北方農村輕鋼結構建筑應用研究

崔路苗(長治職業技術學院, 山西長治 046000)

北方農村輕鋼結構建筑應用研究

崔路苗
(長治職業技術學院, 山西長治 046000)

文章通過分析研究鋼結構技術和傳統木結構的技術相關性，探討了輕鋼結構技術在北方農村住宅建設中的應用可行性。

輕鋼結構技術；農村住宅；可行性分析

建筑應當是對生活的真實反映。目前北方農村新農村建設問題比較多，最突出的是安全問題。其建筑結構形式仍然以磚混或磚石或磚木結構為主，多數房屋沒有考慮抗震問題，一旦遭遇地震，后果將不堪設想，但考慮抗震，務必會增加建造成本。而且從農村住宅建筑的全生命周期來看，初期建造濕作業多，污染大，施工周期長，勞動強度大，但使用周期卻短，翻蓋的周期大約是二十至三十年不等，造成大量能源浪費和生成大量建筑垃圾無法處理，污染自然環境 。而黏土磚的限制使用迫使傳統建筑形式需要更符合現狀的建筑形式代替。1973年，E·F·舒馬赫[1]首次提出了適宜性技術，它指的是能適應本地區實際條件并發揮最大效益的技術，這一技術也得到了大力推崇。從目前情況來看，北方農村經濟相對落后，如果能立足于現實，在各項環境因素允許的情況下，通過用高新技術改善原有的傳統技術來提高建筑的質量是一條可行的解決方案。

1 低層輕鋼結構住宅介紹

曾有日本學者在《可持續性住宅建設》這本書中就提出了關于資源循環型住宅的概念。所謂資源循環型住宅，指的是考慮實現住宅的整個使用周期內的長持久性、資源的高重復使用性；能源的低消耗率性和能源的充分利用性的住宅體現。以這個為思想基礎被稱作“SI”[2]的新型開放住宅，最早出現在荷蘭，后期在日本建筑界得到了廣泛的應用。其中S為支撐體，而I為填充體，兩者的有效分離體系，既滿足了承重結構的長壽命耐久性，也滿足了房屋內部填充體可以多次改造的需求，更全面地考慮了建筑住宅的長久性和可變性。這個建筑思想和我國傳統的木骨架承重結構很相似，但是我國是個木資源匱乏的國家，傳統的木骨架承重體系已不符合我國的建筑建設現狀，而輕鋼結構形式的出現無疑給農村的建筑設計提供了更好的選擇。輕鋼結構住宅和傳統的木結構住宅相比：不同之處在于輕鋼結構的承重骨架是由輕鋼構件組成，代替了原來的木制承重構件，而其他的外圍護結構、內分隔結構以及屋面結構則大同小異；居住的便利性和舒適性接近于傳統住宅，容易達到居住者的要求。

輕鋼結構在歐美發達國家技術已經很成熟，且被認為是適用于低層建筑的綠色結構體系。相對于鋼筋混凝土結構、磚混結構技術等傳統技術，它的優勢主要體現在以下方面：(1)結構自重輕，對地基要求低，降低基礎的工程造價；(2)構件成品化，質量可靠，施工裝配化，效率高；(3)可以有效抗擊地震、白蟻等自然災害；(4)建造方式方便農民掌握，對于協力造屋的農村具有一定的適用性。因此，輕鋼結構可能會成為目前北方農村住宅高能耗結構的有效替代結構。

2 輕鋼結構在北方農村住宅建設中的應用可行性

2.1 輕鋼結構技術應用于北方農村的可實現性分析

北方地區氣候干燥少雨，地震災害時有發生，采用輕鋼結構具有很大優勢，外圍護結構及內部分隔材料則可以就地取材以降低工程造價。目前，鋼結構住宅技術在中國農村實際推廣肯定會遇到很多問題，最主要的問題是解決輕鋼結構住宅技術在農村實際運用的操作性問題[3]，主要涉及以下方面：

2.1.1 建筑平面規劃和建筑造型設計

輕鋼結構住宅的設計和施工主要考慮兩部分：“支撐體”部分通常由專業設計人員根據計算確定，是住宅的承重結構；而“內部填充”部分主要根據居住者的要求，由專業人員設計實現，通常是指住宅的平面布置，它可以根據功能需要的變化而更新改造，住宅的靈活性和多樣化得到了改善。其外立面建筑造型設計要能體現當地農村的地域性特點，符合當地農村傳統習慣和風俗，同時也能滿足當代農民對現代城市生活方式的追求和向往。

2.1.2 結構構造設計

農村輕鋼結構住宅的結構設計形式和傳統木結構框架形式類似，采用鋼梁柱代替傳統的木梁柱承重骨架。而對于輕鋼結構，我國目前已出版了大量關于設計、施工、驗收等方面的相關規范、規程和行業標準及圖集等，如《鋼結構設計規范》、《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》、《鋼結構結構施工質量驗收規范》、《鋼結構防火涂料通用技術條件》、《輕型房屋鋼結構技術規程》、《鋼結構住宅建筑設計技術規程》、《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》、《鋼結構制作安裝施工規程》等等，為輕鋼結構住宅建筑的應用奠定了必要的技術支撐。同時一些專用的設計分析軟件如ANSYS、PKPM等滿足了當前輕鋼結構住宅建筑的設計和分析的需要。從施工方面，近年來國內的鋼結構企業迅速發展，鍛煉培養出了大量的施工技術人員，這些都為北方農村發展鋼結構住宅提供了充足的技術力量。

2.2 輕鋼結構建筑功能使用和維護技術條件分析

北方農村屬于寒冷地區，節能降耗有著更為重大的意義。如輕鋼結構為承重框架、生土磚作為墻體圍護結構，預制空心樓板、輕鋼瓦屋面組合的建造形式就是高新技術與傳統技術的有效結合。生土磚通常由黏土、草、水、粉煤灰等附加材料混合制作而成，取材方便，制作簡單。作為圍護結構可營造較好的室內熱環境和調節室內溫濕度，同時生土墻能滿足建筑的防火、隔音、防腐蝕等要求。生土磚-鋼框架結構的施工周期較短，可節省一部分人工費用，而且，鋼結構生土建筑廢棄后，鋼材和生土磚墻體均可回收利用，也符合國家提倡的可持續發展的要求。而關于生土墻作為圍護結構的抗震問題可以通過合理的構造連接[4]來解決：一種方法是可以在墻體與柱壁連接處設置角鋼、鐵釘等構造件，間距為300 mm；另外一種方法是通過在鋼柱兩側焊接鋼絲網片來保證二者的協同工作。

2.3 在經濟效益方面

一直以來，人們認為輕鋼結構住宅成本比較高而不適合廣大農村地區，這只是把工程造價作為唯一評價依據得出的結論，如果從住宅的全壽命周期看，輕鋼結構住宅的潛在優勢也很明顯。首先，根據國家現有的房屋使用年限標準，鋼結構建筑的使用年限最長為80 a,磚木結為30 a,鋼筋混凝土結構為50 a，比較而言，輕鋼結構使用年限時間更長。其次，輕鋼結構住宅達到使用年限或廢棄不用時，鋼結構能夠再回收利用，可以回收部分建造費用。最后，輕鋼結構住宅的有效使用面積大，承重和填充體分離，可以避免傳統頻繁的拆蓋，改造空間大，節省重復建設費用。

3 結束語

本文主要分析研究了北方農村推廣輕鋼結構住宅的技術可行性和市場可行性。輕鋼和生土墻的結合，也是農村建筑從承重結構到圍護結構實現綠色環保目標成為可能，目前與輕鋼結構體系相配套的技術手段也已經成熟。在市場可行性方面，北方廣大農村地區經濟收入日益增長，城鎮化進程加快，鋼產量過剩，因此，目前在北方地區大規模地推廣輕鋼結構住宅的時機已經成熟。

[1] 江冰.低層輕鋼結構住宅體系的研究及其應用前景[D].合肥工業大學，2006.

[2] 李森子.SI體系下資源循環住宅設計方法的本土化研究——以北方地區為例[D].大連理工大學，2015.

[3] 張建新,劉雁.鋼結構技術應用于農村住宅的建筑設計研究[J].揚州大學學報，2004(5).

[4] 吳元蒞.帶土坯墻低層住宅鋼框架結構體系抗側力性能的理論研究與在農村住宅中的應用[D].西安建筑科技大學，2011.

崔路苗(1978～)，女，碩士研究生，講師，國家一級注冊結構師，研究方向為工程抗震與防災減災。

TU392.5

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[定稿日期]2016-11-01