一種低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型結(jié)構(gòu)體系，尤其是涉及一種低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)90年代初，發(fā)達(dá)國家針對日益快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)給自然環(huán)境帶來的巨大影 響和壓力，提出了"綠色建筑"或"可持續(xù)建筑"的概念，強調(diào)建筑物的建造不僅要滿足人們 的生活和工作環(huán)境的需求，而且要做到經(jīng)濟(jì)合理的消耗能源和資源，對環(huán)境的影響降至最 小。在國家發(fā)布的"十一五"經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綱要中明確建設(shè)領(lǐng)域的任務(wù)是"大力發(fā)展節(jié)能省 地型建筑"。
[0003] 目前，我國傳統(tǒng)住宅建筑的風(fēng)格及形式多樣化，但就結(jié)構(gòu)體系來說，是以磚混結(jié)構(gòu) 與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，其共同的特點是空間利用率小，自重較大。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的住宅以其成 熟的建造技術(shù)及管理模式，為緩解我國的城鎮(zhèn)化進(jìn)程起到了積極作用；但由于缺乏集約的 控制，不僅在建造過程中消耗并占用大量的土地、水及建筑材料等能源，而且在建成后的能 源消耗量也很大，這給社會及自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響?；谖覈膰榧翱沙掷m(xù) 發(fā)展的戰(zhàn)略要求，提倡并發(fā)展綠色節(jié)能住宅已勢在必行。
[0004] 鋼結(jié)構(gòu)建筑是綠色環(huán)保的建筑。輕鋼結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)的一個重要分支，它是相對于 普通鋼結(jié)構(gòu)而言的，是以輕型焊接、高頻焊接型鋼，冷彎薄壁型鋼，熱乳H型鋼，薄鋼管，薄 鋼板等構(gòu)件焊接、拼接而成的組合構(gòu)件為主要受力構(gòu)件，采用輕質(zhì)材料為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的低層 和多層建筑。
[0005] 輕鋼結(jié)構(gòu)用于住宅有如下特點：環(huán)保節(jié)能，節(jié)約土地資源，節(jié)約水資源，工業(yè)化程 度高，施工周期短自重輕，空間利用率大，抗震性能好，建筑造型豐富，裝修方便。
[0006] 由上述特點可知，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是目前實現(xiàn)建筑節(jié)能和達(dá)到綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的 一個最佳選擇。然而，該結(jié)構(gòu)住宅體系，在我國卻發(fā)展的比較緩慢。目前，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的 研究與開發(fā)應(yīng)用尚處于示范試點的起始階段，全國已建鋼結(jié)構(gòu)住宅在住宅建筑中的比例還 不足1 %。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述缺陷，提供一種低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。其整 體結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加合理并且符合實際，能夠獲得加強結(jié)構(gòu)整體剛度、降低結(jié)構(gòu)用鋼量等方 面的使用效益和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下：一種低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅，包括支撐 結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)為受力蒙皮結(jié)構(gòu)，由框架、蒙皮板和連接件組成，所述框架 采用熱乳型鋼或冷彎薄壁型鋼支撐，包括梁、柱和檁條；蒙皮板采用有機涂層薄鋼板、鍍鋅 薄鋼板或防腐薄鋼板，連接件用于蒙皮板之間相連或蒙皮板與框架之間的相連，蒙皮板與 框架的相連為兩邊連接或四邊連接；所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括內(nèi)外墻、樓板以及屋頂；該住 宅的所述支撐結(jié)構(gòu)必須滿足以下條件：
[0009] 蒙皮板與框架連接件在垂直于板跨方向上發(fā)生破壞對應(yīng)的抗剪強度為
[0010]
[0011] 其中，/為抗剪設(shè)計強度，F(xiàn) p為板框連接件的設(shè)計剪切強度，b為蒙皮板的深度，P 為板框連接件的間距；
[0012] 鎣佐板與鎣佐板i車培件發(fā)生破壞對應(yīng)的抗剪強度為
[0013]
[0014] 其中，a，b為受力蒙皮結(jié)構(gòu)的寬度和跨度，F(xiàn)s為蒙皮板縫連接件的設(shè)計強度；β i， β 3為與n s相關(guān)的系數(shù)，n s為每塊蒙皮板于框架的連接件的個數(shù)，η p為框架的根數(shù)；
[0015] 蒙皮板的局部屈曲及輅體屈曲破壞分別為
[0016]
[0017] 其中，K為屈曲系數(shù)，取為5. 35,E為彈性模量，V為泊松比，h/t為蒙皮板單元的寬 厚比；
[0018]
[0019] 其中，DJPDy分別是一個波距單位長度的板沿著直線母線和垂直于直紋母線方向 的抗彎剛度，BP :
[0020]
[0021]
[0022] E為鋼板的彈性模量，t為蒙皮板的凈厚，d為單個波形板的距離，μ為鋼板的泊 松比，s為一個單波的展開面寬度，Iy為一個單波對中和軸的慣性矩；
[0023] 受力蒙皮結(jié)構(gòu)的抗剪剛度為G==I，其中 ，C為受力蒙皮 C 結(jié)構(gòu)的抗剪柔度， _
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)外墻隔聲量必須滿足：
[0028] R= 13. 51g (Hi^m2)+14+Δ R
[0029] 其中R為內(nèi)外墻的隔聲量（ClBhmpm2為內(nèi)外墻的面密度（kg/m2)，F(xiàn)為頻率（Hz)， A R為加設(shè)空氣層后附加的隔聲量，它根據(jù)空氣層的厚度而不同。
[0030] 優(yōu)選的，所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外墻在金屬構(gòu)件之間設(shè)置熱阻斷，并在內(nèi)外墻之間設(shè)置 密閉空氣層及通氣層，并且墻間的縫隙部位選取柔性連接，所述內(nèi)外墻均采用夾芯復(fù)合墻 板。
[0031] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述屋頂為坡形屋頂，從上到下依次包括屋面瓦、防 潮呼吸紙、冷彎薄壁型鋼屋架和玻璃纖維棉，該冷彎薄壁型鋼屋架為三角梁形式，采用Q235 鋼或Q345鋼，厚度為l-2mm ;該冷彎薄壁型鋼屋架的底部鋪設(shè)有一層玻璃纖維棉，厚度為 5-lOcm ;防潮呼吸紙鋪設(shè)在該冷彎薄壁型鋼屋架上，其上鋪設(shè)有屋面瓦；該防潮呼吸紙包 括防水主層，所述的防水主層上設(shè)有孔，所述的防水主層上面設(shè)有保護(hù)層，下面設(shè)有改性柏 油層。
[0032] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述蒙皮板由壓型鋼板制成；所述連接件為蒙皮板 與框架以及蒙皮板與蒙皮板之間相連的鉚釘或者自攻螺釘；所述冷彎薄壁型鋼為C型、U型 或Z型，厚度為I. ;所述冷彎薄壁型鋼通過冷乳成型、模壓成型或彎折成型，所述蒙 皮板可壓成波形、雙曲波形、肋形、V形或加勁型；所述連接件為自攻螺釘、鉚釘、螺栓或采 用配件的暗扣。
[0033] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，在所述屋頂?shù)牡蹴斏掀戒伇夭牧匣螂S坡形屋頂斜 鋪保溫材料，并且確保屋頂保溫材料與墻體保溫材料的連續(xù)性，并可采用坡形屋頂架空隔 熱。
[0034] 本發(fā)明的有益效果：
[0035] 1.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體系克服了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的重大不足，具有低碳環(huán)保、現(xiàn)場用 工少、施工速度快、綜合成本低的特點，其工業(yè)化生產(chǎn)程度較高，符合我國建筑工業(yè)化和住 宅產(chǎn)業(yè)化的要求，可使居住者感覺更為安全和舒適；
[0036] 2.該結(jié)構(gòu)明顯改善其熱工性能，該低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅其體形系數(shù)比較大，在對外 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計的同時要與建筑設(shè)計結(jié)合，可以采用住宅聯(lián)排設(shè)計，這樣可以降低其體 形系數(shù)利于節(jié)能；
[0037] 3.本發(fā)明的住宅增加了結(jié)構(gòu)的整體剛度，將力更均勻的分配到結(jié)構(gòu)中。
[0038] 附圖簡要說明
[0039] 圖1是建筑結(jié)構(gòu)的模型總計算簡圖；
[0040] 圖2是建筑結(jié)構(gòu)的Y向位移圖。
【具體實施方式】
[0041] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0042] 河北省邢臺市的別墅住宅，建筑物總高度10. 650m，室內(nèi)外高差0.45m，二類建筑， 輕型鋼結(jié)構(gòu)，耐火等級二級，建筑面積為333. 61m2,本工程屋面防水等級為二級。建筑場地 類別為Π 類，地基承載力為120kN/m2?；撅L(fēng)壓為0. 35kN/m2。基本雪壓為0. 38kN/m2。7 度設(shè)防烈度，建筑物抗震等級為II級，設(shè)計基本地震加速度為〇. l〇g。
[0043] 具體結(jié)構(gòu)包括支撐結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)為受力蒙皮結(jié)構(gòu)，由框架、蒙皮 板和連接件組成，所述框架采用熱乳型鋼或冷彎薄壁型鋼支撐，包括梁、柱和檁條；蒙皮板 采用有機涂層薄鋼板、鍍鋅薄鋼板或防腐薄鋼板，連接件用于蒙皮板之間相連或蒙皮板與 框架之間的相連，蒙皮板與框架的相連為兩邊連接或四邊連接；所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括內(nèi) 外墻、樓板以及屋頂；該住宅的所述支撐結(jié)構(gòu)必須滿足以下條件：
[0044] 蒙皮板與框架連接件在垂直于板跨方向上發(fā)生破壞對應(yīng)的抗剪強度為
[0045]
[0046] 其中，/為抗剪設(shè)計強度，F(xiàn) p為板框連接件的設(shè)計剪切強度，b為蒙皮板的深度，p 為板框連接件的間距；
[0047] 蒙皮板與蒙皮板連接件發(fā)生破壞對應(yīng)的抗剪強度為
[0048]
[0049] 其中，a，b為受力蒙皮結(jié)構(gòu)的寬度和跨度，F(xiàn)s為蒙皮板縫連接件的設(shè)計強度；β i， β 3為與n s相關(guān)的系數(shù)，n s為每塊蒙皮板于框架的連接件的個數(shù)，η p為框架的根數(shù)；
[0050] 蒙皮板的局部屈曲及整體屈曲破壞分別為
[0051]
[0052] 其中，K為屈曲系數(shù)，取為5. 35,E為彈性模量，V為泊松比，h/t為蒙皮板單元的寬 厚比；
[0053]
[0054] 其中，DJPDy分別是一個波距單位長度的板沿著直線母線和垂直于直紋母線方向 的抗彎剛度，BP :
[0055]
[0056]
[0057] E為鋼板的彈性模量，t為蒙皮板的凈厚，d為單個波形板的距離，μ為鋼板的泊 松比，S為一個單波的展開面寬度，Iy為一個單波對中和軸的慣性矩；
[0058] 受力蒙皮結(jié)構(gòu)的抗剪剛度為(?=丄，其中， C為受力蒙 η 皮結(jié)構(gòu)的抗剪柔度，

[0062] 所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)外墻隔聲量必須滿足：
[0063] R= 13. 51g (Hi^m2)+14+Δ R
[0064] 其中R為內(nèi)外墻的隔聲量（ClBhmpm2為內(nèi)外墻的面密度（kg/m2)，F(xiàn)為頻率（Hz)， A R為加設(shè)空氣層后附加的隔聲量，它根據(jù)空氣層的厚度而不同。
[0065] 所述圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外墻在金屬構(gòu)件之間設(shè)置熱阻斷，并在內(nèi)外墻之間設(shè)置密閉空氣 層及通氣層，并且墻間的縫隙部位選取柔性連接，所述內(nèi)外墻均采用夾芯復(fù)合墻板。
[0066] 所述屋頂為坡形屋頂，從上到下依次包括屋面瓦、防潮呼吸紙、冷彎薄壁型鋼屋架 和玻璃纖維棉，該冷彎薄壁型鋼屋架為三角梁形式，采用Q235鋼或Q345鋼，厚度為l-2mm ; 該冷彎薄壁型鋼屋架的底部鋪設(shè)有一層玻璃纖維棉，厚度為5-lOcm ;防潮呼吸紙鋪設(shè)在該 冷彎薄壁型鋼屋架上，其上鋪設(shè)有屋面瓦；該防潮呼吸紙包括防水主層，所述的防水主層上 設(shè)有孔，所述的防水主層上面設(shè)有保護(hù)層，下面設(shè)有改性柏油層。
[0067] 所述蒙皮板由壓型鋼板制成；所述連接件為蒙皮板與框架以及蒙皮板與蒙皮板之 間相連的鉚釘或者自攻螺釘；所述冷彎薄壁型鋼為C型、U型或Z型，厚度為I. ;所 述冷彎薄壁型鋼通過冷乳成型、模壓成型或彎折成型，所述蒙皮板可壓成波形、雙曲波形、 肋形、V形或加勁型；所述連接件為自攻螺釘、鉚釘、螺栓或采用配件的暗扣。
[0068] 在所述屋頂?shù)牡蹴斏掀戒伇夭牧匣螂S坡形屋頂斜鋪保溫材料，并且確保屋頂保 溫材料與墻體保溫材料的連續(xù)性，并可采用坡形屋頂架空隔熱。
[0069] 荷載統(tǒng)計
[0070] 根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012)》規(guī)定，選取樓面活荷載值為2. OkN/m2。 分析中考慮承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩種極限狀態(tài)，因雪荷載小于其他活荷 載，故不予考慮。
[0071] 表1恒荷載設(shè)計值
[0072]