Сравнение и анализ легких стальных конструкций жилых домов

Сравнение и анализ легких стальных конструкций жилых домов

Аннотация. Жилое здание с легкой стальной конструкцией обладает свойствами экологичности, энергосбережения, защиты окружающей среды и т. д. За последние несколько десятилетий возрос интерес к использованию холодногнутых стальных конструкций во всех аспектах строительства зданий, и во многих развитых странах произошли значительные изменения в области холодногнутых структурных зданий. Однако в некоторых развивающихся странах легкое стальное жилое здание только началось. В этой статье мы представляем некоторые свойства легкого стального жилого здания и текущую исследовательскую ситуацию. На их основе мы подробно анализируем и изучаем легкие стальные жилые здания в Северной Америке, Японии и Европе и приводим их некоторые особенности. Затем в соответствии с особыми условиями Китая, статусом развития и свойствами представлены легкие стальные жилые здания, включая некоторые традиционные концепции жилья и интенсивное стальное жилое здание. На основе приведенных выше исследований даны некоторые предложения и контрмеры. Считается, что это важно и полезно для продвижения индустриализации жилья в Китае.

Ключевые слова - легкая стальная конструкция; компонент; жилое здание; холодногнутая конструкция; низкая многослойность

I. ВВЕДЕНИЕ

С развитием строительной отрасли, изменения в строительных системах и строительных материалах стали современной тенденцией в развитии жилых зданий. В последние годы, в связи с постоянным повышением уровня жизни людей, у них появились более высокие требования к жилью, устойчивости и т. д., особенно для малоэтажного жилья, существует острая необходимость в исследовании, разработке и продвижении красивого стиля, отличных структурных характеристик, использования удобства, скорости строительства, экономичности и разумной системы жилых зданий для замены существующей архитектуры.

Легкая стальная конструкция жилья основана на экономичных стальных элементах в качестве несущего скелета, используя прижимную пластину или листовой материал в качестве легкой оболочки стены, а высокопрочные болты и другие соединители и уплотнительные материалы будут несущими компонентами, компонентами оболочки здания, такими как сборные жилые здания класса сборных на месте [1]. Можно увидеть, что основным строительным материалом для легкой стальной конструкции жилья является оцинкованный легкий стальной киль в качестве основных структурных компонентов, наиболее важным преимуществом использования этого материала является то, что вы можете гарантировать хорошие жилые свойства, но также можете гарантировать, что построенный дом с собственным весом легкий вес, высокая степень заводской готовности, скорость строительства, небольшая трудоемкость преимуществ [2,3]. Легкая стальная конструкция жилого дома по сравнению с предыдущей традицией имеет следующие преимущества: стабильная структура; низкая стоимость; пролет легкой стальной конструкции виллы дома пространство, чем пролет бетонных зданий; оцинкованная сталь коррозионная стойкость ее использования может быть превосходной, долговечной, срок службы длительный. Тем не менее, легкая стальная конструкция жилья в Китае все еще находится на стадии разработки. В процессе проектирования жилых домов все еще есть серьезные проблемы, требующие дальнейшего изучения. С этой целью в данной статье анализируются и сравниваются жилые дома из легкой стали, а также приводятся характеристики зарубежного и отечественного жилья из легкой стали. И мы даем некоторые разумные предложения.

Статья организована следующим образом. В разделе 2 описываются характеристики легкого стального жилья за рубежом. В разделе 3 описывается текущее развитие легкого стального жилья в Китае и характеристики стального жилого жилья. Заключение дано в заключительном разделе.

II. ЛЕГКОСТАЛЬНОЕ ЖИЛЬЕ ЗА РУБЕЖОМ

A. Североамериканское легкое стальное жилье Североамериканское легкое стальное жилье представляет собой деревянную конструкцию с характеристиками легкой деревянной конструкции. На североамериканском рынке жилья они составляют 20% доли [4]. Каркас дома в основном представляет собой холодногнутую С-образную стальную килевую систему и обычно представляет собой одно-двухэтажные виллы, построенные в районах с высокой частотой землетрясений в Калифорнии и других регионах. Некоторые из легких стальных домов в Северной Америке приведены на рис. 1.

На самом деле, эта легкая стальная система очень хорошо зарекомендовала себя в Северной Америке. Теперь они могут строить многоэтажные жилые здания, используя эту технологию от пяти до шести слоев. Стоит отметить, что наиболее активная часть исследований в США посвящена холодногнутым стальным конструкциям. Причинами этого являются расширение вспомогательной промышленности, особенно в области индивидуальных жилых домов, и рост стоимости древесины. Таким образом, дома со стальным каркасом становятся все более и более экономичными[5]. Пекоз [6] утверждает, что в США в 1992 году было построено около 500 домов из легкой стали. Это число выросло до 15 000 в 1993 году и до 75 000 в 1994 году. Ожидается еще пятикратное увеличение к 2002 году. Основными элементами каркаса для этой формы строительства являются холодногнутые стальные стойки стен и балки перекрытий. Также используются легкие стальные фермы или стропила крыши. В настоящее время Соединенные Штаты производят такую систему киля для сотни компаний. Среди них известная компания Dietrich, которая является дочерней компанией Worthington Industrial Company. Они разработали систему DBS для строительства многоэтажных легких стальных домов [4]. Используя систему технологии DBS, можно построить многоэтажную жилую легкую стальную конструкцию. Ее стены используют гипсокартон C-образного профиля с обеих сторон, а пол использует легкий стальной киль C-типа, уложенный фиброцементной плитой толщиной 20 мм, и заполненный стекловатой изоляционной прокладкой, которая воспроизводит звуковой эффект. В Соединенных Штатах холодногнутые C-образные профили обычно используются в качестве элементов стропильной фермы крыши [7]. В действительности, ранние формы прогонов представляли собой простые каналы с выступами и секции Zed. Простой канал превратился в Multibeam Marks I, II и III, последний имеет составной выступ. Похожую тенденцию можно увидеть в эволюции Zed в формы Zeta и Ultrazed, как показано на рис. 2 [6]. Холодногнутые элементы могут быть изготовлены в самых разных профилях сечений. Наиболее часто используемые компоненты - это каналы C и секции Z, показанные на рис. 3[10]. Эта легкая сталь в Северной Америке существует в отдельно стоящих или таунхаусах из-за ее плохой звукоизоляции. Чтобы противостоять боковым ветровым нагрузкам и сейсмическому воздействию, американская многолегкая стальная конструкция жилой системы имеет два вида методов: использование легких стальных стен сдвига или опорной конструкции из поперечной стальной рамы. Легкие стальные стены сдвига, как правило, устраиваются в домашнем хозяйстве, используя оцинкованный стальной лист толщиной 0,5 мм Mongolia в гипсокартоне, а затем крепятся на легких стальных стеновых стойках, аналогично образованию напряжения сдвига в структуре оболочки между каждым слоем есть специальный компонент стены сдвига для соединения верхнего и нижнего этажей для эффективной передачи горизонтального сдвига и напряжения из-за горизонтальной силы, действующей на производимые стеновые стойки. В зоне землетрясения, чтобы обеспечить структурную безопасность, опора Cape с крестом используется в качестве конструкции стального каркаса, сопротивляющегося боковой силе, для формирования гибридной архитектурной системы, где легкая сталь выдерживает вертикальные нагрузки, а обычная сталь выдерживает горизонтальные нагрузки. Для обеспечения эффекта изоляции стен, помимо стоек стены, заполненных стекловолокном, наклеивается слой изоляции на наружный материал стены. Использование этого метода эффективно отсекает тепловой мост от стоек стены к стеновым панелям.

B. Жилищное строительство из стального листа в Японии

Так как Япония является сейсмоопасной зоной, а легкая сталь обладает хорошими характеристиками сейсмостойкости, легкая сталь пользуется популярностью на местном уровне. В соответствии со своими уникальными характеристиками Япония строит легкие стальные дома, а именно дома из листовой стали, как показано на рис. 4 ниже [8,9]. Эта конструкция использует новый процесс строительства, то есть использует несварную оцинкованную холодногнутую стальную комбинацию, также известную как сталь 2 × 4, которая представляет собой жилое судно с пластинчатой ребристой структурой. Конструкция представляет собой архитектурную форму из бывшей Северной Америки. Стеновые панели и пол построены с использованием древесины на основе коробки. Однако в корпусах из листовой стали листовой материал заменяется сталью, толщина которой составляет 1,0 мм или около того. С двух сторон прикреплен легкий гипсокартон. С помощью этого метода достигаются общие характеристики конструкции, такие как устойчивость, долговечность, теплоизоляция, звукоизоляционные свойства и т. д.

В действительности, это здание из стального листа представляет собой конструкцию, которая сочетает в себе сильные стороны и преимущества процесса стальных и пластинчатых ребер. Эксперименты строительных организаций показали, что оно обладает превосходными эксплуатационными характеристиками, такими как сейсмостойкость, ветровая нагрузка и противоснежная нагрузка. В 2003 году японский строительный материал был заменен с дерева на тонкий стальной киль. Ориентируясь на архитектурные особенности, строительные нормы в Японии, специальные инструкции при строительстве, автоматическое пожаротушение и автоматическая вытяжная система, внутренняя отделка снижают бытовую теплопередачу между стенами.

C. Энергоэффективное жилое здание в Европе

Германия начала внедрять новую спецификацию энергоэффективности зданий с 2002 года [9]. Ее суть заключается в количественной оценке потребления энергии. Потребление энергии каждым домом требуется для предоставления расчетов энергоэффективности зданий компетентным органам в качестве необходимых документов домов. Это оказывает большое влияние на жилищное строительство и рынок строительных материалов страны. В энергосберегающих жилых зданиях Швеция использует возобновляемые источники энергии по мере возможности, включая энергию ветра, солнечную энергию, геотермальную энергию и другие источники энергии, и интегрирует эти технологии. Короче говоря, европейские страны больше внимания уделяют изучению энергоэффективности и зеленого строительства. Теперь холодногнутые стальные компоненты можно быстро и точно собирать в готовые структурные блоки для доставки на площадку. В Великобритании большинство загородных отелей и мотелей теперь строятся таким образом. В настоящее время строительная промышленность Великобритании использует более 300 000 тонн холодногнутых стальных изделий в год, и этот показатель потребления неуклонно растет [10].

III. ЛЕГКОСТАЛЬНОЕ ЖИЛЬЕ В КИТАЕ

A. Состояние развития легкого стального жилья

В течение долгого времени в жилищном строительстве в Китае преобладал бетон. Он больше не подходит для темы современных зеленых зданий, поскольку для этого требуются большие материалы и длительный период строительства. Поскольку Китай является крупнейшим производителем стали в мире с 1996 года, как показано на рис. 5, правительство штата начало поощрять использование стали в гражданском строительстве. С ростом промышленности по переработке строительной стали с каждым днем строительство стальных конструкций в Китае вступило в период быстрого развития [11]. от бетонной конструкции к обычному стальному зданию и от обычного стального здания к легкой стальной конструкции. Развитие стального жилого здания не преследует передовые технологии и специальные инструменты и должно сосредоточиться на зрелой, интегрированной и практичной жилищной технологии, как в европейских странах. В процессе интеграции ключевым является детальная структура и взаимное сближение.

Так как легкие стальные компоненты легко производятся на заводе с высокой степенью механизации, высокой степенью коммерциализации и высокой скоростью строительства на месте. И это не влияет на близлежащих жителей, а благосклонность цивилизации к строительству очень высока. Легкая сталь является экологически чистым продуктом устойчивого развития, и ее комплексные экономические показатели не выше, чем у железобетонной конструкции. Поэтому легкий вес, хорошие сейсмические характеристики легкого стального здания должны стать мейнстримом в строительной отрасли. Сейчас строительство переживает преобразование

Б. Характеристики легкого стального корпуса

Легкая сталь — это сначала новая концепция. С повышением уровня жизни людей она постепенно входит в жизнь людей. В некоторых крупных городах Китая, таких как Пекин, Шанхай и других местах, легкие стальные конструкции жилых зданий были созданы путем внедрения технологий из Северной Америки и Японии в Китай. В настоящее время большая часть легкого стального жилья в Китае относится к легкому энергосберегающему жилищному строительству, которое использует стальную каркасную конструкцию, легкие стены, легкий пол, легкую систему строительства крыши. Используя обычную сварную стальную балку, небольшой участок горячекатаной двутавровой балки или прямой профильной стали и объединяя антипрофильный фактор боковой силы стены, можно построить многослойную структуру. И это соответствует нашей текущей системе спецификаций и соответствует сейсмическим требованиям [9]. В 2011 году Китай выпустил и внедрил «технический регламент строительства низкоуровневых холодногнутых стальных зданий», который объединяет холодногнутую стальную килевую систему в Северной Америке и продвигает эту килевую систему. В процессе проектирования с использованием холодногнутой стали С-образного профиля и U-образной стали несущие стены состоят из колонны, верхней и нижней направляющей балки, направляющей балки, опоры, распорки и стойки, стеновых панелей и других конструктивных элементов [12], как показано на рис. 6 ниже. Несмотря на положения соответствующих спецификаций, эта конструкция все еще не пользуется большой популярностью. Хотя легкая стальная конструкция имеет некоторые преимущества, например, малый вес, отличные сейсмические характеристики, короткий срок строительства, структурную устойчивость и другие характеристики, но у нее также есть некоторые проблемы, которые необходимо решить в дальнейшем, такие как большой шум и плохая огнеупорность. Этот короткий срок строительства здания в настоящее время не признан людьми, а его безопасность и надежность не проверены.

Но это легкое стальное здание является тенденцией развития китайской архитектуры и нуждается в большем количестве исследователей, изучающих его безопасность, надежность и долговечность. Одним словом, Китай находится в начале легких жилых зданий из стальной конструкции и ему предстоит пройти долгий путь. По сравнению с развитыми странами, есть много вопросов, и Китай все еще отстает во многом. Его нужно постоянно улучшать и совершенствовать [13].

C. Рекомендации и стратегии

Так как легкие стальные жилые дома имеют хорошие эксплуатационные характеристики, малый вес, высокую степень заводского изготовления, скорость строительства, низкую трудоемкость и т. д., они постепенно развивались в Соединенных Штатах и Европе в течение последних трех десятилетий и создали набор очень зрелых технологий. Теперь многие отечественные и зарубежные предприятия неизменно хотят перенести легкие стальные жилые технологии в Китай, но это не имеет смысла. Причины следующие:

1) Систематической спецификации легкой стали не существует.

Хотя «технический регламент по холодногнутым стальным конструкциям» был обнародован в 2011 году, он вряд ли рассматривает изготовление основных несущих компонентов с толщиной стали 2 мм или менее. Для системы несущих рам из цинкового металла с широким использованием толщины стенки 0,8-1,6 мм за рубежом не существует ни теоретического анализа, ни соответствующих экспериментальных данных по конструкции, что делает проектирование легких стальных конструкций очень сложным в Китае.

2) Обществу в целом необходим процесс принятия этой новой жилищной системы.

Люди все еще очень чужды такой конструкции и плохо понимают ее безопасность, устойчивость, комфорт и т. д.

3) Стоимость проекта высокая.

Поскольку технология все еще находится в зачаточном состоянии, нехватка квалифицированных рабочих и потребность в легких стальных компонентах, ввозимых из-за рубежа, влекут за собой более высокие цены на жилье. Для решения вышеуказанных проблем следующие рекомендации и стратегии:

1) Для улучшения спецификации легкой стали, строительство ряда пилотных проектов делает этот аспект технологических пробелов. Крупные предприятия, проводящие эти исследования в этой области, должны быть поддержаны.

2) На основе строительства пилотных проектов и полученного опыта следует воспользоваться возможностью подготовить соответствующие технические стандарты и кодексы для домов из легких стальных конструкций.

3) После принятия технического стандарта технологическая система должна быть включена в профессиональные школы в качестве учебного материала.

4) Некоторые из успешных опытов зарубежных стран поглощаются. Нацеленные на конкретную ситуацию, проводятся научные исследования. Государства должны проводить определенную политику для поддержки исследований этой техники, чтобы легкая стальная конструкция популяризировалась шаг за шагом. С помощью этого метода, он надеется, что больше людей узнают эту конструкцию.

IV.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Короче говоря, маломощные стальные многоэтажные жилые здания в Китае имеют хорошие перспективы для развития с меньшим количеством материалов, малым загрязнением, коротким периодом строительства и в соответствии с тенденцией развития отечественной архитектуры. Это станет новой ситуацией жилых зданий Китая. С обнародованием технических руководств и спецификаций стальных жилых зданий маломощные стальные многоэтажные жилые здания также должны и дальше развиваться. Поглощая и совершенствуя технологию системы легких стальных конструкций за рубежом, увеличивая производственные мощности и развитие потенциала стальной технологии, я считаю, что легкие стальные конструкции будут широко использоваться и развиваться в Китае.