2017年11月，第三届全国城乡综合防灾与绿色建筑技术研讨会学术会议论文集上，发表了国瑞建筑科技董事长邱多红共同撰写的两篇专业建筑论文。发表的两篇论文的标题分别是《装配式冷弯薄壁型钢——轻质聚合物复合墙板装配式住宅建筑设计研究》和《喷涂冷弯薄壁型钢——轻质聚合物复合墙板装配式住宅设计与示范》轻质聚合物复合墙体住宅建筑“应用研究”。该论文由合肥国瑞集成建筑科技有限公司董事长邱多红和合肥工业大学王景峰教授及其教学团队共同完成。其中《喷涂冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体住宅墙体设计与示范应用研究》论文原文如下：
喷涂冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体住宅设计与示范应用研究
王万谦 1, 王景峰 1,2, 庞帅 1, 邱多红 3, 宋慧慧 1
（1.合肥工业大学，安徽省合肥市；2.安徽省先进钢结构技术与产业化协同创新中心，安徽省合肥市；3.合肥国瑞集成建筑科技有限公司，安徽省合肥市）
摘要：冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体住宅体系具有节能保温、轻质高强、抗震性能好、施工速度快等优点。逐步应用于新农村建设、养老地产、特色小镇等项目。具有良好的应用前景。但目前这种新型节能复合墙体住宅系统的设计、施工和经济分析研究相对滞后，制约了该类节能住宅系统的进一步应用。本文以某二层低层冷弯薄壁钢²轻质聚合物复合墙住宅示范工程的设计与施工为例，通过模块化设计，确定合理的钢结构住宅建筑方案、主体结构及围护系统。 。 。为实现工业化设计和施工，明确了连接结构、计算方法和现场拼装等关键技术，并对该类型住宅系统进行了经济分析。研究表明，通过主体结构和连接节点的合理设计，冷弯薄壁钢²轻质聚合物复合墙体住宅体系具有良好的整体性能、抗震性能和综合经济性能。本文的研究成果将为冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体住宅建筑的应用提供科学依据。
关键词：冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体；组合楼板；接头结构；经济分析
CLC分类号：TU398
文件识别码：A
介绍
冷弯薄壁钢结构体系是由轻木结构衍生出来的密肋轻质板墙体系。在北美已有30多年的发展历史，广泛应用于各类低层住宅。
目前，冷弯薄壁墙体多采用在核心框架两侧钉入彩钢板或钢板而成的复合墙体。这种双面挂板复合墙体虽然具有重量轻、结构简单等优点，但其防火、防腐、保温、隔音、抗冲击、悬挂性能较差，且外墙板与自承板的拼接自攻螺钉被中断。该连接导致墙壁的完整性相对较差。因此，冷弯薄壁钢墙在实际工程中的应用仍受到一定的限制。
为了弥补或改善冷弯薄壁钢结构复合墙体的上述缺点，近年来不断开发出冷弯薄壁钢结构夹芯复合墙板。喷涂轻质聚合物作为一种新型节能快速成型夹芯复合材料，逐渐被引入到冷弯薄壁钢墙板系统中。本文提到的轻质聚合物材料一般分为石膏基轻质聚合物和水泥基轻质聚合物。该材料通过快速机器喷涂，快速填充冷弯薄壁钢龙骨框架的空腔，然后快速初步凝固，加快了施工速度。与普通轻钢结构围护墙体相比，该类冷弯薄壁钢机喷涂聚合物夹芯复合墙体不仅具有保温性能好、耐高温、抗风性能好等优点，而且能满足施工现场的要求。方便获取物资，提高用户的居住舒适度等要求。目前，虽然对冷弯薄壁钢喷涂轻质聚合物墙体单墙性能有了一些研究，但对整体房屋系统的研究相对滞后。在建筑方案、施工关键技术、结构及详细连接结构设计方面仍缺乏理论指导。
本文以二层示范工程为例，系统介绍了冷弯薄壁钢喷轻质聚合物节能墙体住宅系统的模块化设计方法。通过研究围护系统、楼板及关键连接部位等关键技术，对冷弯薄壁钢夹芯复合墙板住宅体系与普通砖混结构、混凝土结构的经济性进行了对比分析，并具有实用性。提出了建议。该分析设计方法为指导轻钢住宅的设计和施工提供了科学依据。
1建筑设计
1.1 模块化设计
钢结构住宅在建筑设计上与传统住宅有所不同。为了便于工厂化生产和现场安装，装配式钢结构建筑住宅系统应按模块化标准进行设计和施工。住宅建筑设计标准化可以降低施工难度、加快施工进度、节省劳动力。构件模块化是建筑设计、结构设计、施工、原材料和零部件生产紧密联系的一个环节。是轻钢结构体系向装配式、住宅工业化方向发展的必要前提。
同时，钢结构方案设计可根据实际情况灵活调整。工程应用研究表明，轻钢龙骨柱间距以600mm为宜。因此，本示范工程中，标准柱间距定为600mm，并在此基础上根据使用要求适当调整结构平面尺寸。例如客厅的模块尺寸为：开间（5×600+400mm）、进深（7×600+400mm）。
图1 示范工程效果图
1.2 房屋平面及立面设计
该示范项目为竹乡新农村建设项目，位于安徽省合肥市长丰县竹乡镇。本工程为二层冷弯薄壁钢结构体系。采用江淮民居建筑风格，由两栋单体建筑平面组成。建筑面积分别为120平方米和100平方米。共有5栋23户，均为二层联排。庭院建筑。
本文以项目中的1#楼为例，如图1所示。该项目为二层联排别墅，共有四户人家。每个家庭都有相同的平面图。一楼有一间卧室、一间客厅、一间厨房和一间浴室。建筑面积61.73m（不含堆场），如图2（a）所示；二层有三间卧室、一间浴室和两个小露台，建筑面积62.14 m，如图2(b)所示。
示范工程室内外高差0.3m，一层层高3.35m，二层层高3.00m，建筑总高度8.635m。住宅一层净高2.965m，二层净高2.615m。与砖混结构、混凝土结构相比，钢结构住宅可以获得较大的室内室内高度，同时结构高度可以根据使用需要灵活调整。
2 结构设计
2.1 结构计算
本工程抗震设防烈度为7度，设计地震分组为2级，地震加速度为0.10g；建筑安全等级为二级，建筑耐火等级为四级；设计使用寿命50年。
该项目主体结构为冷弯薄壁钢结构。外墙和内墙均为冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体；楼板为冷弯薄壁C型钢压制钢板混凝土楼板；楼梯采用冷弯薄壁钢-轻质聚合物复合墙体。弧形薄壁钢楼梯现场组装；屋架为轻钢屋架，上面铺设OSB板、防水卷材和屋瓦。采用现浇混凝土基础，基础承载力特征值为fak=。
图2 示范工程建筑平面图（单位：mm）
本项目采用轻钢结构建筑设计软件进行主体结构校核。荷载标准值选取如下：基本风压0.35kN/m2，基本雪压0.6kN/m2，屋面活荷载0.5kN/m2，屋面恒荷载1.0kN/m2；普通地板活荷载为2.0kN/m2，浴室地板活荷载为2.5kN/m2，走廊地板活荷载为2.5kN/m2。经验计算表明，在风荷载和地震标准值作用下，轻钢龙骨顶部水平位移和层间相对位移均满足规范值要求；正常使用极限状态下，最大竖向变形满足钢结构设计规范的要求；在承载力极限状态下，构件的强度和稳定性计算满足要求。
2.2 内外墙设计
该示范工程采用冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物复合墙体。
(1)墙体结构设计
墙体系统为冷弯薄壁轻钢结构，采用轻钢龙骨、硅酸钙板或镀锌钢网作为骨架和模板，填充轻质聚合物保温砂浆，整体喷涂而成。聚合物自绝缘复合墙体系统。该墙体结构及施工方法具有快速机喷成型、加快施工速度的优点。
其中，外墙中部为Q345冷弯薄壁C型钢龙骨，内填充90mm厚水泥轻质保温砂浆。靠近室外一侧铺有25mm厚的水泥断桥层和3mm厚的水泥基抗裂砂浆（压制网布）。涂刷防水剂和外墙腻子漆两遍。靠近普通房间的一侧铺上石膏板，然后涂上内墙涂料。靠近房间有水的一面用水泥砂浆找平，然后贴墙砖。具体结构如图3所示，内墙结构与外墙类似，采用冷弯薄壁C型钢龙骨，中间铺90mm厚轻质保温砂浆。根据墙板的位置，内墙结构大致可分为三类。具体结构如图4所示。
图3 外墙结构
图4 内墙结构
(2)墙体节能保温设计
冷弯薄壁型钢——喷涂轻质聚合物节能墙体的施工方法，可密实填充，不空心，克服了目前冷弯薄壁型钢现有“空心墙”施工形式的缺点结构建筑行业。它是一种新型的施工方法。一种新型自保温复合墙体施工形式。
墙体具有优良的整体性能和结构功能；防火功能好，石膏基浆料受高温时释放出结晶水，具有阻燃作用；石膏本身是微膨胀材料，墙体不会空鼓、开裂；节能保温，石膏基保温浆料导热系数低，墙体保温性能好；隔音性能显着，石膏基保温浆料是良好的吸音降噪材料；呼吸功能，石膏墙体的多孔微孔结构可以调节空气湿度；透气性能，能给人们带来极佳的居住舒适体验。
(3)墙体抗剪承载力计算
设计墙体时，各墙体承受的剪力设计值应符合规范的要求。剪力设计值可按下式计算：
式中：Vj为第j面剪力墙承受的水平剪力； V为水平风荷载或频繁地震引起的X向或Y向总水平剪力的设计值； Kj为墙体单位长度第j面抗剪刚度； aj 为第 j 个剪力墙门窗洞口的刚度折减系数； Lj为第j个剪力墙的长度； n 是 X 或 Y 方向剪力墙的数量。
计算剪力墙单位长度剪力承载力设计值Sh，当有洞口时，应乘以折减系数a。折减系数a按下列规定确定：
1）当孔尺寸在300mm以下时，孔对剪切承载力的影响可以忽略，a=1.0。
2）当开口宽度为300mm≤b≤400mm、开口高度为300mm≤h≤600mm时，折减系数a应通过试验确定；当没有试验依据时，可按下式确定：
式中：A0为开口总面积； H——剪力墙高度； ΣLi 是没有开口的墙的总长度。
本示范工程中，考虑到墙体洞口抗剪强度减弱的情况，在洞口两侧采用了两根背靠背的冷弯薄壁C型钢龙骨柱，以增强墙体洞口的受力性能。开墙并提高其抵抗力。副性能和能耗能力。
2.3 底板和顶板设计
示范工程楼板采用冷弯薄壁C型钢压制钢板混凝土组合楼板，如图5所示。楼板梁采用冷弯薄壁C型钢，高度为300mm。将压型钢板铺设在钢梁上，然后浇筑混凝土。冷弯薄壁C型钢梁重量轻，易于吊装；组合楼板具有很高的抗弯承载力和刚度，开裂荷载和极限承载力大；压型钢板可作为现浇混凝土免拆模板，方便施工。由于压型钢板的应用，大大减少了现场混凝土用量，提高了施工效率，减少了现场湿作业。屋面板采用轻钢框架，填充轻质聚合物保温层，外层铺设OSB板、防水卷材和屋面瓦。该类型屋面板强度高、重量轻、安装快捷、保温、防渗效果好。屋面板安装结构示意图如图6所示。
图5 楼板结构
图6 顶板结构
2.4 楼梯设计
楼梯采用冷弯薄壁钢楼梯。楼梯组件在工厂生产并在现场组装。各部件之间采用自攻螺钉连接。冷弯薄壁钢楼梯外形扁平，安装快捷。不需要使用模板，可减少现场湿作业；可以避免现浇楼梯中钢筋易损坏的问题，施工时快速形成垂直通道，提高住宅整体结构。效率。结构图如图7所示。
图7 楼梯台阶示意图
3 节点和连接
3.1 墙体与基础的连接
在该示范项目中，冷弯薄壁钢墙与钢筋混凝土基础相连。在墙体底部安装U型导槽，并通过膨胀螺栓与基础连接，见图8(a)；在每面墙的侧龙骨处安装防拉连接件，并通过预埋螺栓与基础连接。混凝土基础连接见图8(b)。抽拉件将墙壁和基础连接成一个整体。膨胀螺栓与拉拔螺栓的连接方式，组装方便、简单，可大大提高施工效率。
图8 墙体与基础连接结构
3.2 上下墙体连接
为了增强轻钢龙骨房屋系统的整体性，示范工程采用与C型钢同材质的50mm宽钢带绑扎在上下墙体的龙骨柱上。采用自钻自攻螺钉将钢带与楼板上的龙骨、C型钢梁连接。间距不大于1，使上下墙体和地板形成一个整体，见图9。
图9 上下墙体连接结构
3.3 对角支撑
对角交叉支撑可以显着提高机喷轻质聚合物复合墙体的承载能力和整体侧向刚度，减少柱在轴向荷载作用下的侧向位移和旋转角度。同时，斜十字支撑端部螺钉应设置足够数量，避免因端部螺钉数量不足而不能充分发挥承载能力。连接时必须将斜拉带末端固定在竖龙骨与横龙骨连接处，并拉紧拉带后再用自攻螺钉连接。绑带连接结构如图10所示。
图10 斜交叉支撑连接
4.施工
冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物复合墙体房屋工程现场施工顺序如图11所示。
图11 示范工程建设流程图
冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物复合墙体的机喷涂应分2～3层完成。配置填料时，粉粒比必须准确。控制水量尤为重要。加水量的多少会影响保温砂浆硬化后的凝结时间、流动性、泵送性和干密度。对于轻钢龙骨一侧密封钢板网时的喷涂施工，第一层浆料不宜太厚，否则会造成应力不均匀，导致钢板网系统变形；第二层喷涂应在第一层固化后进行（一般第一层喷涂与第二层喷涂的时间间隔应大于0.5h）。喷涂应采用“S”形喷涂线或“J”形喷涂，以防止流挂。搅拌时，先计量水，然后按计量的量添加粉末，搅拌3至5分钟，然后停止，然后机喷。
5、经济分析
为了说明冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物夹芯复合墙住宅体系的经济性，本文将示范工程所代表的轻钢结构与传统砖混结构、混凝土结构的经济性进行了比较，如表1所示。
表1 各种结构体系经济性能比较
对比表明，冷弯薄壁喷钢轻质聚合物节能墙体房屋在环保、低耗、保温等方面具有明显优势。其构件生产工业化程度高，构件可在现场快速组装，施工速度快，具有良好的推广前景。
六、结论
该示范项目是基于标准模块化住宅建筑设计的。主体结构由冷弯薄壁钢喷轻质聚合物复合墙体和冷弯薄壁C型钢型钢板混凝土组合楼板组成，实现承重和围护。将防护与保温设计与施工一体化，优化了施工工艺，为这一新体系在低层住宅中的推广提供了理论依据。
（1）冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物复合墙住宅系统，通过合理的建筑结构设计，可以灵活调整房屋的布局，在满足使用要求的同时，实现结构的快速组装和施工，大大提高了房屋的使用性能。工作效率。 。
(2)冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物复合墙体在节能、保温方面的优越性能使其在钢结构建筑工业化中具有良好的应用前景。
(3)选择合理的节点连接和结构可以保证房屋良好的整体性能。采用交叉钢带可以显着提高建筑体系在水平作用下的抗侧向阻力。
(4)低层冷弯薄壁钢喷塑轻质聚合物复合墙体住宅性能优越。与砖混结构、混凝土结构相比，施工周期短，综合经济效益好。
参考
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