钢结构住宅技术简介

来源 网络 发布于 2013/4/2 16:19:22 评论(0) 有5013人阅读

1. 引言

一个新家所表现出的自豪、安全和价值是一个关于建筑材料、方法、建设者的技能的函数。

当钢结构建筑技术被用来兴建住宅公寓时，一个购买者的紧张和焦虑被减少了。这是因为钢的技术和材料性能，让家建造得更加迅速，并且具有独特的品质，这正是适合于个人和家庭的。
钢铁技术应用于建造住房，允许建造更耐久的家，以各种大小、形状及价格范围来适应用户的需要。当设计师采用钢结构建筑，有各种各样的钢铁解决方案可用，每一个都有设计资料的坚实基础有力支持。已建立的高效的供应链支持这个，以确保工程按时交付，依据预算并且高质量。

当购买钢铁技术的解决方案时，购买者能知道住房将被以迅速的、安全的、经过测试的、牢固的并且可在现代世界各地重复的技术来建造。

结构框架体系	结构构件	非结构构件，包括：
冷成型 热成型	梁 柱 地板 墙	外部围护	内部装修 装配安装（如管道）装配安装
模块化	面板 Cassette容积	包覆层系统 屋面系统	天花板系统 隔离墙系统隔离墙系统

2. 预制

随着对高效的、适用性强的和更高质量的建筑物需求的增加，人们已经看到了建设过程中可以改善品质并鼓励创新的方方面面。

传统工艺和贸易施工技术在过去数十年中变化微乎其微。 这些贸易在建筑工地任何类型的天气条件下都要正常进行；因此，在质量和精度方面，这类建筑是相当没有定数的。
为减少变数和提高质量，许多建设者正日益展望着有不同程度的预制性的施工技术。这项技术把一些活动转移到一个工厂的车间里，在这里其过程不依赖天气，改善了工作条件和安全性，装配质量也比室外所能达到的有大大提高。

然后预制组件被运到工地，组装到预制的基础上。建设速度大大加快，因为在装配中使用了更大的构件，重叠的贸易活动能够不同的地方展开。

图表1 -材料，部件和预制件的流通

轻钢框架（冷轧）

轻钢构架部件在冷弯型钢中包含C和Z截面，冷弯型钢是非常有效的材料应用，非常适合建造房屋和中层公寓。取决于其负荷应用，钢铁仅为1.2至2毫米厚。墙板和地板卡带可以预制并很容易安装到位。同样的技术也扩展到模块化建筑。许多公司提供轻型钢构架解决方案，其符合当地建房标准或认证体系。

轻钢部件尺寸和深度非常依赖于建筑类型和尺寸，然而用于住宅墙体建筑螺柱的普遍尺寸从75mm深C截面起，为墙壁和150mm深的西格玛形楼地板搁栅。对于需要轻重量的更大跨度楼层或建筑，钢桁架梁可以建造到多达300mm的深度。

外保温是放在框架的外面来产生一个保温的构架。

 

3.模块化建造

钢铁技术的多功能性允许多种施工技术，以用来适应建造不同尺寸和类型的住房。所以取决于建筑物规模，钢混系统可以用来优化施工方法。

模块化建造用轻钢结构框架作为其基本部件。墙壁，地板和天花板都建成三维单元，在交付到工地前已是完全装配好的。这样，大部分施工是在工厂中高质量完成的，并能及时交货。模块化单元的尺寸只受运输限制（典型的是宽3至4米）。两边不封闭的单元可以放在一起，形成较大的空间。

模块化建筑产品范围包括模块化面板和地板盒系统，在其中混合建筑技术的好处可在一系列建筑形式中实现。墙壁、天花板及地板的大跨度搁栅托梁的基本部件是100毫米C断面的。大跨度地板托梁通常是为满足地板跨度和深度而为用户定制设计的。

4. 普通复合建筑（钢+其他材料）

复合建筑以一个非常有效的方式使用钢梁、金属支撑板和混凝土，所以可以用每一种材料的最佳性能来优化建造技术。跨度6至12米的梁，可创造出内部空间最大的灵活性和开间性。采用46至80毫米厚的钢支撑复合板，可以跨3至4.5米不用临时支撑。能创造出120到170毫米厚的板。这样，横梁可以沿分离墙的线排列，以便使他们不用突出出来。

超薄建筑用复合支撑板

超薄复合体系制约了热轧地楞横梁在楼板中的深度。楼板厚度约300毫米，可实现跨越能力5至9米。一些更长跨越排列可能在建造中需要临时支撑。

把钢梁埋进混凝土板的优点之一是横梁一般就不需要额外的防火保护来达到60分钟的耐火抗力了。省略下立横梁让系统完全自由地定位内墙。轻型设备及管道便可包含在深层支撑板的肋板之间。

超薄复合板已被人们接受，并已通过Robust标准细目的测试，当与平台楼面板和石膏天花板结合时吸声性能令人满意。

核心稳定性

大部分建筑物需要一个刚性的核心，以提供稳定性，并确保在横向载荷下摆动运动减至最少。无论支撑柱之间的交叉支撑还是建造刚性核心，通常都能产生满足大多数建筑规范要求的稳定区。

为低层住宅，S型交叉支撑通常是最符合成本效益的。撑杆可以放置在开窗约束或墙间柱之间。

但是，对于大型的多层公寓楼建筑，刚性核心更节省成本。这些刚性核心通常在楼梯和电梯所在的地方，并且刚性核心是连续向上到整个建筑物的高度的。

钢筋混凝土夹芯板可以用来形成一个高层住宅楼的刚性核心。

快速构建的钢芯是由钢/混凝土夹芯板建造的，它们都是焊接模块。随后在工地组装形成钢芯。

然后，在两块钢板之间的缝隙，用混凝土填充。它作为永久性模板；当混凝土弄好，夹心板就起到了钢筋的作用。

相对于其尺寸，这些模块重量相对轻。这使得采用标准工地设备就可以竖立该结构。

建筑物围护系统

范围很广的覆层系统，可以附装到钢框建筑物，产生不同的纹理、颜色，以提供令人振奋的视觉对比。

屋面系统

包括以下类型：

直立缝 -铝/钢系有凸起花纹的接缝
钢复合板 -夹层隔热板
建立体系 -单独建立分层体系
根据坡度，屋顶可分为两类：
坡度陡的屋顶，只用在水溅落的条件
坡度缓的屋顶，只用在水静止不动的条件

两种屋顶需要不同的措施和设计细节确保天气气密性，尤其是：需要密封，或轻型结构框架不仅仅受斜度影响，而且也受其他参数影响，如降水量，风力，屋面维修时人行走在上面的抗力，雪积累和冰堵塞屋檐。

无论屋顶坡度和外型怎么样，都需要特别注意面板（一个至另一个）的密封性和稳固性，注意建筑物周边（风上举），遮雨板和屋顶天窗。关键点是.天沟雨水管，尤其是对于坡度陡的屋顶。

各种屋面系统的特征：

单屋顶覆层

屋顶面板的剖面外形，可归类为正弦，梯形和棱纹形。钢板屋面厚度从0.6至0.7毫米变化（根据静负荷，绝热负荷，维护负荷，风和雪荷载）。

屋顶面板，无论外型如何，可以是平的或弯曲的。还有屋面瓦系，是模拟屋顶瓦片的板。他们被制成许多不同的外形。一些外形更难用于屋顶，因为带有很多脊和槽。

备用部件，例如屋脊板和拐角板，密封带及壁炉架都很常见。

外形影响的附着的方法和频率。使用滑动卡箍或连接及适当密封剂时，要加以考虑金属的热膨胀性。

一个双层重顶，内板的主要功能是支撑绝热层，虽然通过结合合适的穿孔，它可能有助于改善声建筑物的吸声性能。

屋顶层面

肋板（平的或弯曲的）用于平面屋顶支持绝热层和防渗层。外形的选择取决于功能，厚度，绝热层厚度和跨度。

在这样的安排下，确保绝热层能安全横跨屋顶褶相邻翼缘间的沟槽很重要。

隔热板，复合或夹芯板

预制系统由面板组成，面板中隔热材料（聚氨酯泡沫塑料或矿毛绝热纤维）填充在两层金属外层中（镀锌和涂层处理）。复合板通过紧固件同传统型梯形外层。

这种复合体系可以得到强有力的刚性板，因为整个外层一次性就固定下来，所以具有快速搭建的好处。

它们适合平面或曲面屋顶。

夹芯板的厚度取决于保温和跨度的需要。紧固件的分布取决于风荷载、雪荷载和热梯度。

墙覆层系统

这些可以是以下类型：

钢复合板-夹层隔热板
砖-附于钢吊轨的砖条
粘土盖瓦-附于钢吊轨盖瓦的粘土/陶瓷瓷砖
Cassette面板-次要框架Cassette支撑的金属板

主要有四类覆层系统。其特点是：

墙覆层

轻型建筑物立面，轻质量材料像棱型（正弦或梯形）钢板，单或双面结合绝热层。
这个覆层是机械固定的。适当注意接头细节设计，墙覆层可以以垂直、水平、对角线或组合方式来固定。

墙覆层往往是0.5毫米厚。允许选择所需的外形和厚度，大部分制造商公布的目录包含了建议的固定和密封方面的详细资料，同时给出了对于压力和吸力活动在跨度条件范围下的容许负荷。

覆层适合新建筑，也适合于整修。

双面覆层的内衬托盘

cassette系统实现了墙的内修整。它支撑着绝热层（矿棉）和外覆层墙（横向或纵向固定）。

为改善建筑物内的声音效果，cassette在可见面进行穿孔。

建筑上的墙覆层

表面光滑的覆层被机械固定（可见或隐藏的紧固件）在轻型框架上。这些部件一般不用确保覆层紧密。

隔热板：复合或夹芯板

预制系统由面板组成，面板中隔热材料（聚氨酯泡沫塑料或矿毛绝热纤维）填充在两层金属外层中（镀锌和涂层处理）。外层面可以是光滑的或有棱条纹的。

翻新工程中的预制阳台

这种复合体系可以得到强有力的刚性板，因为整个外层一次性就固定下来，所以具有快速搭建的好处。

它们适合于平面或曲面的建筑物立面。

厚度的夹芯板取决于保温和跨度的需要。紧固件的分布取决于风荷载、雪荷载和热梯度。

粘土涂层

一系列的盖瓦涂层，可固定到钢架系统的外表面上。瓷砖通常悬挂到水平钢轨上，钢轨固定回结构框架上。

粉刷涂层

直接附在支柱上的复合板

砖石覆层的接口细节-外部隔热层＆紧墙铁的垂直轨道

瓷砖悬挂在固定于支柱的挂瓦条上

5.翻新

每一个建筑和构件都具有生命周期，在这段生命周期中每个部件通常需要一些保养，到最后要么更换要么整修。有时，由于潮流或时尚的变化，有时一个建筑的使用会受到限制，这时建筑就需要进行修饰。修饰可以从更改现有构造，到用钢骨架系统搭建附加的屋顶延伸。

如果业主打算规划整修活动，一个重要的决定是如何尽量避免影响邻近建筑物及现有居民。业主还需要考虑成本，标准和施工时间参与筹办和检查整修工作。任何可让快速施工的系统，有利于减低影响。

钢铁技术，使大量的预制在场外生产，并远离开发区，使影响时间和滋扰减至最少。也有各种不同的钢铁技术，从其中总会产生一个最好的解决方法来进行整修。

整修方案不需要很复杂，但对现有材料、解决方案和应用技术有一个良好的了解是必需的。用钢结构整修解决方案可针对业主的要求和项目的特点进行定制。

对外部围护系统使用涂漆钢，结合钢支撑系统，可以减轻重量，加强体系，从而保留原建筑的特点。

此外，钢铁之所以广泛用于整修项目，是因为它通过使用形状和形式提供了灵活的设计。涂漆钢具有广泛颜色选择和产品多样的优点，并可以保证其耐用性。

主要整修项列举如下：

· 建筑立面覆层

· 石板瓦和瓷砖的支持系统

· 复合墙板

· 覆层的外涂漆

· 建筑立面面板系统

· 雨幕覆层

· 悬屋顶面

· 固定悬顶的金属立缝

· 屋面系统之上的内建式绝热系统

· 墙的平面梯形剖面的外覆层

· 复合板

· 低螺距屋面系统

· 预装轻型钢构架

· 建筑延伸/转换

· 扩建建筑物，以提供新的厕所和浴室单元及服务提升。

· 封闭现有的露天阳台，以提供更好的内部环境。

· 新的封闭式楼梯和通道入口（或更换现有的楼梯）。

· 新的阳台及其他特征。

· 新的外部电梯。

· 屋顶顶端延伸以创造新的公寓或公用空间。

· 将多余的办公建筑转化成公寓。

图1a哥本哈根的悬顶横截面设计图

图1b预制电梯井的安装

图1c附于建筑物立面图中的新模块

图1d新模块和阳台的混合使用

图1e具有独立入口的屋顶顶部模块

来自轻规格部件的现有产品

型钢板

型钢板有各种各样的几何外形，可适用于几种不同的用途。在单面或双面屋顶护板中（图2 ），钢板通常是用作外部护板。其主要功能是确保屋顶的安全。

在双面屋顶中的内板的主要功能是支撑隔热层，虽然结合恰当的打孔它也可能有助于改善建筑物的吸声性能。双面板的两面钢板可以使用相同的剖面轮廓，在这种情况下该屋面一般称为平行纹理。或可以在内部使用不同剖面轮廓，从而取代檩条。在后一种情况中的安排称之为交叉纹理。

图2a屋顶板

对于平面屋顶，如图2b，钢剖面，除了支撑本身的固定负载，还有支撑隔热层、维修及气候（雪和风）负荷的功能。

图2b平面屋顶支撑板

在这样的安排下，确保隔热层能安全跨越褶皱相邻上部凸缘间的槽是非常重要的。

对于垂直的墙壁，单面或双面墙覆层（图3 ）最外面的外层必须确保气密性和水密封性，然而同时要为建筑物提供一个具视觉吸引力的外观。然后内层是一个有效的结构托盘或盒子，水平跨越在提供平坦内墙并支撑隔热层的立柱之间。

图3直立墙施工

6. 物理特性

墙往往需要保温，这可由矿毛纤维、玻璃纤维、硬纸板、聚苯乙烯、泡沫玻璃或膨胀珍珠岩提供。由于隔热板是专有产品，应参考相关制造商的文献作为一种确定具体性能和使用建议的方式。尤其令人关心的是尺寸稳定性、体积、导热系数、压缩抗力、弯曲抗力、于火反应性、水蒸气抗力、露点，作为热量外流通道的能力，以及其安排固定。
声学

够隔声的需求对于建筑物来说是一个日益增长的迫切要求。吸声和隔声是限制噪声传播的两个必要特点。在一类复合面板中结合吸声和隔声双重功能往往是可能的。具体改善隔音的方法是增加型面的厚度和/或隔音层的密度或两层之间额外加一层板。

耐火

因为轻型板如此之薄，以至于如果直接曝于高温，他们就会不具备许多内在的耐火能力。然而，适当隔热的双壁覆层可以达到耐火至少90分钟。无需而外的防护，支撑屋面和复合地板可能达到至少60分钟的耐火时间。

结露

对于钢的墙壁，尤其是不保温时，可能会结露，因为其导热系数是相当高的。然而，几种防结露涂料已经开发出来。这些涂料通过工业生产方法应用于墙壁内部。他们在很大程度上避免以后结露。例子之一是Grafo Therm。它是一种水基混合物，含有具有特殊大面积的多孔元件适合吸水。看上去是含有极微细浅灰色颗粒涂层形式，具有一个令人愉悦的外观。

耐久性

型钢板总是预涂装的，能得到0.3毫米到4毫米之间厚度，宽度可达1.500毫米。镀锌是预涂层的通常形式。这种涂层为钢的未涂装表面提供阴极保护，例如无论是意外或在边缘剪切或钻孔形成的未涂装表面（图1 ）。涂上锌膜以进一步改善耐蚀性，以及增强其外观。由于存在于两个过程间的配合作用，专门生产的镀锌及预涂体系提供了非常显著的耐腐蚀性，它也可能把涂料应用到轧制成形的部件上，如通过静电工序聚酯粉末的应用。在所有情况下，涂料都有很多的颜色可用。

图1曝于大气中的镀锌钢板

轻质结构类型

冷弯薄壁钢的早期应用限制于减轻重量非常重要这样的场合。随着原材料本身以及制造过程的进步，一系列实际和潜在的应用几乎是无限的。

轻型零件适宜用作住宅钢框架（图2 ）。

图2住宅用冷轧零件

两种类型可供选择：
1.在工地现场完全由螺栓连接组装的骨架（图3 ）。 

图3在工地通过螺栓连接组装的具有轻型零件的钢框架

2.基于使用在工厂预装配的钢面板的骨架

采用这种类型，用相当大的面板是可能的，例如3米× 12米，把很大程度的预制引进到结构中。所有零件都事先镀锌并含有一切配线和管道等所必需的孔。

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