂坡屋頂一般通過鋼屋架上設置鋼檁條，上鋪彩色涂層亞型鋼板或彩鋼夾心板而成。彩鋼板作屋面不僅色彩豐富，而且施工簡便；構造搭接合理可以做到不滲水、漏水。也可采用配筋的加氣混凝土條板鋪設在輕鋼屋架或鋼梁上，其構造層次可按設計要求進行處理。此外，輕鋼屋架的檁條上直接鋪設纖維板材作屋面板，像其他坡屋頂構造一樣鋪釘防水卷材、順水條、掛瓦條和瓦片。為減輕重量，同時也為適應不同坡度的坡屋頂構造形式，輕鋼建

15、筑宜鋪設大張薄型屋瓦材較為合適，因此，常見有大張薄型彩色瀝青油氈瓦、彩色PVC塑料瓦彩的屋面出現(xiàn)。 五、輕鋼建筑的維護與保養(yǎng)五、輕鋼建筑的維護與保養(yǎng)輕鋼建筑因材料自身的原因，同樣也存在著諸如易銹蝕、不耐火和絕緣等方面的問題。因此，在設計時要引起重視并應采取相應的措施；同時，在日常使用過程中更應加強房屋的定期維護和保養(yǎng)，以保證輕鋼建筑正常、合理的使用年限，延緩其老化周期。具體措施如下: 1)1)鋼構件防火鋼構件防火作為普通鋼構件可以耐250以下的高溫，但不耐火，對于輕鋼結構的防火，一般優(yōu)先選用耐火、耐候鋼材，同時可以通過在構件表面噴涂防火涂料（如蛭石）、外包防火板材或現(xiàn)澆混凝土等幾種防火構造措施，具體視建筑的使用功能、防火等級以及結合室內(nèi)其他防火系統(tǒng)等綜合考慮，采取相應的保護措施。 2 2）鋼構件防銹）鋼構件防銹鋼材易銹蝕，特別是輕鋼建筑采用的鋼材“壁薄桿細”，已經(jīng)銹蝕就會嚴重降低其結構承載力，縮短使用年限，因此，輕鋼建筑的鋼結構材料在使用前須先需仔細、徹底的除銹，然后在構件表面涂刷防銹涂料或合成樹脂進行保護，以提高防銹涂料的抗