钢结构技术论文
中国建筑金属结构协会
建筑钢结构分会主办
随着粘土砖逐渐被取消，空心砌块和混凝土砌块作为替代粘土砖的建筑材料，在节土节能和环境保护方面已经开始产生重大社会效益。根据材料不同，分为普通混凝土与装饰混凝土小型空心砌块、轻骨料混凝土小型空心砌块、粉煤灰小型空心砌块、蒸汽加压混凝土砌块和石膏砌块。这些砌块保留了粘土砖取材广泛，施工方便，造价低廉的特点的同时，还有其独特的优势：生产不毁坏耕地，无须烧制污染较小，耗能不足粘土砖的一半，自重轻，有利于地基处理，保温性能更好，施工速度快，节省砂浆等优点。是目前国家大力推广的建筑材料。
但是空心砌块与抹面砂浆结合不如粘土砖，容易在墙面产生裂缝，影响美观。而且一般无法利用墙壁安装物品，比如空调的挂机，因为强度较差容易损坏。作为外墙极容易渗漏，雨水会顺着空心砖到处渗漏，使人找不到漏水的位置，使用寿命比实心砖短。空心砌块对施工要求更高，从玉树地震现场来看，空心砌块房屋已经倒塌，混凝土框架实心粘土砖砌块填充墙房屋安然无恙，如图2-2，最主要的原因就是，空心砖砌块没有按照规范中设置圈梁和芯柱，导致玉树地区地震受损严重，所以需要工程施工单位积累更多的施工经验和施工技能，并且严格按照规范施工。
加气混凝土容重轻，强度大，隔热、保温性能好，可加工性好，其吸引隔音效果和抗震性能均优于空心砌块，建筑结构形式见图2-3。但是，加气混凝土砌块孔隙率大，吸水高，因而不得砌筑在建筑物标高±0.00以下或长期浸水或经常受干湿交替部位。加气混凝土砌块表面强度低，在运输和搬运过程容易缺角或断裂现象，增加材料的损耗和浪费，因而在运输和搬运过程应小心操作。加气混凝土砌块表面容易起粉末，也不易于与砂浆更好的粘结，所以砌块墙体宜用粘结性良好的专用砂浆砌筑，若加气混凝土砌块墙上直接预留门窗洞口，容易造成门窗边渗水或漏水现象。加气混凝土砌块的生产龄期为28天，因而供应量受到一定的限制，不适宜小规模生产。总体来说，加气混凝土砌块只要精心施工，规范操作，尽可能避免或减少施工中可能出现的质量问题，加气混凝土砌块到也是建筑砌体中较好的选择。
3．混凝土框架结构
混凝土框架结构的梁、柱和楼板都是现浇而成的，如图3-1，因此整体性较好，抗震度比较高，防水性比较好。配合砌块填充墙和分割墙使用，既保证了抗震性能，又能发挥其自身优良的特点，是目前最主流的低层和多层建筑体系。而且房屋内部空间分隔可以随客户的意愿而改变，二次装修方便。
但是针对农村市场，框架结构也有其不便的地方。由于农村房屋建造工程规模较小，安装模板，搅拌机械施工等的操作性没有砌块结构方便。混凝土梁柱板需要养护，湿作业较多，工程周期长，专业施工队伍至少需要三个月施工时间，农村一些非正规的施工队伍的施工周期需要半年或更长，人力资本投入也会相应增加。
4．钢结构框架
目前我国钢材产量已居世界首位，大力发展钢结构房屋的条件已经成熟，国家也在逐步调整政策鼓励发展钢结构住宅，钢结构发展正步入黄金时期。钢框架结构房屋最主要的特点是可以工厂加工成型，长距离运输和现场快速安装，低层建筑钢架进场2-3天便可完成框架搭建。而且，钢结构抗震性更加优越，是地震区的优质结构体系，见图4-1。
但是钢结构的防火和防腐性能欠佳，每根构件都需要进行防火和防腐处理，这样结构在安装时候容易碰掉漆或防火涂料。同时，钢框架结构和砌块墙体结合并不能像和混凝土那样良好结合，热胀冷缩时容易产生裂缝。另外，钢框架结构构件一般为H型钢，对于墙体屋面等部分是不规则面，在梁柱等部位处理起来相对麻烦。有部分工程采用速凝改良混凝土将钢柱包裹，30-45分钟就可拆模，定型模板不但可将外柱制成各种形状，也可与各种砌块连接，避免钢材与砌块之间由于两种材料的热胀系数不同而产生裂缝，同时起到防火和防腐的作用，这样不仅提高结构性能，更能节约成本。总之，钢框架结构的前景非常广阔，随着技术不断提高，结构的适用性也不断的改善。
5．冷弯薄壁结构体系
在建设部大力推行钢结构住宅政策的推动下，不少房屋公司也开始引进冷弯薄壁型钢结构体系。北新房屋有限公司在北京、山东等地建造了一批采用新日铁工法的薄板轻钢房屋；上海美建公司、上海绿筑住宅系统科技有限公司建造了一批代表北美体系的冷弯薄壁型钢结构住宅别墅；博思格住宅部、钢之杰有限公司也建筑部分住宅，但大部分住宅房屋业务出口海外市场。
薄壁轻钢结构住宅的结构体系采用0.75mm-2.0mm的镀锌或镀铝锌C型件组成，构件间距一般为600mm，属于密肋式结构体系，如图5-1。外墙一般采用水泥纤维板，OSB板，XPS等干挂式保温和装饰材料，骨架内填充隔音棉，内墙采用单层或双层石膏板；楼板采用C型梁或桁架梁，上铺OSB结构板材；屋面一般为桁架系统，上面铺设OSB板，防水层以及玻纤瓦、沥青瓦或钢瓦等屋面材料，室内为石膏板吊顶。整套体系加工时，墙体龙骨腹板和楼面托梁腹板通常给予等间距的冲孔，以方便水电管线的穿越。
薄壁轻钢结构住宅体系的优点十分明显，自重最轻，基础负载最小，运输方便，施工周期短，工业化程度高，干作业工期约为2个月，可实现墙体及桁架工厂预拼装，现场作业文明，废料少，其材料均可再生利用，完全符合环保建筑的要求。薄壁轻钢结构体系除基础施工外可以完全做到干作业施工的结构体系。另外，薄壁轻钢结构体系空间分割较为灵活，抗震性能优越，同济大学完成的足尺模型试验显示，9度罕遇地震下仅石膏板螺钉脱落，而且不受白蚁蛀蚀，适用面广。
但是薄壁轻钢体系也有其不尽人意的地方。主要是墙体板材不适合直接挂载，挂载需要连接在结构龙骨上，所以必须预先确定龙骨位置，否则容易破坏墙面，而且墙面破坏维修和建筑二次装修均是非常麻烦的事情。墙壁和楼层内为空腔虽然里面填充有吸音棉，但是隔声效果和撞击声依然能感觉到。整个结构体系只用螺丝钉连接，给人不是很结实的感觉。结构体系冷桥较多，如果外部不设置保温板，保温性能差。
6．结论
1) 砌块结构、混凝土框架结构、钢结构框架结构和冷弯薄壁结构体系是低层住宅的主流结构体系，各种结构体系有其各自的优点和缺点。只有熟悉这些材料的特性，才能更好的扬长避短的利用其各自特点。
2) 每种结构体系都有其适合的范围，砌块建筑适合对房屋要求比较低和地震设防烈度较低的地区；混凝土框架和钢框架适合于地震烈度较高和住宅质量要求较高的地区；薄壁结构体系适合于工期要求短，材料匮乏，环境破坏要求小的地区，例如旅游度假村。根据具体的要求可以选择适当的结构形式。
3) 每种结构体系房屋的造价也不近相同，砌块结构房屋最便宜，其次是混凝土框架结构房屋，最贵的是钢框架和薄壁结构房屋，比混凝土框架结构贵10%-20%。所以，需要参考相应的经济条件选择适当的房屋结构形式。
总之，随着中国经济的不断发展，农村的房屋市场需求逐步释放，参考本文对各种体系的介绍，对房屋结构形式选择有所帮助。
参 考 文 献
[1] 许强，陈刚，卢文浩，低层轻型钢结构住宅设计，建筑结构，增刊Vol36，2006.6
[2] 沈祖炎，李元齐．高强冷弯薄壁型钢住宅结构抗震性能研究报告[R]．上海：同济大学建筑工程系，2007．
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