美國的多層輕鋼結構住宅技術是壹項綜合的技術,集輕鋼結構、建築節能保溫、建築防火、建築隔聲、新型建材、設計施工於壹體的集成化技術,社會化分工明確,各種產品的生產商、施工方、設計方緊密合作,在北美金屬結構協會的促進下,依靠新編的輕鋼結構設計標準與廣泛的宣傳發展很快。可以預計,對於美國多層公寓與多層酒店的建造來說,輕鋼結構的建設將是壹個主要的結構發展方向。
發展多層輕鋼結構住宅技術,最關鍵的問題是其結構本身的性能,樓蓋結構要具有適當的跨度並盡可能輕,並希望有較好的樓蓋平面內剛度,墻體結構在承擔豎向荷載(自重與樓面活荷載)的同時還要承擔橫向荷載(風荷載與水平地震作用)。美國多層輕鋼結構住宅的特點為:
1.輕質樓蓋系統其樓蓋由C型的輕鋼擱柵與鋪於擱柵上的薄板組成。擱柵壹般跨度為3.6米~4.8米,擱柵高為254毫米(擱柵的最大跨度可達11米),擱柵間距為600毫米。由美國迪垂馳公司研發的擱柵專利產品在腹板上開有大孔,這樣對於管線的穿越與布置極為方便。樓面有三種做法,分別為:高密度木纖維水泥板;滿鋪壓型鋼板再澆築20毫米的陶粒輕骨料混凝土;滿鋪定向木纖維板或高密度層壓膠合板。在這些輕質樓蓋上每平方米可承受316~365公斤的荷載。
該樓蓋結構體系重量僅為國內傳統的混凝土樓板體系的四分之壹到六分之壹,但其樓蓋的結構高度將比普通混凝土板高100~120毫米。
2.豎向墻體結構壹般將內橫墻作為結構的承重墻,墻柱為C形輕鋼構件,其壁厚根據所受的荷載而定,通常為0.84~2毫米,墻柱間距壹般為400~600毫米,墻柱的下端為U形開口朝上的底槽梁,墻柱上端為U形開口向下的頂槽梁,擱柵固定於上槽梁側邊。為提高墻柱的穩定性,壹般墻柱高度範圍內設三道輕鋼拉條。這種墻體結構布置方式,可有效承受並可靠傳遞豎向荷載,且布置方便,但該墻體結構不能承受水平荷載。
為抵抗水平風荷載與地震作用,美國多層輕鋼結構住宅體系中有二種方式,分別為采用輕鋼剪力墻或采用帶十字交叉支撐的普鋼框架結構。輕鋼剪力墻壹般布置在分戶墻,采用0.5毫米鍍鋅薄鋼板蒙於石膏板上,再固定於輕鋼墻柱上,形成類似於應力蒙皮結構的剪力墻,每層之間有壹個特殊的構件對上下樓層剪力墻進行連接,以有效傳遞水平剪力與由於水平力作用在墻柱上而產生的拉力。在地震區,為保證結構安全,采用帶十字交叉支撐的普鋼框架作為抗側力結構,形成以輕鋼承受豎向荷載,以普鋼承受水平荷載的混合結構體系。
3.建築保溫節能技術
美方輕鋼住宅體系中,對保溫節能技術十分重視,對於墻來說為確保達到保溫效果,壹般除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維外,在墻外側再貼壹層保溫材料,有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋;樓層之間擱柵內填充玻璃纖維,減少通過樓層的熱傳遞;所有內墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維,減少戶墻之間的熱傳遞。
4.建築防火技術
對於輕鋼結構壹個最關鍵的問題是防火技術的應用,在墻的兩側與樓蓋的天花處貼防火石膏板,對於普通防火墻和分戶墻用25.4毫米厚(1寸)石膏板保護,以達到1個小時的防火要求,另外在墻體墻柱間與樓蓋擱柵間填充的玻璃纖維對於防火與熱傳遞也起了積極的保護作用。這些產品都通過了美國UL認證試驗室的試驗測試與認證。美國住宅對耐火極限的要求比中國低壹些,這與美國的住宅設計中更多強調保證逃生需要的時間有關,而不過分強調住宅本身的耐火極限要求。
5.建築隔聲技術輕鋼建築中,美國的研發工作對於隔聲處理下了較大功夫,在內外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉,有效阻止了通過空氣傳播的音頻部分,而對於通過固體傳播的沖擊聲,在美國的多層輕鋼住宅中,作了如下構造處理:對於分戶墻用二道墻柱構成帶有中間空隙的二道墻體;而對於吊頂用的固定石膏板的小龍骨,用帶有小切槽的彈性構造以有效減少樓層間的固體聲傳播。
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