一种低层轻钢结构住宅的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型结构体系，尤其是涉及一种低层轻钢结构住宅。
【背景技术】
[0002] 20世纪90年代初，发达国家针对日益快速发展的经济给自然环境带来的巨大影 响和压力，提出了"绿色建筑"或"可持续建筑"的概念，强调建筑物的建造不仅要满足人们 的生活和工作环境的需求，而且要做到经济合理的消耗能源和资源，对环境的影响降至最 小。在国家发布的"十一五"经济社会发展纲要中明确建设领域的任务是"大力发展节能省 地型建筑"。
[0003] 目前，我国传统住宅建筑的风格及形式多样化，但就结构体系来说，是以砖混结构 与钢筋混凝土结构为主，其共同的特点是空间利用率小，自重较大。传统结构的住宅以其成 熟的建造技术及管理模式，为缓解我国的城镇化进程起到了积极作用；但由于缺乏集约的 控制，不仅在建造过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，这给社会及自然环境造成了严重的负面影响。基于我国的国情及可持续 发展的战略要求，提倡并发展绿色节能住宅已势在必行。
[0004] 钢结构建筑是绿色环保的建筑。轻钢结构为钢结构的一个重要分支，它是相对于 普通钢结构而言的，是以轻型焊接、高频焊接型钢，冷弯薄壁型钢，热乳H型钢，薄钢管，薄 钢板等构件焊接、拼接而成的组合构件为主要受力构件，采用轻质材料为围护结构的低层 和多层建筑。
[0005] 轻钢结构用于住宅有如下特点：环保节能，节约土地资源，节约水资源，工业化程 度高，施工周期短自重轻，空间利用率大，抗震性能好，建筑造型丰富，装修方便。
[0006] 由上述特点可知，轻钢结构住宅是目前实现建筑节能和达到绿色建筑评价标准的 一个最佳选择。然而，该结构住宅体系，在我国却发展的比较缓慢。目前，轻钢结构住宅的 研究与开发应用尚处于示范试点的起始阶段，全国已建钢结构住宅在住宅建筑中的比例还 不足1 %。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种低层轻钢结构住宅。其整 体结构的设计更加合理并且符合实际，能够获得加强结构整体刚度、降低结构用钢量等方 面的使用效益和经济效应。
[0008] 本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种低层轻钢结构住宅，包括支撑 结构和围护结构，所述支撑结构为受力蒙皮结构，由框架、蒙皮板和连接件组成，所述框架 采用热乳型钢或冷弯薄壁型钢支撑，包括梁、柱和檩条；蒙皮板采用有机涂层薄钢板、镀锌 薄钢板或防腐薄钢板，连接件用于蒙皮板之间相连或蒙皮板与框架之间的相连，蒙皮板与 框架的相连为两边连接或四边连接；所述围护结构主要包括内外墙、楼板以及屋顶；该住 宅的所述支撑结构必须满足以下条件：
[0009] 蒙皮板与框架连接件在垂直于板跨方向上发生破坏对应的抗剪强度为
[0010]
[0011] 其中，/为抗剪设计强度，F p为板框连接件的设计剪切强度，b为蒙皮板的深度，P 为板框连接件的间距；
[0012] 蓥佐板与蓥佐板i车培件发生破坏对应的抗剪强度为
[0013]
[0014] 其中，a，b为受力蒙皮结构的宽度和跨度，Fs为蒙皮板缝连接件的设计强度；β i， β 3为与n s相关的系数，n s为每块蒙皮板于框架的连接件的个数，η p为框架的根数；
[0015] 蒙皮板的局部屈曲及輅体屈曲破坏分别为
[0016]
[0017] 其中，K为屈曲系数，取为5. 35,E为弹性模量，V为泊松比，h/t为蒙皮板单元的宽 厚比；
[0018]
[0019] 其中，DJPDy分别是一个波距单位长度的板沿着直线母线和垂直于直纹母线方向 的抗弯刚度，BP :
[0020]
[0021]
[0022] E为钢板的弹性模量，t为蒙皮板的净厚，d为单个波形板的距离，μ为钢板的泊 松比，s为一个单波的展开面宽度，Iy为一个单波对中和轴的惯性矩；
[0023] 受力蒙皮结构的抗剪刚度为G==I，其中 ，C为受力蒙皮 C 结构的抗剪柔度， _
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 所述围护结构的内外墙隔声量必须满足：
[0028] R= 13. 51g (Hi^m2)+14+Δ R
[0029] 其中R为内外墙的隔声量（ClBhmpm2为内外墙的面密度（kg/m2)，F为频率（Hz)， A R为加设空气层后附加的隔声量，它根据空气层的厚度而不同。
[0030] 优选的，所述围护结构的外墙在金属构件之间设置热阻断，并在内外墙之间设置 密闭空气层及通气层，并且墙间的缝隙部位选取柔性连接，所述内外墙均采用夹芯复合墙 板。
[0031] 在上述任一方案中优选的是，所述屋顶为坡形屋顶，从上到下依次包括屋面瓦、防 潮呼吸纸、冷弯薄壁型钢屋架和玻璃纤维棉，该冷弯薄壁型钢屋架为三角梁形式，采用Q235 钢或Q345钢，厚度为l-2mm ;该冷弯薄壁型钢屋架的底部铺设有一层玻璃纤维棉，厚度为 5-lOcm ;防潮呼吸纸铺设在该冷弯薄壁型钢屋架上，其上铺设有屋面瓦；该防潮呼吸纸包 括防水主层，所述的防水主层上设有孔，所述的防水主层上面设有保护层，下面设有改性柏 油层。
[0032] 在上述任一方案中优选的是，所述蒙皮板由压型钢板制成；所述连接件为蒙皮板 与框架以及蒙皮板与蒙皮板之间相连的铆钉或者自攻螺钉；所述冷弯薄壁型钢为C型、U型 或Z型，厚度为I. ;所述冷弯薄壁型钢通过冷乳成型、模压成型或弯折成型，所述蒙 皮板可压成波形、双曲波形、肋形、V形或加劲型；所述连接件为自攻螺钉、铆钉、螺栓或采 用配件的暗扣。
[0033] 在上述任一方案中优选的是，在所述屋顶的吊顶上平铺保温材料或随坡形屋顶斜 铺保温材料，并且确保屋顶保温材料与墙体保温材料的连续性，并可采用坡形屋顶架空隔 热。
[0034] 本发明的有益效果：
[0035] 1.本发明的结构体系克服了现有技术结构中的重大不足，具有低碳环保、现场用 工少、施工速度快、综合成本低的特点，其工业化生产程度较高，符合我国建筑工业化和住 宅产业化的要求，可使居住者感觉更为安全和舒适；
[0036] 2.该结构明显改善其热工性能，该低层轻钢结构住宅其体形系数比较大，在对外 围护结构节能设计的同时要与建筑设计结合，可以采用住宅联排设计，这样可以降低其体 形系数利于节能；
[0037] 3.本发明的住宅增加了结构的整体刚度，将力更均匀的分配到结构中。
[0038] 附图简要说明
[0039] 图1是建筑结构的模型总计算简图；
[0040] 图2是建筑结构的Y向位移图。
【具体实施方式】
[0041] 以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。
[0042] 河北省邢台市的别墅住宅，建筑物总高度10. 650m，室内外高差0.45m，二类建筑， 轻型钢结构，耐火等级二级，建筑面积为333. 61m2,本工程屋面防水等级为二级。建筑场地 类别为Π 类，地基承载力为120kN/m2。基本风压为0. 35kN/m2。基本雪压为0. 38kN/m2。7 度设防烈度，建筑物抗震等级为II级，设计基本地震加速度为〇. l〇g。
[0043] 具体结构包括支撑结构和围护结构，所述支撑结构为受力蒙皮结构，由框架、蒙皮 板和连接件组成，所述框架采用热乳型钢或冷弯薄壁型钢支撑，包括梁、柱和檩条；蒙皮板 采用有机涂层薄钢板、镀锌薄钢板或防腐薄钢板，连接件用于蒙皮板之间相连或蒙皮板与 框架之间的相连，蒙皮板与框架的相连为两边连接或四边连接；所述围护结构主要包括内 外墙、楼板以及屋顶；该住宅的所述支撑结构必须满足以下条件：
[0044] 蒙皮板与框架连接件在垂直于板跨方向上发生破坏对应的抗剪强度为
[0045]
[0046] 其中，/为抗剪设计强度，F p为板框连接件的设计剪切强度，b为蒙皮板的深度，p 为板框连接件的间距；
[0047] 蒙皮板与蒙皮板连接件发生破坏对应的抗剪强度为
[0048]
[0049] 其中，a，b为受力蒙皮结构的宽度和跨度，Fs为蒙皮板缝连接件的设计强度；β i， β 3为与n s相关的系数，n s为每块蒙皮板于框架的连接件的个数，η p为框架的根数；
[0050] 蒙皮板的局部屈曲及整体屈曲破坏分别为
[0051]
[0052] 其中，K为屈曲系数，取为5. 35,E为弹性模量，V为泊松比，h/t为蒙皮板单元的宽 厚比；
[0053]
[0054] 其中，DJPDy分别是一个波距单位长度的板沿着直线母线和垂直于直纹母线方向 的抗弯刚度，BP :
[0055]
[0056]
[0057] E为钢板的弹性模量，t为蒙皮板的净厚，d为单个波形板的距离，μ为钢板的泊 松比，S为一个单波的展开面宽度，Iy为一个单波对中和轴的惯性矩；
[0058] 受力蒙皮结构的抗剪刚度为(?=丄，其中， C为受力蒙 η 皮结构的抗剪柔度，
[0062] 所述围护结构的内外墙隔声量必须满足：
[0063] R= 13. 51g (Hi^m2)+14+Δ R
[0064] 其中R为内外墙的隔声量（ClBhmpm2为内外墙的面密度（kg/m2)，F为频率（Hz)， A R为加设空气层后附加的隔声量，它根据空气层的厚度而不同。
[0065] 所述围护结构的外墙在金属构件之间设置热阻断，并在内外墙之间设置密闭空气 层及通气层，并且墙间的缝隙部位选取柔性连接，所述内外墙均采用夹芯复合墙板。
[0066] 所述屋顶为坡形屋顶，从上到下依次包括屋面瓦、防潮呼吸纸、冷弯薄壁型钢屋架 和玻璃纤维棉，该冷弯薄壁型钢屋架为三角梁形式，采用Q235钢或Q345钢，厚度为l-2mm ; 该冷弯薄壁型钢屋架的底部铺设有一层玻璃纤维棉，厚度为5-lOcm ;防潮呼吸纸铺设在该 冷弯薄壁型钢屋架上，其上铺设有屋面瓦；该防潮呼吸纸包括防水主层，所述的防水主层上 设有孔，所述的防水主层上面设有保护层，下面设有改性柏油层。
[0067] 所述蒙皮板由压型钢板制成；所述连接件为蒙皮板与框架以及蒙皮板与蒙皮板之 间相连的铆钉或者自攻螺钉；所述冷弯薄壁型钢为C型、U型或Z型，厚度为I. ;所 述冷弯薄壁型钢通过冷乳成型、模压成型或弯折成型，所述蒙皮板可压成波形、双曲波形、 肋形、V形或加劲型；所述连接件为自攻螺钉、铆钉、螺栓或采用配件的暗扣。
[0068] 在所述屋顶的吊顶上平铺保温材料或随坡形屋顶斜铺保温材料，并且确保屋顶保 温材料与墙体保温材料的连续性，并可采用坡形屋顶架空隔热。
[0069] 荷载统计
[0070] 根据《建筑结构荷载规范（GB50009-2012)》规定，选取楼面活荷载值为2. OkN/m2。 分析中考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态，因雪荷载小于其他活荷 载，故不予考虑。
[0071] 表1恒荷载设计值
[0072]