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轻钢的北美体系和澳洲体系,有啥区别?

在美国、加拿大以及澳大利亚,用镀锌轻钢龙骨代替传统的木结构的轻钢结构住宅建筑体系,发展至今已有30多年的历史。1996年,美国的住宅建设中轻钢结构住宅达到20%的比例;加拿大则有30%左右的比例;澳大利亚钢结构住宅建造数量约占50%。

这种结构形式主要应用于低层的小住宅。90年代后期以来,多层轻钢龙骨住宅在北美地区迅速发展。除住宅外,这种体系也广泛适用于养老院、假日旅馆、小学校等建筑。



加拿大 · 轻钢住宅体系


通常由镀锌或镀铝锌合金的薄钢板冷弯滚压成型,其截面形状通常为C型和槽型,钢板的厚度可根据结构的要求而变化,其构件长度可视所需而决定。


轻钢构件制作精确,在其制作过程中通常在构件上有规律地穿孔,以利于水电线路和管道及横向加强构件的通过。虽然一块薄钢板本身的承载力并不高,但通过冷弯成不同形状(如C型)后, 其抗弯抗压的能力成倍提高。因此, 房八斗提醒轻钢构件的承载力主要是取决于其截面形状,而不是板材的厚度。这也构成其轻质高强的特点。


低层住宅

结构体系住宅结构通常由楼面,墙体及房顶等体系组成。轻钢住宅的结构形式通常采用线内支承的板肋体系,轻钢构件可应用于不同的房屋构件,采用轻钢构件可以大大简化结构体系,同时高效利用结构体系及构件的承载力,设计灵活及施工便利。


楼面体系

作为楼面托梁的轻钢龙骨其截面高度通常为150~300mm,钢板厚度大约在0.84~2.56mm,楼面托梁常见支撑形式是简支或连续梁,多跨连续梁即可采用单一构件的形式,又可采取多构件搭接的形式。一般说来多构件搭接的形式较单一构件具有更大的灵活性,同时在运输上也很方便。楼面托梁龙骨的腹板通常给予等间距的冲孔,以方便水电管线的穿越。


墙体系统

用于墙体的轻钢龙骨可分为承重和非承重两种,承重的C型龙骨其截面高度一般在93~200mm,钢板厚度通常介于0.80~1.91mm之间;非承重龙骨的截面高度在41~150mm之间,其钢板厚度为0.45~0.84mm,作为一种非常经济实用的墙体体系,这种由轻钢龙骨与石膏板(若作外墙还需加结构板材)组成的板肋墙体普遍适用于高层住宅建筑。

房八斗提醒屋架不同截面形式及厚度的轻钢构件,可为各式各样的房顶形式及体系提供广泛的用途。屋架即可由轻钢椽梁直接构成,也可用轻钢桁架构成。轻钢桁架既可现场制作也适合于工厂大规模集成生产,跨度较大的情况下,采用轻钢桁架尤为经济。


中低层住宅

轻钢板肋结构体系通常适用于六层或六层以下的住宅建筑,但目前也有应用到八层的旅馆建筑实例。中层住宅建筑,其底层轻钢龙骨厚度可达2.6mm,龙骨间距常为305mm,上部楼层的龙骨材料厚度可随荷载的减小而减少。

楼面结构可根据其跨度的长短选择轻钢楼面体系、由压型钢板和混凝土构成的钢承复合楼板、钢筋混凝土预制或现浇楼面。特大开间可采用轻型空腹钢桁架,压型钢板和混凝土组成的复合楼面,抗侧向荷载的体系常由轻钢拉条构成X型斜向支撑体系,或由抗剪板材与轻钢龙骨组成的剪力墙体系构成。


高层住宅

在加拿大,轻钢结构已广泛地应用于包括住宅在内的各种高层建筑,其主要用于内外填充墙、隔墙、幕墙、外维护墙及屋架、屋顶体系。高层住宅的承载结构常由H型钢或钢筋混凝土的框架体系组成,房八斗提醒由轻钢构件构成的轻质内外墙体系非常便于与承重结构的框架体系融为一体。


美国 · 轻钢住宅体系


轻质楼盖系统

由C型的轻钢搁栅与铺于搁栅上的薄板组成。搁栅一般跨度为3.6~4.8m,搁栅高为254mm(搁栅的最大跨度可达11m),搁栅间距为 600mm。搁栅在腹板上开有大孔,这样对于管线的穿越与布置极为方便。楼面有三种做法,分别为:高密度木纤维水泥板;满铺压型钢板再浇筑20毫米的陶粒轻骨料混凝土;满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。

在这些轻质楼盖上每平方米可承受316~365kg的荷载。房八斗提醒该楼盖结构体系重量仅为国内传统混凝土楼板体系的四分之一到六分之一,其楼盖的结构高度将比普通混凝土板高100~120mm。


竖向墙体

竖向墙体结构一般将内横墙作为结构的承重墙,墙柱为C形轻钢构件,其壁厚根据所受的荷载而定,通常为0.84~2mm,墙柱间距一般为400~600mm,墙柱的下端为U形开口朝上的底槽梁,墙柱上端为U形开口向下的顶槽梁,搁栅固定于上槽梁侧边。

房八斗提醒,为提高墙柱的稳定性,一般墙柱高度范围内设三道轻钢拉条。这种墙体结构布置方式,可有效承受并可靠传递竖向荷载,且布置方便,但该墙体结构不能承受水平荷载。


剪力墙和十字交叉支撑

为抵抗水平风荷载与地震作用,美国多层轻钢结构住宅体系中有两种方式:采用轻钢剪力墙或采用带十字交叉支撑的普钢框架结构。轻钢剪力墙一般布置在分户墙,采用0.5mm镀锌薄钢板蒙于石膏板上,再固定于轻钢墙柱上,形成类似于应力蒙皮结构的剪力墙,每层之间有一个特殊的构件对上下楼层剪力墙进行连接,以有效传递水平剪力与由于水平力作用在墙柱上而产生的拉力。

在地震区,为保证结构安全,采用带十字交叉支撑的普钢框架作为抗侧力结构,形成以轻钢承受竖向荷载,以普钢承受水平荷载的混合结构体系。



建筑保温节能

美国轻钢住宅体系中对保温节能技术十分重视,对于墙来说为确保达到保温效果,一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外,在墙外侧再贴一层保温材料,有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥;同时,楼层之间搁栅内填充玻璃纤维,减少通过楼层的热传递。


建筑防火

轻钢结构中关键的技术应用,在墙的两侧与楼盖的天花处贴防火石膏板,对于普通防火墙和分户墙用25.4mm石膏板保护,可达到1小时的防火要求,另外在墙体墙柱间与楼盖搁栅间填充的玻璃纤维对于防火与热传递也起了积极的保护作用。


建筑隔音

美国轻钢研究对于隔声处理下了较大功夫,在内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉,有效阻止了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,作了如下构造处理:对于分户墙,用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体;而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨,用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播。


澳大利亚 · 轻钢住宅体系


构造特点

承载结构采用冷弯薄壁轻钢骨架,采用高强、防腐钢卷板(屈服强度550Mpa,锌铝合金镀层厚度270g/m2),钢材厚度为0.85mm,通过电脑辅助制造,直接轧制成各种不同类型的结构构件。

竖向承重构件采用密排柱,最大柱中距600mm。平面承重构件:屋面采用桁条网,网格尺寸为600x600mm,楼(地)面采用桁架式梁,最大中距1200mm,门窗过梁采用小桁梁。


围护及施工

墙体围护结构采用轻质高强围护材料或纤维水泥板。屋面、楼面、内外墙采用防水、保温材料。屋面楼面系统采用防水玻纤瓦、防水卷材、保温材料棉、桁条、防火石膏板等。

轻钢构件的生产制作,由电脑软件全过程控制,确保了构件的制造精度,误差小。除基础施工外,其余全为干作业施工安装。


设计特点

冷弯薄壁轻钢结构体系是澳大利亚的成熟技术,设计中使用了专业的轻钢结构建造设计软件,生成的生产数据文件可以直接输入到加工设备进行自动加工。


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。”

房八斗提醒,外围护墙体厚度,主要是由当地的气候条件及所用材料的导热系数决定的。


结构成本

“美标用钢量大,看起来很结实,澳新标看起来比较单薄,所以美标的造价肯定高于澳标。” 

美标采用Q235,Q345的镀锌钢,造价相对澳标采用的Q460,Q500,Q550镀铝锌钢要便宜。所以,很多人感觉北美体系的厚实,那也只是外观给人的感受。


安全性

澳新标结构中“蒙皮效应”的应用使得结构整体看起来较为简洁、单薄,美国独特的屋架设计、过梁、楼板系统使得整体感观比较稳固,安全性能看起来更高。

这其实是一个误区。

房八斗提醒,只要设计得当,两个体系都一样坚固耐用。而真正的计算体系,会更加优化材料的实际用量,长远来看成本效益需要获得更多的关注。