轻质复合板组合房屋结构体系可行性研究报告.doc

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1、 轻质复合板组合房屋结构体系 可行性研究报告 第一章 1 总 论1.1 项目概述 轻质复合板组合房屋结构体系和框架结构填充外墙保温板是由北京 XXX 科技有限公司自主研制(已获得两项国家专利)的一种新型的板装配式结构 体系,它在现有结构的基础上,采用墙板组合成一字型,十字型,丁字型, 和 L 型四种暗柱和暗梁,板承重的新型技术;其墙板采用轻型混凝土,保温 材料,钢材等复合而成,具有轻质,高强,保温节能性能好,耐火能力强, 组合灵活,施工方便的优点. 该项目于 2003 年 6 月 18 日通过建设部科技司组织的科技成果评估达到 国际先进水平,并被国家科技部列入 2004 年国家重点科技成果推广

2、项目(编 号 XXXXX)(轻质复合板组合房屋结构体系),2004 年建设部科技成果推广项 目(编号 XXXX)和(框架结构填充外墙保温板)被国家科技部列入 2004 年国 家重点新产品计划项目(编号 XXXXX) . 该项目可用于替代砌体建筑,并有一定抗震能力的中,小型单层及多层 房屋的成套技术. 1.2 项目社会效益及经济效益 传统砖混结构建筑, 每年要消耗掉 1.2 万亩耕地, 同时烧砖产生大量的有 毒气体及烟尘,给周边环境造成严重污染,国家有关部门已下达相关文件,在 2005 年全国禁止使用实芯粘土砖.在刚刚结束的两会期间,政府工作报告中 再次重申建筑节能的重要性, 彻底改变我国建筑能

3、耗高于发达国家 2-3 倍的现 状,如果实现了北京市要求 65%的节能目标,会使国家总能耗下降 20%左右, 我们与清华大学经过长达四年的努力,在 2005 年向全国推广轻质复合板组 合房屋项目,正是为了解决上述两大难题,为建筑业的可持续发展做出我们 应做的贡献, 与此同时, 市场在我们初步工业化阶段已经给予了相当可观的回 报, 在国家宏观政策的推动下业界反映强烈, 广泛的建房与合作洽谈正在全面 的展开. 该项目可以大量掺入粉煤灰,减少粉煤灰对环境的污染,变废为宝;同时 该项目不损坏土地资源,大量减少不可再生资源的使用,保温节能性能优越, 降低建筑能耗;施工中基本上不破坏地上植被,保护周边的生

4、态环境;在墙体 保温好的前提下,大大减少了墙体的厚度,(从 370mm 减少到 160mm)从而使有 效使用面积增加很多. 据 2001 年国民经济和社会发展统计公报中公布的 2001 年建筑施工面积, 比上年增加房屋竣工面积 6000 平方米,其中中小型建筑约占 20%,按此发展速 度测算,若 50%采用本项目成果,可以减少释放出 0.3 亿吨的二氧化碳等有害 气体和节省约 2974538.3 万元的工程造价,因此该项目具有广阔的市场前景. 1.3 项目主要内容与主要成果 项目主要内容与主要成果 课题的核心技术:墙板的基本性能进行了大量试验与计算分析,对新型 复合墙板进行了定型设计,生产工艺

5、,安装技术及应用条件进行了研究. 课题产品的市场定位:在结构体系上完成了适用于有一定抗震能力的中小型单层及多层房屋; 课题产品的技术定位:可以用于替代砌体建筑中小型单层及多层房屋的 成套技术.由于墙板具有优良的物理性能,轻质,灵活组合,施工方便,可 工厂预制,使用复合装配的结构有良好的抗震性能的优点,因此也可以用于 目前的高层框架结构的填充外墙,隔断墙,分户墙. 课题的研究现状:本课题的研究工作的主要内容已完成,目前已进入工 业化规模生产应用阶段.并面向全国转让成套相关技术. 1.4 项目进展情况 该项目的技术研究工作已基本完成,成功的开发了轻质复合板组合房 屋结构体系和框架结构填充外墙保温板

6、 ,并已经被北京市场广泛接受, 目前的推广工作已向全国展开,在北京地区已建造竣工面积约 11000m2,已投 入使用的房屋在使用中得到用户的一致赞许.尤其在冬季暖期,同样的条件 情况,室内温度要高于砖房69度,大降低是用户的采暖费用. 北京 XXX 科技有限公司开发的轻质复合板组合房屋结构体系及框 架结构填充外墙保温板 目前仅应用在中小型低层建筑和高层的外墙围护结 , 构,正处于工业化规模生产阶段.现与清华大学进一步完善,升级产品的技 术标准和规范,加强科技示范工程的建设和推广. 我们已与中国农业科学院国际农业高科技产业园,开发 11 万平方米建筑 面积的开发项目达成了合作意向,今年我们计划至

7、少在全国二分之一以上的 省市进行全面推广,达到 30 万平方米建筑面积的市场效益. 由于该产品具有广阔的市场前景,显著的经济效益和社会效益,今后在 拓展市场和进一步完善生产安装工艺,以及在全国建立若干个中心工厂,并 3 进行广泛深入的广告宣传,使得本项目在较短的时间内被广大用户认同,在 国家墙改工作中发挥其比较优势,让用户用更少的投入建造更好的房屋,使 其在墙改工作中得到实惠. 1.5 项目实施的优势与风险 轻质复合板组合房屋结构体系符合国家可持续发展的需要,具有以下发 展优势: 1) 工程造价低,节省原材料,比砖混结构造价低 2030%,比框架剪 力墙结构造价降低得更多,因此市场反映情况非常

8、好. 2) 保护环境: 由于进入工地的为加工好的成品构件, 很少使用原始材料, 不再产生建筑垃圾,造成环境和大气污染.同时,不用实芯砖就不需大量的 损坏粮田,使建筑业走上可持续发展之路. 3)施工工期短:由于房屋里的电,钢结构已预埋在墙中,进入现场只需 把一些标准板件装配在一起,一般情况只要二十天的时间,就能把二百平米 的别墅结构工程交工. 4)保温性能好.比三七墙节能65%. 5)建筑物的使用面积大. 6)符合国家对建筑业发展的要求. 轻质复合板组合房屋结构体系市场需求自身并无任何技术,市场和政策 风险,主要风险来自传统观念的风险,在相当长时期内实芯粘土砖占据整个 建筑市场,从工程技术人员到

9、具体施工人员都有一个认识和习惯过程.在一 段时期内设计人员,施工人员会感到不习惯,但随着国家对禁止使用实芯粘 土砖政策的贯彻深入,在短时间内轻质复合板组合房屋结构将走上健康发展 4 的道路. 1.6 项目计划目标 1.6.1 总体目标 项目前期执行时间: 2005 年5月2007 年6月. 项目期内计划投资 2800 万元. 完成时应达到批量生产阶段,实现将轻质复合板组合房屋结构体系在全 国范围内推广应用,在全国范围内实现加盟公司,生产能力达到 50 万 m2(建 筑面积) ,累计工业产值 31000 万元,利润 8500 万元. 1.6.2 技术质量目标 项目执行期间内应完成行业标准轻质复合

10、板组合房屋结构体系技术规 程的编制工作,通过建设部标准协会的审定和批准; 完成国家标准图集框架结构填充外墙保温板标准图集的编制和通过 建设部标准化研究所的审定和批准; 达到了节能 65%的指标要求; 将轻质复合板组合房屋开发到高度 25m,达到应用于多层建筑中; 取得工程设计的乙级资质,并通过 ISO9001 质量体系的认证; 隔声指标达到了 41dB; 1.7 主要技术经济指标 技术 建筑物高度 25m 隔声 41dB 指标 保温效果达到节能 65%的指标 5 每平方米工程造价 610 元/m2 经济 指标 墙板生产效率年产量达 50 万 m2 (建筑平米) 每平方米构件 84 元(平均)

11、第二章 企业概况 2.1 企业基本情况 XXXXXXXXXXXXXX 2.2 科技力量 北京 XXX 科技有限公司拥有员工 61 人,其中脱产人员 22 人,生产工人 39 人;人员中大专以上文化程度的有 22 人,占员工人数的 35%,其中技术科 研人员 19 人,主要管理人员 3 人,其中具有高级职称的有 4 人,具有中级职 称的有 5 人,专业从事建筑结构开发人员有6人,新型建筑材料开发的人员 有 4 人,生产工艺研究人员有 5 人,在项目开展中清华大学结构工程研究所 共投入教授 1 人,硕士研究生 10 人. 北京 XXX 科技有限公司共投入 800 万元,用于开发研究轻质复合板组合

12、房屋结构体系,并借助清华大学结构工程实验室先进的试验设备,对轻质复 合板组合房屋结构体系的各种构件,节点进行了完整的试验,同时北京 XXX 科技有限公司自主开发研究了专用的生产流水线,实现了自动化程度相对较 高的生产方式,在配料,计量,搅料,出料,浇注,成型,蒸养,出模等工 序上实现了机械化,自动化生产,并开发了专用施工设备. 2.3 企业管理情况 北京 XXX 科技有限公司目前已通过了 ISO90012000 质量体系认证, 为保证产品质量,公司成立了质量控制中心,负责对使用此项技术的加盟工 厂实行质量监督和技术质量培训. 6 通过 ISO90012000 质量体系认证,对生产,安装进行全过

13、程的监督, 阐述我公司质量方针,目标,程序和要求; 描述和实施有效的质量体系; 促 使公司及各加盟工厂的质量保证活动,促使各加盟工厂的质量水平;采用 ISO90012000 质量体系对从组织机构,材料,人员,工艺,生产运作的 设备,环境进行系统的监督管理,各加盟工厂的生产质量情况应服从质量控 制中心的统一管理,在生产,安装过程中对人员的管理采用承包的管理办法, 实行按件考核计酬,主要有以下的质量管理文件: 资源管理, 设计, 开发控制, 物资控制,生产过程控制,施工过程控制,焊接控制,分包工程管理,不合 格品控制,内部质量审核,纠正措施与预防措施,竣工验收和交付. 2.4 企业发展思路 北京

14、XXX 科技有限公司主要从事科研工作,公司确定了以公认的规则, 资源共享,整体控制,来实现整体事业的社会化经营的推广指导思想,在 组织管理和技术服务方面配备和建立了以下职能部门: (1) 以北京 XXX 科技有限公司为总公司, 负责对整体社会化公司行使 管理,企划,广宣,法律,人员培训等职能,创立共同的房屋品牌. (2) (3) 成立负责北京地区销售工作,同时面向全国的推广中心; 成立生产北京地区所需房屋,做好技术升级的试验工作,改进生 产,工程中的管理,面向全国推广新技术,新工艺的中心工厂; (4) 成立研究所,不断地开发,研究新技术,新工艺,新领域.实现 低成本,高质量,并负责全国范围的技

15、术培训和质量监控工作; (5) 成立设计所,为全国的市场进行设计工作,完善全部设计的资 源共享 ,最大限度降低设计成本. 7 在技术上公司提出了精确建筑的发展思路,通过材料的合理使用, 采用先进的生产安装工艺代替传统建筑方法的手艺. 社会化连锁加盟公司总体组织机构 2.4.1 社会化连锁加盟公司总体组织机构 为了使我们共同的整个事业能健康,快速,有序的发展,和建立起所有加 盟成员的利益共同体 .首先要从组织结构上体现出指导思想所要求的 组织形式,从根本上实现公认的规则和整体的控制 ,特制定以下组织结构 图: 技术投资发展总公司 推广公司 生产试验公司 生态房设计所 生态房研究所(与清华大学合作

16、) 加盟生产厂 (N 家) 2.4.2 各级公司的职能与收益 2.4.2.1 总公司 a, 职能:是一个管理公司,它掌握着所有职能公司主要的股权和加盟公司 的工程设计权.同时就整体社会化公司行使管理,企划,广宣,法律,人员 培训等职能. b, 收益:用轻质复合板组合房屋结构体系技术转让或参股各级公司. 2.4.2.2 推广公司 8 a,职能:负责北京地区的销售工作,同时把轻质复合板组合房屋结构体系推 向全国(具体地区由总公司指定) . b,收益:在推广中收取加盟公司的加盟费. 2.4.2.3 生产试验公司 a,职能:生产北京地区所需房屋,做好技术升级的试验工作,改进生产,工 程中的管理办法向全

17、国推广新技术,新管理办法. b,收益:北京地区的市场收入,推广中的咨询收入,也可在加盟公司中现金 参股. 2.4.2.4 设计所 a, 职能:为全国的市场进行设计工作,完善全部轻质复合板组合房屋结构体 系设计的资源共享 ,最大限度降低设计成本. b, 收益:收取设计费,也可现金参股加盟公司. 2.4.2.5 研究所 a, 职能:不断地开发,研究轻质复合板组合房屋结构体系的新技术,新工 艺,新领域.实现成本越来越低,质量越来越好. b,收益:在加盟公司工艺,成本的升级改造中收取利润,也可现金参股加盟 公司. 2.4.2.6 加盟公司 a, 职能:完成地方市场的生产,销售及工程,满足用户需求,做好

18、用户服 务工作. b,收益:收取当地市场利润.也可现金参股其他加盟公司. 2.4.3社会化经营的优点 2.4.3社会化经营 9 2.4.3.1 2.4.3.1 社会上的人才,资金来者不拒,可以投资成立工厂,同时也可以组 织销售,有才华,有知识的优秀人才可以组建销售公司或作为独立销售员, 在一定的区域内进行业务活动.为本地或相邻地区的生产厂销售轻质复合板 组合房屋结构体系和框架结构填充外墙保温板. , 2.5.3.2 将全套技术推向全国,形成一个相互依存,资源共享的小社会 在设计,品牌,广告,法律,市场占有,人才培训,技术升级等方面共同拥 有强大的竞争优势,使我们这个利益共同体立于不败之地. 2

19、.4.4社会化经营 2.4.4社会化经营的长远规划 经多方专家的论证,一致认为轻质复合板组合房屋结构体系事业是 一项建筑业的大变革,不是一个企业能完成的大事,必须要通过社会化经 营的办法来运作才有可能得到迅速的发展,因此,我们要把眼光放到全国 市场,原则上考虑在全国 332 个地级以上城市各建一家加盟公司,在较发达 的地区,也可在县级市建厂.但建厂的过程中,一定要考虑到市场的容量及 运输半径,做到所有工厂都有年销售额 5000 万元以上的市场前景.在省级城 市和特发达城市,要建立中心工厂. 第三章 轻质复合板组合房屋结构体系的技术可行性分析 3.1 中国传统砖混结构建筑的现状 建筑一直伴随着人

20、类的发展,其结构形式的出现和发展都直接来源于建 筑物使用功能的要求和变化.随着社会的不断进步,科技的迅猛发展以及人 口的急剧增长,不可再生资源飞速减少,环境问题日益恶化.近年来,人们 普遍感到这个问题的严重性.1992 年 6 月在巴西里约热内卢召开了联合国 10 环境与发展大会 ,签署了关于环境与发展的里约宣言和21 世纪议 程等国际性文件,宣告可持续发展问题已是人类普遍关注的中心问题.我 国政府也于 1994 年发表了中国 21 世纪议程 ,提出了人类居住环境可持续 发展的总方向.伴随着国民经济的不断发展,人们生活水平不断提高,住 成为人们十分关心的问题,住房建设发展迅猛,保土种田与毁地建

21、房,吃与 住的矛盾日益尖锐,因此,打破秦砖汉瓦的传统建筑做法,发展新型的建筑 结构体系是势在必行. 中国是一个有着 13 亿人口的发展中国家,据有关资料报道;每年民用建 筑的竣工面积在 2.25 亿平方米,用实芯粘土砖 6000 亿块,为满足民用建筑 的需求,每年需挖掉 120 万亩粮田,相当于一个县的可耕土地.同时要烧掉 6000 万吨标准煤,释放出 1.7 亿立方米的二氧化碳有毒有害气体.近十年来 中国经济增长速度加快,人民生活水平不断提高,对生活质量要求有了新的 认识,特别是对居住条件的改善和居住环境的要求越来越高.人均住房面积 迅速增加,每年民居建筑竣工面积也在不断增加,耕地面积在逐年

22、减少,按 现在发展速度计算,再过二十年将濒临无地可挖的境地. 政府和有关部门对此非常重视,这是关系国家能否可持发展的头等大 事.为解决这个问题,国家采取了一系列禁实措施, 2003 年全国 160 个大 中城市中禁止使用实心粘土砖,并在 2005 年全国禁止使用实芯粘土砖.在此 之前已开发和大量生产粉煤灰硅酸盐砌块,空心砌块,加气混凝土砌块等, 但在使用上始终有不尽人意之处,没有一套完整设计和计算体系,未能得到 广泛应用.用空芯砌块来代替实心砌块的办法也只是权宜之计,并没从根本 上解决问题,远远没有走上国外发达国家普遍采用的轻型民建产业化的发展 11 道路.相比国外,我们还是在用 56 倍的资

23、源在建造同样面积的民用建筑. 我们还是在民用建筑的日常能耗方面比发达国家多几倍的消耗,如果我国能 走上轻质节能墙体的产业化发展道路,我国的建筑能耗将下降一半,同时中 国的大气质量将有一个大的改观. 国家把墙体改革作为可持续发展的一项基本国策,在企业税收方面采取 了全面免税政策,并拿出无息贷款和专项基金加以支持,给新型工厂化造房 事业的发展开拓了一条利国利民可持续发展之路. 3.2 国外发达国家建筑体系 在美国,大约百分之八十五的民用建筑都是由大型工厂加工出来的木制 结构房屋.它的主要材料是经过特殊处理的木材,有一定的防虫能力,当木 制房架建成后再把保温材料和内外维护墙钉在木架上,屋面也是在木板

24、上挂 轻型瓦片. 在日本的民用建筑主流是用镀锌板加工成轻钢龙骨, 组成房屋的结构架, 然后在屋架上,钉上外墙外侧的 GRC 板,和内侧的石膏板,中间填上保温材 料. 其他发达国家也大同小异,但有一点共同之处就是;都不再采用砌块的 方式.而采用各种轻质材料,让所建的房更加节能,环保,抗震和节约原材 料. 3.3 我国民用建筑走可持续发展的道路 分析了国内外民用建筑的现状,结合我国的现有条件和民情,首先我国 是钢铁和水泥生产大国,而木材资源奇缺,在中国采用美国和日本的发展道 路是不可行的.而且美国和日本的做法在防火,防风等措施也不能满足我国 12 有关方面的要求,让广大建房者或购房者用有限的收入投

25、入到此类房屋的建 设中,定是很难以接受的,如遇火灾或台风都会使房屋毁于一旦.在此背景 下我公司和清华大学土木工程系在四年前共同开发了轻质复合板组合房屋结 构工厂化造房技术,使我国在世界上产量居第一位的钢材和水泥得到充分利 用,将钢材,水泥和其它保温材料有机的组合在一起,创建了轻钢和轻混凝 土相结合的复合结构受力新体系,用这些标准的结构件,根据用户不同用途, 组装成任何一种样式的建筑,满足了人们对建筑个性化要求.为了使体系更 加完整,在没有现成配套轻材的情况下,我们公司开发了轻型平板瓦和轻质 仿天然石瓷砖等配套产品,同时还研制了多种生产设备和施工设备,满足了 工业化生产的要求,实现了用现代化的工

26、艺,取代传统建筑业的手艺.使建 筑外观更加具有不同的建筑风格,同时也满足不同功能的要求.在不远的将 来,我们国家会用生产汽车的方式,来建造我们的房子,使新体系走向完美 和成熟. 3.4 项目开发的权属 轻质复合板组合房屋结构体系是清华大学和北京 XXX 科技有限公司共同 开发的新型建筑结构体系,获得国家专利局颁发的专利证书,北京 XXX 科技 有限公司拥有此项目的专利权.独家的技术使用权和技术转让权. 该项目已通过了建设部科技成果评估,该成果具有一定的创造性,新颖 性和实用性,达到国际先进水平.该种结构具有明显的社会效益,环境效益 和较高的经济效益,适合中小型建筑,可在国内推广.被国家列为科技

27、成果 重点推广项目,国家重点新产品计划项目,小城镇建设先进与适用技术项目, 并被列入中国住宅建筑技术导则等,目前正与建设部合作编写行业标准轻 13 质复合板组合房屋结构体系技术规程 ,预计在 2005 年 6 月份能通过工程建 设标准化协会的审定. 轻质复合板组合房屋结构体系经过大量科学实验和科学验证, 满足高度 在 25M 内一般建筑受力和抗震要求,适用于中小规模的建筑.目前该项目确 定了一套完整的,科学的,严谨的设计体系和计算方法,经大量的实践制订 了一套完整的施工规范和验收标准. 3.5 轻质复合板组合房屋结构体系概述 轻质复合板组合房屋结构体系是一种新型的板装配式结构体系,它在 现有结

28、构的基础上,采用墙板组合成一字型,十字型,丁字型,和 L 型四种 暗柱和暗梁,板承重的新型技术;其墙板采用轻质混凝土,保温材料,钢材 等复合而成.轻质复合板组合房屋结构体系的墙板不仅构造受力合理,满足 环保节能轻质等可持续发展要求,而且通过调整墙板的参数改变结构的承载 能力,从而能较好地发挥材料的受力性能.墙板灵活组合,施工方便,实现 工业化生产. 轻质复合板组合房屋结构体系从受力体系上讲:它主要体现在复 合二字,经过在清华大学做了大量的结构试验,其中包括足尺整体楼房 的抗震试验各种板材的力学试验重要的节点试验及大量的物理 , , 性能试验 ,我们进行了大量的计算和计算机分析,创建了轻质复合板

29、组合 房屋结构体系 .它在承受垂直力的时候主要以墙体为主,而梁柱为辅;在承 受水平力的时候又以梁柱为主,而墙体为辅,墙梁柱复合在一起来受力,就 能发挥出各自不同的长处,最大程度的利用材料各种性能,使之在防火,防 腐,防风,抗震,造价,环保等多方面有了良好的体现,同时为工业化,标 14 准化和多样性创造了必要的条件. 纵观我国当前建筑市场的发展趋势和我国的具体国情, 结合此种墙体的自 身特点,对此类墙板进行研究,是非常必要并且是可行的,可从以下几个方 面得以体现: (1)力学性能角度 传统粘土砖和普通的钢筋混凝土墙体,虽然承重能力较高,但其自重都很 大,尤其是普通的钢筋混凝土墙体,其自重和承载力

30、的比值远远超过中小型 房屋的性能要求,势必造成材料的浪费,使建造出来的房屋不经济.在中小 型房屋这一领域内,因结构自重小,且层数低,抗倾覆性能好,故而在满足 建筑承载力的前提下应力求材料的轻便.结构材料轻,反过来又减少了结构 自重,降低了结构承载力,从而达到建筑经济合理的目的.当然,追求材料 的轻 ,不能凭主观想象,而要结合传统的计算理论和施工经验,依靠新的 计算理论和实践检验,才能达到轻的目的.因此,要想让我国的中小型 房屋建筑更经济,受力性能更适应其中小型的特点,对轻型承重墙体的 研究就势在必行. (2)环境保护和可持续发展角度 以前,我国建筑多用实心粘土砖,1986 年我国实心粘土砖产量

31、已达 3628 亿块,占全国墙体材料总产量的 95%.实心粘土砖固然有便于生产,砌筑等 优点,但随着世界环境的恶化,环保呼声的不断加强,以及我国由粗放型转 向集约化经济发展模式的步伐的不断加快,实心粘土砖将很快被建筑行业淘 汰.究其原因,第一,烧砖毁田严重.1986 年生产实心粘土砖毁田百万余亩, 第二,生产实心粘土砖能耗很高.1986 年全国烧砖消耗标准煤达 4000 多万 15 吨,近年来耗煤更多.轻型复合墙体采用低标号混凝土内嵌保温材料的结构 形式,其生产可实现工业化,厂房占地十分有限,且生产低标号水泥耗能远 远少于烧制粘土砖,有时还可在混凝土配料中加入矿渣,粉煤灰等工业废物, 更见其节

32、能环保的优越性.另外,轻型复合材料墙体保温隔热的效果非常好, 同样厚度的墙体,复合材料墙体的保温隔热性能可达传统砖墙的 34 倍.这 样,就保温隔热和隔声来讲,墙体既可以做的较薄,又能达到比传统砖墙好 的保温隔声效果;既增大了房屋的使用空间,又使房屋用户减低了取暖制冷 的费用,无疑是非常人性化地体现了其节能和可持续发展的强大优 越性. 3.5.1 墙板设计 墙梁柱复合结构的受力特点既不同于框架结构,又不同于砌体结构.但 却与它们受力特性密切相关.它的竖向荷载是通过竖向承重墙板和水平加竖 向受力墙板共同承受和传递的,类似于砌体结构.而水平荷载则主要是通过 水平加竖向受力墙板承受和传递,类似于框架

33、结构.它既具有砌体结构能均 匀承受竖向荷载的特性, (墙体单位面积上的承载力较小,所需地基承载力也 较小) ,又具有框架结构及剪力墙结构能抵抗较大水平力的特点.因而是框架 结构和砌体结构的受力优点完美结合的一种新型结构受力体系. 从轻质复合板组合房屋结构体系的建立和受力特点可看出, 要实现这种体 系的最关键问题是墙板的受力性能要满足体系对其要求.另外,墙板要满足 可持续发展的要求,也即要具有环保节能轻质特性.单一材料一般很难达到 这些特性,往往需要多种材料,利用各自的优点形成复合墙板.这样就使得 其受力性能变得较为复杂.因此,要实现轻质复合板组合房屋结构体系,必 16 须设计一种环保节能轻型复

34、合墙板,使其具有良好的物理和力学性能,并用 试验予以验证. 从受力角度出发,应充分利用墙体截面尺寸,使其截面惯性矩最大,也即 截面的外侧应为良好的受力材料,故采用混凝土加钢筋,分别承受压力和拉 力.考虑到所承受的压力一般较小,且为了减轻墙板的质量,提高其保温隔 热性能,采用轻质但具有一定强度的陶粒混凝土;截面中间部分受力性能利 用较低,采取中空的办法,并放置聚苯或岩棉,使墙板质量密度显著降低, 而保温隔热性能大幅提高.由于墙板截面陶粒混凝土被分成两层,其厚度较 薄,容易发生局部屈曲破坏.为了避免这种情况出现,提高墙板的承载力, 借鉴肋梁楼盖的受力特性,将墙板设计成带肋墙板.这样的墙板,充分利用

35、 了其受力特性,并使其满足了环保节能轻质的要求.截面的详细构造示意见 图 3-1 和 3-2. 为了合理地设计轻质复合墙板,必须先分析其截面尺寸,冷弯薄壁型钢和 配筋量等对墙板承载力的影响,以便针对不同的情况,合理调整墙板参数. 在结构体系中墙体不是采用砌块砌筑,而是采用轻质复合墙板,板高接 近层高,板宽按标准模数变化.并为了降低施工强度,避免了砌体结构的抗 拉性能和整体性差的缺陷.因此对墙板设计成竖向承重墙板和水平加竖向墙 板. 结构墙板分为两类:一类为竖向承重墙板或钢筋型墙板;另一类为水平 加竖向墙板或型钢型墙板. 竖向承重墙板采用仅在板上下两侧放置薄壁型钢,而竖向两侧不配薄壁 型钢的轻质

36、复合墙板,其水平截面构造示意见图 3-1,整块板仅上下两端为 17 受力加强部分.墙板间的水平连接因其主要是承受竖向荷载,作用的荷载仅 通过板上下传递.故该类板之间水平连接通过多点连接即可.竖向连接通过 梁间接连接.并可以采用不同的企口形式. 竖向承重墙板主要是用于外墙的承压和内墙承重用,竖向承重墙板的宽 度为标准宽度: 600mm; 高度符合层高要求, 层高去掉楼板的厚度为墙板高度. 60 0 30 30 图 3-1 竖向承重墙板水平截面构造示意图 水平加竖向墙板采用板四周均配薄壁型钢的轻质复合墙板,其水平截面 构造示意见图 3-2.板四周均为受力加强部分.对于非墙角处的板,墙板间 的水平连

37、接通过多点连接.由于板边预埋有薄壁型钢,可以防止连接点少而 出现的板内局部位置应力集中导致板连接破坏.当在某两块板之间需设置暗 柱时,可按照节点图进行设计.竖向连接同竖向承重墙板. 为保证墙板安装后,在拼装位置形成组合柱;而墙体宽度仍是建筑模数, 因此将墙板宽度设计成为 545mm,使安装中很容易组合成型一字,十字,T 字,L型组合柱;高度符合层高要求,层高去掉楼板的厚度为墙板高度. 18 160 100 100 30 30 545 图 3-2 水平加竖向墙板水平截面构造示意图 在门侧, 窗侧使用及在组合柱处, 为保证建筑物的模数, 研究宽度为 300mm 的墙板也是十分必要的,门侧板采用板四

38、周或一侧均配薄壁型钢的轻质复合 墙板,其水平截面构造示意见图 3-3.板四周均为受力加强部分.对于非墙 角处的板,墙板间的水平连接通过多点连接.由于板边预埋有薄壁型钢,可 以防止连接点少而出现的板内局部位置应力集中导致板连接破坏.当在某两 块板之间需设置暗柱时,可按照节点图进行设计.竖向连接同水平加竖向承 重墙板. 245 图 3-3 门侧板水平截面构造示意图 以上墙板可以方便的应用于轻质复合板组合房屋结构体系中, 并且可以实 现灵活组合,施工方便,轻质的要求,可组合成目前所有的墙体. 轻质复合结构受力体系体现出的优点之一为:在造房的过程中,采用工厂 19 16 0 160 化,机械化和新材料

39、等先进的技术手段,对墙板进行标准化设计是实现工业 化生产房屋的基础.要对墙板进行标准化,就必须对墙板的规格进行标准化, 墙板可取不同的企口形式. 根据建筑物的墙体模数, 在墙板宽度设计时, 按建筑模数取 600mm 和 300mm 两种墙板宽度,对上述板型中其中竖向承重板取 600mm. 为保证墙体安装时,在墙角由两块或三块,四块水平加竖向墙板处形成组 合柱,因此将水平加竖向墙板设计宽度为 545mm,以保证在装配后,墙体宽 度仍为 600mm 模数.所有墙板的高度设计时,依据建筑物的层高减去楼板厚 度为墙板高度. 3.5.2 轻质复合板组合房屋结构体系关键节点设计 轻质复合板组合房屋结构体系

40、将框架的梁柱弱化, 提高墙体的承载能力; 将砌体结构的构造柱和水平圈梁强化而弱化墙体的承载力,最后使墙,梁, 柱均参与受力,充分利用结构各个构件的受力性能. 结构复合墙柱是通过水平加竖向受力墙板组合而成.在建筑的墙角处均 设置水平加竖向受力墙板. 墙板的组合形式有十字型, 丁字型和 L 型三种 (见 图 3-46) .在墙板之间形成了一个暗柱.通过板侧边的预埋薄壁型钢加缀 条形成受力最优的钢格构式柱,并使相邻几块板连成整体.再用陶粒混凝土 浇注,不仅保护钢格构式柱,增强其抗火防锈能力,防止柱局部屈曲变形, 又增强了节点的刚度.结果形成以钢格构柱为核心的十字型,丁字型或 L 型 柱.显然该柱具有

41、极强的承受竖向荷载和抵抗水平荷载的能力.该墙板不仅 作为墙体的一部分,而且作为柱子的一部分.它不仅承受竖向荷载,而且抵 20 2C100x50x2.5 内置 角钢 现浇陶粒 混凝土 抗水平荷载. (a) 十字型墙板格构复合柱水平截面 图 图 3-4 十字型墙板格构复合柱示意图 (b) 格构连接详 2C100x50x2.5 内置 角钢 缀条 现浇混凝土 (a) 丁字型墙板格构复合柱水平截面 (b) 格构连接详图 图 3-5 丁字型墙板格构复合柱示意图 2C100x50x2.5 缀条 角钢 现浇陶粒混凝土 21 (a) L 型墙板格构复合柱水平截面 (b) 格构连接详图 图 3-6 L 字型墙板格

42、构复合柱示意图 结构墙梁是通过水平加竖向受力墙板或竖向承重墙板组合而成.在层高 处,先将下层墙板上端的预埋薄壁型钢焊接,使板端成为一整体,然后装配 楼板,并焊之.接着安装上层墙板,并将下端的预埋薄壁型钢焊接,使板端 成为一整体.最后将上下墙板端预埋薄壁型钢以及楼板预埋件间焊接成格构 梁.同格构柱一样,再用陶粒混凝土浇注,增强其抗火防锈能力,防止其局 部屈曲变形,加强上下板间的连接;又增强了节点的刚度.对于底层墙板下 端和顶层板上端的格构梁可同样给出. 虽然结构没有直接设置梁和柱, 但通过墙板可以获得, 从而形成暗框架结 构.这不仅合理利用了结构各构件受力性能,节约了材料,而且加强结构的 整体性

43、,克服了墙板连接的缺陷.这样墙体可不必用砌块进行砌筑,而直接 采用大块墙板,从而可避免砌体结构施工强度大,墙体抗拉强度低等的缺陷. 轻质复合板组合房屋结构体系具有以下性能优点: (1)结构合理,安全可 靠,复合墙板具有较好的延性,满足抗震要求; (2)墙板标准化程度高,便 于工业化生产,符合可持续发展的要求; (3)自重轻,保温性能好,有利于 节能,耐火能力强; (4)墙体相对厚度小,能够提高建筑使用面积; (5)有 利于减少建筑产业对环境的污染和负面影响,保护耕地; (6)施工速度快, 现场实现了干作业; 墙板主要性能指标:质量密度:不大于 14 kN m 3 ;隔音效果,160 mm 厚

44、空气计权隔声量可达 41 dB ;抗冻能力,循环冻融 25 次,重量损失基本趋于 22 零,强度损失7.5%;抗火能力,在标准 ISO834 升温试验下其耐火时间超过 2.5 小时;保温隔热性能,160 mm 厚墙的传热系数为 0.85 W 1.03 m 2 K W ;抗冲击性能,将 (m 2 K ) ,热阻为 50 kg 标准砂袋的质量中心拉起至 500 mm ,自 由落下冲击板面.在连续 20 次冲击后,墙板无任何裂缝等损伤出现;吊挂能 力,单点吊挂 1000 N ,48 h 后吊挂点及其附近无任何裂缝以及损失等情况. 轻质复合板组合房屋结构体系的具有十大特点: 1) 节约原材料:由于采用

45、工厂化流水线生产,进入工厂的原材料的使 用率接近 100%.从材料重量上看,只用六分之一的材料就能建同样的房子. 2)保护环境:由于进入工地的只是加工好的成品构件,很少使用原始材 料,不再产生建筑垃圾,造成环境和大气污染.同时,不用实芯砖就不需大 量的损坏粮田,使建筑业走上可持续发展之路. 3)施工工期短:由于房屋里的电,钢结构已预埋在墙中,进入现场只需 把一些标准板件装配在一起,因此施工工期比传统的建筑方法要短. 4)房屋使用能耗小:由于采用了大量轻质材料,建筑墙体的保温程度比 370 厚砖混建筑高了近一倍,房子在使用中的制冷,制热费用可节约近一半. 5)抗震性能好:由于整栋房子全部采用新型

46、轻质材料,房子的建筑总重 量比砖混结构轻了近六倍,又由于采用整体钢框架结构,因此抗震性能有了 明显的提高. 6)房屋有效面积大:在墙体保温好的前提下,大大减少了墙体的厚度, (从 370mm 减少到 160mm)从而有效使用面积增加很多. 7)建成后便于搬迁:传统砖混建筑,如遇搬迁,只能把房子变成垃圾丢 掉,而此项技术所建房屋,只需把原先组装时产生的节点打开,接缝切开, 23 就可把房子搬走重建. 8)工程造价低:在造房的过程中,大量采用工厂化,机械化和新材料等 先进的技术手段,简化地基施工,从而大量的降低了制造和施工成本,使其 与砖混建筑的综合成本相比,降低了许多. 9)房屋热容量低:生态房

47、屋由于采用轻型材料,墙体热容量很小,所以 在到达别墅后很短的时间内,全部房间就能达到想要的温度. 10)使用年限长:由于此项技术基本主体结构采用轻钢混凝土,因此, 10) 生态房屋的使用年限要优于砖房. 3.6 轻质复合板组合房屋结构体系与复合墙板的技术成熟性 该项目与 2003 年 6 月 18 日通过了建设部科技成果评估,评估编号:建 科评 2003-016 号,该成果具有一定的创造性,新颖性和实用性,达到国际先 进水平.该种结构具有明显的社会效益,环境效益和较高的经济效益,适合 中小型建筑,可在国内推广. 该项目被国家科技部列为科技成果重点推广项目,项目编号: (编号 2004EC000036)和被国家科技部列入 2004 年国家重点新产品计划项目(编号 2004ED120005) 小城镇建设先进与适用技术项目, , 中国住宅建筑技术导则等, 目前正与建设部合作编写行业标准轻质复合板组合房屋结构体系技术规 程 . 该项目在北京成功的进行技术转让一家,并在北京完成工程建设面积达 到11100m2. 综上所述,轻质复合板组合房屋结构体系有一套完整的设计,生产,施 工体系,技术成熟,是利国利民,利在当今,功在千秋的项目,故项目的建 24 设是必要的,是可行的. 第四章 市场调查与预测 4.1 国家高度重视 经过三年的科研过程, 北京 XXX 科技有限公司于 2003