轻钢活动板房现状分析与设计对策

第１５卷第２期　２０１５年Ｏ６月　江苏建筑职业技术学院学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　Ｊ　ＩＡＮＧＳＵ　ＪＩＡＮＺＨＵ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　Ｖｏ１．１５№．２　Ｊｕｎ．２０１５　轻钢活动板房现状分析与设计对策　孙韬，朱思楠　（江苏建筑职业技术学院建筑工程技术学院，江苏徐州２２１１１６）　摘　要：为了解决轻钢活动板房在实际使用中存在的适用性差和安全隐患多的问题，进行了使用　现状调查与分析，找出了导致轻钢活动板房适用性和安全性差的原因，并提出了轻钢活动板房的　建筑设计“模块化”、结构设计“标准化”、构配件设计“工业化”和节点设计“定型化”的设计策略．　关键词：轻钢活动板房；设计对策；模块化；标准化；工业化；定型化　中图分类号：ＴＵ　３９２．５　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５—３５５０（２０１５）０２—０００４—０３　Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｓｔｅｅｌ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｈｏｕｓｅｓ　ＳＵＮ　Ｔａ０，ＺＨＵ　Ｓｉｎａｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｊｉａｎｚｈｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２２１　１　１　６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｓｔｅｅｌ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｈｏｕｓｅｓ　ｉｎ　ａｃｔｕａｌ　ｕｓｅ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｐｏｏｒ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍａｎｙ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｒｉｓｋｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃｔｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎ，ｆｉｎｄｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｐｏｏｒ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｕｎｔｅｒ—　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｓｔｅｅｌ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｈｏｕｓｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉａｔｚｉｏｎ　ｉｎ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｄｅｓｉｎ，ａｎｄ　ｇｃａｎａｌｉａｔｚｉｏｎ　ｉｎ　ｊｏｉｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｈｔ　ｓｔｅｅｌ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｈｏｕｓｅｓ；　ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ；　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ；　ｃａｎａｌｉｚａｔｉｏｎ　建筑物、构筑物及道路桥梁交通建设在施工现　场需要建造大量的临时性建筑，轻钢活动板房这种　临时性建筑应运而生．随着时代的进步，劳动条件　的空间设计，还是整体平面的组合设计，几乎没有　建筑功能分析，具体有以下几个方面的问题：　１）没有体现功能要求．从已建成的轻钢活动板　房的单个房间尺寸，都是根据围护墙板的规格进行　的改善，构建和谐社会的需要，国家对临时性建筑　的安全、适用和居住条件提出了更高的要求，这也　就使得轻钢活动板房的设计要求不断提高　］．　设计，无论是开间还是进深都是１　８２０　ｍｍ的倍数，　这就导致了房间大小不能有效地满足功能的需求．　１轻钢活动板房设计与使用现状　１．１　轻钢活动板房的建筑设计问题　房屋空间不是过大，就是过小，无法合理的布置家　具，给使用带来了诸多不便．　另外，房间之问的平面组合也没有考虑功能要求，　通常是根据场地和所需房间数量来确定平面布局．　２）整体造型单一．常见的轻钢活动板房造型变　化，主要体现在层数和屋面的变化上．对于单层的　目前，轻钢活动板房的建筑设计，无论是单一　收稿日期：２０１５—０２—２５　基金项目：江苏省教育厅“青蓝工程”资助项目；江苏省２０１４年创　新创业训练计划项目：轻钢活动板房装配式节点设计研究　（２０１４１０８４９００１Ｙ）；江苏建筑职业技术学院２０１３年度科研　项目：轻钢结构装配式房屋相关技术研究（ＪＹＡ１３—０７）　作者简介：孙韬，男，山东潍坊人，副教授，工程师，博士研究生．　Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｎｔａｏｌ９６＠１２６．ｃｏｍ　房屋主要有两种情况，一种是平顶房屋，另一种是　坡顶房屋．对于多层轻钢活动板房，则普遍采用的　是外廊式双坡顶，如图１所示．造型单一带来的问　题是无法更好地适应建筑场地的变化，以及更加灵　第２期　孙韬，等：轻钢活动板房现状分析与设计对策　５　活和巧妙地适应现场的需要．　图１　多层轻钢活动板房的建筑造型　Ｆｉｇ．１　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　ｉｍａｇｅ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｈｏｕｓｅ　３）色彩单调．目前，施工现场的轻钢活动板房　的色彩比较单一，大多是蓝屋面白墙面，或是灰色　屋面白墙面．轻钢活动板房色彩单一，主要问题还　在于缺乏建筑设计的思考．另外，也受到了板材颜　色的限制．　４）防火设计考虑欠缺．由于轻钢活动板房主要　由轻型板材和轻钢结构组成，其防火性能相对较　差．轻钢活动板房多采用彩钢夹芯板作为围护结　构，彩钢夹芯板的芯材材料包括聚苯乙烯、聚氨酯、　岩棉和玻璃棉等．从物理性能上讲，聚苯乙烯（简称　ＥＰＳ）最适合用于彩钢夹芯板．但是，ＥＰＳ彩钢板存　在十分突出的消防问题．ＥＰＳ泡沫复合板起火时，　ＥＰＳ材料会发生熔融，形成空腔，进而燃烧，导致彩　钢夹芯板失去承载力　Ｊ．　另外，多数使用者认为轻钢活动板房属于临　时建筑，防火设计要求比一般建筑低．尤其体现在　轻钢活动板房的走道和楼梯的尺寸．在《建筑设计　防火规范》中提到安全疏散走道和楼梯的净宽不　得小于１．１　ｍ　３］，在《江苏省建筑施工现场装配式　轻钢结构活动板房技术规程》［４　中给出了净宽不　得小于１　ｍ．而在现实工程中，多数情况下都不能　满足这一要求，尤其是在一些人员密集的工人宿　舍，存在着较多安全隐患．　１．２轻钢活动板房的结构设计问题　考虑到轻钢活动板房的临时性，相关质量监督　部门对活动板房结构设计的审查并不像普通建筑　物那样严格，往往对生产企业提供计的算书进行审　查．因此，不同的生产企业会有不同版本的计算书，　再加之没有一个通用的设计标准，导致轻钢活动板　房的结构设计存在较多的问题．　１）活荷载取值与实际情况出入较大．在《江苏省　建筑施工现场装配式轻钢结构活动板房技术规程》中　规定了轻钢活动板房的均布活荷载标准值，见表１．　然而在实际应用中，宿舍楼面上往往都布置成　上下铺，为有效利用工地的临时设施空间，经常上下　铺都睡人，且床下还堆放大量的物品，其荷载值可能　会超过２．０　ｋＮ／ｍ　．在工地的办公室楼面上，经常会　堆放文件资料，甚至还会有各种材料样品等，按照图　书０．３～０．３５　ｇ／ｃｍ。的密度计算，当堆放高度大于　１００　ｃｍ时，其荷载值则会超过３．０　ｋＮ／ｍ。．另外，无论　是宿舍楼还是办公楼，走廊还会兼顾到阳台的作用，　而当作为有密集人群使用的阳台时，其活荷载标准值　应取３．５　ｋＮ／ｍ　ｌｓ］．此外，由于建筑空间设计缺乏功　能性的考虑，使得建筑物在使用时，经常会超载使用．　表１轻钢活动板房的均布活荷载标准值　Ｔａｂ．１　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｌｉｖｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｈｏｕｓｅ　楼面（办公室、会议室、走廊、楼梯等　人员密集场所）　‘　－ｕ　屋面（不上人屋面）０．３　２）结构体系计算模型不统一．结构体系计算模　型的选择，直接关系到结构计算的正确性．通过阅　读相关文献和课题组的现场调查发现，轻钢活动板　房都是由双拼轻型槽钢做柱，桁架做主梁形成的平　面结构体系，为提高轻钢活动板房的整体性，又增　加了次梁（桁架或型钢）和支撑体系．而围护结构多　采用彩钢夹芯板等非承重墙体．在实践中，对其结　构体系计算模型的选择，有的按空间框架结构体系　计算，有的则按框架一剪力墙结构计算．根据轻钢活　动板房的结构组成特点，柱子和主桁架可以形成平　面框架，而纵向并不能形成有效框架结构．因此，按　空间框架结构计算不能准确反应结构的平面外稳　定问题．而按框架一剪力墙结构计算时，很明显夸大　了彩钢夹芯板的抗剪作用．虽然这种计算可以降低　结构的用钢量，但安全性不能保障．　３）节点做法与理论不符．理论上通常认为柱子　和主桁架可以形成平面框架，这就要求主桁架和柱　子必须形成刚接节点，柱脚和混凝土基础也要形成　刚接节点．而在实际工程中，主桁架两端和柱子上　的对应位置各焊节点板一块，现场安装时，直接通　过螺栓将节点板连接．为保证与柱形成刚接，往往　需要将桁架上、下弦与柱焊接，但是这又会影响活　动板房构件的重复利用．因此，现场施工时很少焊　接，这样就把理论上的刚接节点变成了铰接，原本　的框架结构也就变成了排架结构．　４）材料的结构性能不满足设计要求．设计者为　了进一步降低结构自重，往往采用轻质楼板．目前，大　都采用胶合板加水泥砂浆硬化层．在使用过程中，经　江苏建筑职业技术学院学报　第１５卷　常会发现楼板的局部破损．在《江苏省建筑施工现场　装配式轻钢结构活动板房技术规程》＿４］中提到，轻钢　活动板房拆卸周转使用次数可在１Ｏ次以内．然而，由　于结构计算的不精确和建筑设计功能不明确，使得很　多房屋构件在首次使用时就已经产生了较大变形，如　果继续使用，将会产生很大的安全隐患．　２提高轻钢活动板房安全性对策　目前，轻钢活动板房的使用量大，针对该类临时性　建筑的设计和建造中存在的问题，提出如下的对策．　１）建筑设计“模块化”．根据施工现场对轻钢活　动板房的实际需求，根据不同房间的功能要求，形成　宿舍、办公室、会议室、卫生间、洗漱间、厨房等各种　“空间模块”，并充分考虑模块组合时的可能性．在进　行单体设计时，把各种“模块”按功能进行合理组合．　这样做具有很多好处：（１）在对单个建筑物进行设计　时，不仅考虑到建筑物内单个空间的功能分析，还考　虑了建筑物整体空间的组合设计，从而可以丰富建筑　造型．（２）每个空间的功能具体明确，使后续结构荷载　取值更加准确，确保了结构的安全性．（３）建筑物的功　能明确了，设备管线可以预先准确设置，消防通道可　以根据具体人流量合理设计，增强了轻钢活动板房使　用的安全性．（４）进行“模块化”设计．为了丰富建筑物　整体的美观性，还可以采用色彩丰富的彩钢板，改善　活动板房色彩单一的缺陷．　２）结构体系设计“标准化”．要保证轻钢活动板　房的结安全性，首先应保证结构选型的正确性．然　而很多设计人员一味追求节省用钢量，设计出了各　种结构体系的轻钢活动板房，这其中甚至包括一些　存在着较大安全隐患的结构体系．因此，为满足结　构安全性，结构体系选择应符合如下标准：（１）鉴于　目前轻钢活动板房的实际工程做法，其立柱和楼面　主桁架及屋架可以看成是一个平面结构．为了保证　结构的安全性，结构体系应以刚架结构为准．（２）楼　面的次桁架和屋面檩条可以看作是刚架的平面外　支撑，再加上柱间支撑，为平面刚架体系提供了侧　向支撑．整体结构应构成一种平面结构体系和平面　外支撑体系共同作用的结构体系．（３）对于围护板　材，并不提倡看作剪力墙来设计，毕竟其刚度达不　到要求，应该将其的蒙皮作用作为安全储备更恰当　些，从而提高整体结构的安全性．　３）构配件设计“工厂化”．当前轻钢活动板房的　主要构件基本上可以实现工厂化生产．而楼板却要　在现场制作安装，影响了轻钢活动板房的“工厂化”　程度．为了解决这一问题，可根据楼板承载力要求，　选取工厂化程度较高的“轻钢楼板”或者“纤维水泥　压力板”等　］．　４）节点设计“定型化”．在现有的钢结构设计软　件中，很少有适用于轻钢活动板房的节点模型．因此，　无法直接利用软件选择节点，需要设计师进行节点设　计．为了进一步提高轻钢活动板房的装配化程度和安　全性，节点设计时应考虑将其设计成“定型化”产品．　这就要求在设计过程中，注意以下几点：（１）保证节点　的准确性，明确节点的刚接铰接，为满足平面框架结　构体系的需要，楼面主桁架和立柱应采用刚接节点．　而主次桁架之间宜采用铰接节点．（２）节点的设计尽　量减少焊接，从而增强构件的循环利用．（３）充分考虑　节点板与构件的连接构造．因为轻钢活动板房的构件　大多为薄壁型钢，所以节点板的厚度也不可能过大，　要考虑板件之间的连接构造．（４）节点设计还要考虑　施工的可行性和便利性．　３　结语　轻钢活动板房虽然大多被当作临时性用房，但　是其设计的重要性不容忽视．文章就其设计和使用　现状，分别从建筑和结构设计两个方面进行了总　结，其主要问题在于功能考虑欠缺、材料造型单一　和结构体系不明确等．针对目前存在的问题，提出　了“模块化”设计的建筑设计思路，明确了结构体系　的标准，提供了“工厂化”程度较高的楼板类型，指　出了节点“定型化”设计的注意事项．这些都将为轻　钢活动板房的设计规范化提供帮助，从而提高轻钢　活动板房的安全性适应性和耐久性．　参考文献：　［１］　弓晓芸．轻型钢结构组合房屋应用问题探讨［Ｊ］．钢结　构，２００８，２３（４）：３３—３６．　［２］　中华人民共和国住房与城乡建设部．ＧＢ　５００１６—２Ｏ１４　建筑设计防火规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，　２Ｏｌ４．　－Ｉ３］　江苏省建设厅．江苏省建筑施工现场装配式轻钢结构　活动板房技术规程［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，　２００６．　［４３　中华人民共和国住房与城乡建设部．ＧＢ　５０００９－－２０１２　建筑结构荷载规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，　２Ｏ１２．　［５］　孙韬．钢结构住宅楼板形式的比较研究［Ｊ］．徐州建筑　职业技术学院学报，２００９，９（４）：２７—２９．　（责任编辑：陶红林）