中、外钢结构住宅的几种实用体系

1.SI体系

SI，是Skeleton Infill的缩写，顾名思义是将住宅建筑分为“支撑体”与“填充体”两大部分。S包含所有主体结构包括梁、柱、楼板及承重墙、共用设备管网等；I包含户内设备管网、室内装修、非承重外墙及分户墙。




1961年，美国哈布瑞根教授在其著作中提出“骨架支撑体”理论，被视为SI体系的前身。国内外多数钢结构住宅多以此为基础衍生而来，如日本的KSI住宅体系、 NEXT21住宅体系、美国的预应力板柱体系及我国的CSI体系和VSI体系等等。区分SI体系与非SI体系的关键点在于除主体结构外的构件是否可以拆卸替换。


SI体系的提出有两方面的优势，一是住户可在建筑主体框架不变的前提下，在建筑的全生命周期内，依据自身经济能力的变化、家庭成员的发展变化及不同阶段的喜好对住宅进行平面及空间改造。二是将一些使用寿命较短的构件与主体结构的寿命区别对待，比如埋置于主体结构内的管线及配管等设备构件的寿命一般只有20-30年，与主体结构的设计年限50年-100年相比相差甚远，SI体系可确保住户在不损伤主体结构的前提下更换设备及构件，从而实现百年住宅的目标。


以下列举钢结构体系均可实现SI体系的概念。




2.日本积水住宅β体系




由积水住宅创建的β体系为框架结构，适用于三层至四层建造体系，均为工厂生产的高精度高强度的钢结构构件。积水住宅目前可实现梁位置固定后柱子位置可变，即上下层柱子位置可不对齐，平面灵活度更高。不仅可以灵活布置平面，也能实现角部无柱灵活布置角窗的效果。




β体系中，外墙板运用挤塑成型水泥墙板，此类墙板不仅具备优异的耐久耐火等性能，独特的工艺早就了丰富的表面肌理。除此之外，锁定工法及墙壁内通气工法的使用提升了墙体性能及耐久性。





3.意大利BSAIS钢框架支撑结构体系


BSAIS体系适用于1~8层钢结构住宅，柱子采用H型钢，主梁采用大断面冷弯型钢，支撑采用角钢，梁柱通过高强螺栓连接。楼板为带凹痕的压型钢板。外墙板采用双层墙板体系，外侧为普通混凝土预制条形板，内侧为轻钢龙骨石膏板；内隔墙采用轻钢龙骨石膏玻璃棉。由意大利厂商完成的180㎡的样板间，从主体结构到室内装修，由10人经历40天便可完成，其中钢骨架仅耗时3天。




4.美国Conxtech钢框架体系


Conxtech钢框架体系是由美国ConXL公司开发的一种新型装配式钢结构体系，该体系适用于多高层建筑，是由框架梁、框架柱、梁柱连接组件、压型钢板组合楼盖组成，是一种纯钢框架结构体系，采用方钢管混凝土柱及宽翼缘H型钢截面梁。




Conxtech体系独创性的运用了ConXR和ConXL两种梁柱连接方式，是该体系的核心技术：




ConXR连接形式：梁柱交接处，在柱子的四个侧面以楔形的插座锁定相连，辅以高强螺栓固定完成梁柱节点拼接。连接节点处框架柱上下贯通，内部填充混凝土形成钢管混凝土柱，形成刚性连接节点。适用于框架层数不超过12层的结构体系中。
ConXL连接形式：梁柱节点处，在柱子对角位置采用柱面T型套板相连，梁端套板插入两个柱面套板之间，就位锁定后由高强螺栓完成梁柱节点拼接。与ConRL形式相同，ConXL节点区域同样为刚性连接节点。适用于框架层数不超过15层的结构体系中。




5.DBS多层轻钢住宅体系（Dietrich Building System）

本体系是由美国Dietrich公司研究开发的轻钢结构住宅体系，多数用于4-6层住宅及公寓等建筑，在非地震区最高可建12层，DBS多层轻钢结构住宅体系采用一般美国住宅尺寸，开间4.88米，净高2.44米。墙体C型镀锌轻钢龙骨采用镀锌钢板制成，局部可采用热轧型钢加强。龙骨及楼盖每隔一段距离均可便开孔布置管线。



DBS体系拥有多项专利技术，开孔周边的变形处理保证了截面削弱处的局部稳定性，可使楼板开孔直径达截面高度的80%。墙面为固定在轻钢龙骨两侧的纸面石膏板，剪力墙需要加设一层镀锌钢板，并用自攻螺丝和轻钢龙骨固定。楼板采用20mm厚纤维水泥板，并在墙体龙骨与楼盖梁间填充玻璃棉，兼顾保温和吸声隔音的作用。