北方農(nóng)村輕鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用研究

崔路苗(長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 山西長治 046000)

北方農(nóng)村輕鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用研究

崔路苗
(長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 山西長治 046000)

文章通過分析研究鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)和傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的技術(shù)相關(guān)性，探討了輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在北方農(nóng)村住宅建設(shè)中的應(yīng)用可行性。

輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)；農(nóng)村住宅；可行性分析

建筑應(yīng)當(dāng)是對生活的真實反映。目前北方農(nóng)村新農(nóng)村建設(shè)問題比較多，最突出的是安全問題。其建筑結(jié)構(gòu)形式仍然以磚混或磚石或磚木結(jié)構(gòu)為主，多數(shù)房屋沒有考慮抗震問題，一旦遭遇地震，后果將不堪設(shè)想，但考慮抗震，務(wù)必會增加建造成本。而且從農(nóng)村住宅建筑的全生命周期來看，初期建造濕作業(yè)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(huán)境 。而黏土磚的限制使用迫使傳統(tǒng)建筑形式需要更符合現(xiàn)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(shù)，它指的是能適應(yīng)本地區(qū)實際條件并發(fā)揮最大效益的技術(shù)，這一技術(shù)也得到了大力推崇。從目前情況來看，北方農(nóng)村經(jīng)濟相對落后，如果能立足于現(xiàn)實，在各項環(huán)境因素允許的情況下，通過用高新技術(shù)改善原有的傳統(tǒng)技術(shù)來提高建筑的質(zhì)量是一條可行的解決方案。

1 低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅介紹

曾有日本學(xué)者在《可持續(xù)性住宅建設(shè)》這本書中就提出了關(guān)于資源循環(huán)型住宅的概念。所謂資源循環(huán)型住宅，指的是考慮實現(xiàn)住宅的整個使用周期內(nèi)的長持久性、資源的高重復(fù)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(xiàn)。以這個為思想基礎(chǔ)被稱作“SI”[2]的新型開放住宅，最早出現(xiàn)在荷蘭，后期在日本建筑界得到了廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)的長壽命耐久性，也滿足了房屋內(nèi)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(tǒng)的木骨架承重結(jié)構(gòu)很相似，但是我國是個木資源匱乏的國家，傳統(tǒng)的木骨架承重體系已不符合我國的建筑建設(shè)現(xiàn)狀，而輕鋼結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)無疑給農(nóng)村的建筑設(shè)計提供了更好的選擇。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅和傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)住宅相比：不同之處在于輕鋼結(jié)構(gòu)的承重骨架是由輕鋼構(gòu)件組成，代替了原來的木制承重構(gòu)件，而其他的外圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)分隔結(jié)構(gòu)以及屋面結(jié)構(gòu)則大同小異；居住的便利性和舒適性接近于傳統(tǒng)住宅，容易達到居住者的要求。

輕鋼結(jié)構(gòu)在歐美發(fā)達國家技術(shù)已經(jīng)很成熟，且被認為是適用于低層建筑的綠色結(jié)構(gòu)體系。相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)技術(shù)等傳統(tǒng)技術(shù)，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：(1)結(jié)構(gòu)自重輕，對地基要求低，降低基礎(chǔ)的工程造價；(2)構(gòu)件成品化，質(zhì)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(zāi)害；(4)建造方式方便農(nóng)民掌握，對于協(xié)力造屋的農(nóng)村具有一定的適用性。因此，輕鋼結(jié)構(gòu)可能會成為目前北方農(nóng)村住宅高能耗結(jié)構(gòu)的有效替代結(jié)構(gòu)。

2 輕鋼結(jié)構(gòu)在北方農(nóng)村住宅建設(shè)中的應(yīng)用可行性

2.1 輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于北方農(nóng)村的可實現(xiàn)性分析

北方地區(qū)氣候干燥少雨，地震災(zāi)害時有發(fā)生，采用輕鋼結(jié)構(gòu)具有很大優(yōu)勢，外圍護結(jié)構(gòu)及內(nèi)部分隔材料則可以就地取材以降低工程造價。目前，鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)在中國農(nóng)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(jié)構(gòu)住宅技術(shù)在農(nóng)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(guī)劃和建筑造型設(shè)計

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計和施工主要考慮兩部分：“支撐體”部分通常由專業(yè)設(shè)計人員根據(jù)計算確定，是住宅的承重結(jié)構(gòu)；而“內(nèi)部填充”部分主要根據(jù)居住者的要求，由專業(yè)人員設(shè)計實現(xiàn)，通常是指住宅的平面布置，它可以根據(jù)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(shè)計要能體現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的地域性特點，符合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村傳統(tǒng)習(xí)慣和風(fēng)俗，同時也能滿足當(dāng)代農(nóng)民對現(xiàn)代城市生活方式的追求和向往。

2.1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計

農(nóng)村輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式和傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)框架形式類似，采用鋼梁柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木梁柱承重骨架。而對于輕鋼結(jié)構(gòu)，我國目前已出版了大量關(guān)于設(shè)計、施工、驗收等方面的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及圖集等，如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料通用技術(shù)條件》、《輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計技術(shù)規(guī)程》、《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《鋼結(jié)構(gòu)制作安裝施工規(guī)程》等等，為輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的應(yīng)用奠定了必要的技術(shù)支撐。同時一些專用的設(shè)計分析軟件如ANSYS、PKPM等滿足了當(dāng)前輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的設(shè)計和分析的需要。從施工方面，近年來國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)迅速發(fā)展，鍛煉培養(yǎng)出了大量的施工技術(shù)人員，這些都為北方農(nóng)村發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅提供了充足的技術(shù)力量。

2.2 輕鋼結(jié)構(gòu)建筑功能使用和維護技術(shù)條件分析

北方農(nóng)村屬于寒冷地區(qū)，節(jié)能降耗有著更為重大的意義。如輕鋼結(jié)構(gòu)為承重框架、生土磚作為墻體圍護結(jié)構(gòu)，預(yù)制空心樓板、輕鋼瓦屋面組合的建造形式就是高新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的有效結(jié)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(jié)構(gòu)可營造較好的室內(nèi)熱環(huán)境和調(diào)節(jié)室內(nèi)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(jié)構(gòu)的施工周期較短，可節(jié)省一部分人工費用，而且，鋼結(jié)構(gòu)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(xù)發(fā)展的要求。而關(guān)于生土墻作為圍護結(jié)構(gòu)的抗震問題可以通過合理的構(gòu)造連接[4]來解決：一種方法是可以在墻體與柱壁連接處設(shè)置角鋼、鐵釘?shù)葮?gòu)造件，間距為300 mm；另外一種方法是通過在鋼柱兩側(cè)焊接鋼絲網(wǎng)片來保證二者的協(xié)同工作。

2.3 在經(jīng)濟效益方面

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

3 結(jié)束語

本文主要分析研究了北方農(nóng)村推廣輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的技術(shù)可行性和市場可行性。輕鋼和生土墻的結(jié)合，也是農(nóng)村建筑從承重結(jié)構(gòu)到圍護結(jié)構(gòu)實現(xiàn)綠色環(huán)保目標(biāo)成為可能，目前與輕鋼結(jié)構(gòu)體系相配套的技術(shù)手段也已經(jīng)成熟。在市場可行性方面，北方廣大農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟收入日益增長，城鎮(zhèn)化進程加快，鋼產(chǎn)量過剩，因此，目前在北方地區(qū)大規(guī)模地推廣輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的時機已經(jīng)成熟。

[1] 江冰.低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研究及其應(yīng)用前景[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

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

[3] 張建新,劉雁.鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村住宅的建筑設(shè)計研究[J].揚州大學(xué)學(xué)報，2004(5).

[4] 吳元蒞.帶土坯墻低層住宅鋼框架結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力性能的理論研究與在農(nóng)村住宅中的應(yīng)用[D].西安建筑科技大學(xué)，2011.

崔路苗(1978～)，女，碩士研究生，講師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)師，研究方向為工程抗震與防災(zāi)減災(zāi)。

TU392.5

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[定稿日期]2016-11-01