Comparaison et analyse des logements résidentiels à structure métallique légère

Comparaison et analyse des logements résidentiels à structure métallique légère

Résumé—Le bâtiment résidentiel à structure en acier léger a des propriétés écologiques, d'économie d'énergie, de protection de l'environnement, etc. Au cours des dernières décennies, il y a eu un intérêt croissant pour l'utilisation de la structure en acier formée à froid dans tous les aspects de la construction de bâtiments. , et dans de nombreux pays développés, il y a eu des développements significatifs concernant la construction structurelle formée à froid. Cependant, dans certains pays en développement, la construction résidentielle à structure métallique légère vient de commencer. Dans cet article, nous présentons certaines propriétés des bâtiments résidentiels à structure métallique légère et la situation actuelle de la recherche. Sur la base de ceux-ci, nous analysons et étudions en détail les bâtiments résidentiels à structure métallique légère en Amérique du Nord, au Japon et en Europe, et donnons leurs quelques caractéristiques. Ensuite, selon les conditions particulières de la Chine, le statut de développement et les propriétés sont introduits concernant les bâtiments résidentiels à structure en acier léger, y compris certains concepts de logement traditionnels, et les bâtiments résidentiels en acier intensif. Sur la base des investigations ci-dessus, quelques suggestions et contre-mesures sont données. On pense qu'il est important et utile pour promouvoir l'industrialisation du logement en Chine.

Mots-clés - structure en acier léger ; composant; bâtiment résidentiel ; structure formée à froid; faible multicouche

INTRODUCTION

Avec le développement de l'industrie de la construction, les changements dans les systèmes de construction et les matériaux de construction sont devenus la tendance actuelle dans le développement des bâtiments résidentiels. Ces dernières années, en raison de l'amélioration continue du niveau de vie des gens, ils ont des exigences plus élevées en matière de logement, de stabilité, etc., en particulier pour les résidences de faible hauteur, il y a un besoin urgent de recherche, de développement et de promotion d'un beau style, excellent performance structurelle, utilisation de la commodité, vitesse de construction, économie et système de construction résidentielle raisonnable pour remplacer l'architecture existante.

Le logement de la structure en acier léger est basé sur des éléments en acier économiques comme squelette porteur, utilisant une plaque de pression ou un matériau en feuille comme enveloppe murale légère, et des boulons à haute résistance et d'autres connecteurs et matériaux d'étanchéité seront des composants porteurs, composants de l'enveloppe du bâtiment tels que la classe de bâtiments résidentiels préfabriqués assemblés sur place [1]. On peut voir que le principal matériau de construction pour le logement de la structure en acier léger est la quille en acier léger galvanisé en tant que composants structurels majeurs, l'avantage le plus important en utilisant ce matériau est que vous pouvez garantir de bonnes propriétés résidentielles, mais pouvez également vous assurer que le construit maison avec un poids mort léger, degré élevé de préfabrication, vitesse de construction, faible intensité de travail des avantages [2,3]. Le logement résidentiel à structure métallique légère par rapport à la tradition précédente présente les avantages suivants : une structure stable ; faible coût; envergure légère structure en acier villa maison de l'espace que les bâtiments en béton s'étendent ; la résistance à la corrosion de l'acier galvanisé de son utilisation peut être excellente, durable, la durée de vie est longue. Cependant, le logement en acier léger en Chine est encore au stade de développement. Il existe encore de sérieux problèmes dans le processus de conception résidentielle qui nécessitent une étude plus approfondie. À cette fin, cet article analyse et compare les résidences en acier léger et présente les caractéristiques des logements en acier léger étrangers et nationaux. Et nous donnons quelques suggestions raisonnables.

L'article est organisé de la manière suivante. La section 2 décrit les caractéristiques des logements en acier léger à l'étranger. La section 3 décrit l'évolution actuelle des caractéristiques des logements résidentiels en acier léger et en acier en Chine. La conclusion est donnée dans la section finale.

II. LOGEMENT EN ACIER LÉGER À L'ÉTRANGER

A. Logement nord-américain en acier léger Le logement nord-américain en acier léger provient d'une structure en bois avec des caractéristiques de structure en bois léger. Sur le marché résidentiel nord-américain, ils représentent 20 % de la part [4]. Le squelette du logement est principalement un système de quille en acier en forme de C formé à froid et généralement des villas à un ou deux étages construites lors de la forte incidence des tremblements de terre en Californie et dans d'autres régions. Certains boîtiers en acier léger en Amérique du Nord sont illustrés à la Fig .1.

En réalité, ce système d'acier léger est très mature en Amérique du Nord. Désormais, ils peuvent construire des bâtiments résidentiels à plusieurs étages en utilisant cette technique de cinq à six couches. Il convient de mentionner que la partie la plus active de la recherche aux États-Unis porte sur les structures en acier formées à froid. Les raisons en sont l'expansion de l'industrie d'appui, notamment dans le domaine de l'habitat familial individuel et la hausse du prix du bois. Ainsi, les maisons à ossature métallique deviennent de plus en plus économiques[5]. Pekoz [6] indique qu'aux États-Unis, environ 500 maisons ont été construites en acier léger en 1992. Ce nombre est passé à 15 000 en 1993 et 75 000 en 1994. Une nouvelle multiplication par cinq est estimée d'ici 2002. La charpente primaire les éléments de cette forme de construction sont les poteaux muraux en acier formés à froid et les solives de plancher. Des fermes de toit ou des chevrons en acier léger sont également utilisés. À l'heure actuelle, les États-Unis ont produit un tel système de quille pour une centaine d'entreprises. Parmi eux, une entreprise célèbre est la société Dietrich, qui est la filiale de Worthington Industrial Company. Ils ont développé le système DBS pour la construction de logements en acier léger à plusieurs étages [4]. En utilisant le système de technologie DBS, il est possible de construire une structure en acier légère résidentielle à plusieurs étages. Son mur utilise des panneaux de gypse à canal C des deux côtés et le sol utilise une quille en acier léger de type C posant un panneau de fibrociment de 20 mm d'épaisseur, et est rempli d'entretoise d'isolation en laine de verre, qui joue un effet sonore. Aux États-Unis, les profilés en C formés à froid sont couramment utilisés comme éléments de ferme de toit[7]. En réalité, les premières formes de pannes étaient de simples canaux à lèvres et des sections Zed. Le canal simple a évolué en Multibeam Marks I, II et III, ce dernier ayant une lèvre composée. Une tendance similaire peut être observée dans l'évolution du Zed vers les formes Zeta et Ultrazed, comme le montre la figure .2 [6]. Les éléments formés à froid peuvent être produits dans une grande variété de profils de section. Les composants les plus couramment utilisés sont les canaux C et les sections Z illustrés à la Fig .3[10]. Cet acier léger en Amérique du Nord existe en autonome ou en maison de ville en raison de sa mauvaise isolation phonique. Pour résister aux charges de vent latérales et à l'action sismique, le système résidentiel américain à structure en acier multi-lumière utilise deux types de méthodes : l'utilisation de murs de cisaillement en acier léger ou d'une structure de support à ossature en acier croisée. Les murs de cisaillement en acier léger sont généralement disposés dans le ménage, en utilisant une tôle d'acier galvanisée de 0,5 mm de Mongolie dans des plaques de plâtre, puis fixés sur les montants de mur en acier léger, similaires à la formation d'une contrainte de cisaillement dans la structure de la peau entre chaque couche il y a un composant spécial du mur de cisaillement pour relier les étages supérieurs et inférieurs afin de transférer efficacement le cisaillement horizontal et la tension dus à la force horizontale agissant sur les poteaux muraux produits. Dans la zone sismique, afin d'assurer la sécurité structurelle, le support du Cap avec une croix est utilisé comme structure de charpente en acier résistant aux forces latérales pour former un système d'architecture hybride, où l'acier léger résiste aux charges verticales et l'acier ordinaire aux charges horizontales. . Pour assurer l'effet d'isolation des murs, outre les poteaux muraux remplis de fibre de verre, une couche d'isolation sur le matériau du mur extérieur est collée. L'utilisation de cette méthode coupe efficacement le pont thermique entre les poteaux muraux et les panneaux muraux.

B. Construction résidentielle en tôle d'acier au Japon

Comme le Japon est une zone sujette aux tremblements de terre et que l'acier léger a de bonnes caractéristiques d'effets sismiques, l'acier léger est populaire localement. Conformément à leurs propres caractéristiques uniques, le Japon construit des logements en acier léger, à savoir des logements en tôle d'acier, comme illustré à la Fig. 4 ci-dessous [8,9]. Cette structure utilise un nouveau procédé de construction, c'est-à-dire utilise une combinaison d'acier galvanisé formé à froid non soudé, également connu sous le nom d'acier 2 × 4, qui est un engin résidentiel avec une structure nervurée en plaque. La structure est une forme architecturale de l'ancien nord-américain. Les panneaux muraux et le sol sont construits en utilisant du bois à base de boîte. Cependant, dans les boîtiers en tôle d'acier, le matériau en tôle est remplacé par de l'acier, dont l'épaisseur est d'environ 1,0 mm. Des plaques de plâtre légères sont apposées sur les deux côtés. Par cette méthode, les performances globales de la structure telles que la stabilité, la durabilité, l'isolation thermique, les propriétés d'isolation acoustique, etc., sont obtenues.

En réalité, ce bâtiment à structure en tôle d'acier est une construction qui allie les atouts et les avantages du procédé acier et nervures en tôle. Les expériences des entités de construction ont démontré qu'il possède d'excellentes caractéristiques de performance telles que la résistance sismique, les performances de charge de vent et les performances de charge anti-neige. En 2003, le matériau de construction japonais est passé du bois à une quille en acier mince. Visant les caractéristiques architecturales, les codes du bâtiment au Japon, les instructions spéciales lors de la construction d'un système d'extinction d'incendie automatique et d'un système d'échappement automatique, la décoration intérieure réduit le transfert de chaleur domestique entre les murs.

C. Bâtiment résidentiel économe en énergie en Europe

L'Allemagne a commencé à mettre en œuvre la nouvelle spécification énergétique des bâtiments à partir de 2002 [9]. Son cœur est la quantification de la consommation d'énergie. La consommation d'énergie de chaque maison est nécessaire pour fournir des calculs énergétiques du bâtiment aux autorités compétentes en tant que documents nécessaires des maisons. Il a un impact majeur sur le marché du développement résidentiel et des matériaux de construction du pays. Dans les bâtiments résidentiels économes en énergie, la Suède utilise autant que possible les énergies renouvelables, y compris l'énergie éolienne, l'énergie solaire, la géothermie et d'autres sources d'énergie, et intègre ces technologies. En bref, les pays européens se concentrent davantage sur l'étude de l'efficacité énergétique et de la construction verte. Désormais, les composants en acier formés à froid peuvent être assemblés rapidement et avec précision en unités structurelles complètes pour livraison sur le site. Au Royaume-Uni, la plupart des hôtels et motels hors de la ville sont désormais construits de cette manière. L'industrie de la construction au Royaume-Uni utilise actuellement plus de 300 000 tonnes de produits en acier formés à froid par an, et ce taux de consommation ne cesse de croître[10].

III. LOGEMENT EN ACIER LÉGER EN CHINE

A. L'état de développement du logement en acier léger

Pendant longtemps, la construction de logements a été majoritairement dominée par le béton en Chine. Il ne convient plus au thème des bâtiments verts d'aujourd'hui car il nécessite de gros matériaux et une longue période de construction. La Chine étant le plus grand producteur d'acier au monde depuis 1996, comme le montre la figure 5, le gouvernement de l'État a commencé à encourager l'utilisation de l'acier dans l'industrie du génie civil. Avec l'industrie de transformation de l'acier de construction qui grandit de jour en jour, la construction de structures en acier en Chine est entrée dans une période de développement à grande vitesse [11]. de la structure en béton au bâtiment en acier ordinaire et du bâtiment en acier ordinaire à la structure en acier léger. Le développement de la construction résidentielle en acier ne recherche pas une technologie de pointe et des outils spéciaux et devrait se concentrer sur une technologie de logement mature, intégrée et pratique comme les pays européens. Dans le processus d'intégration, la clé est la structure détaillée et la convergence mutuelle.

Étant donné que les composants en acier léger sont facilement produits en usine avec un degré élevé de mécanisation, un degré élevé de commercialisation et une vitesse de construction rapide sur site. Et cela n'affecte pas les résidents à proximité et la construction de la faveur de la civilisation est très élevée. L'acier léger est un produit de développement durable respectueux de l'environnement et ses indicateurs économiques globaux ne sont pas supérieurs à la structure en béton armé. Par conséquent, la légèreté et les bonnes performances sismiques des bâtiments en acier léger doivent devenir le courant dominant dans l'industrie de la construction. Maintenant, le bâtiment connaît la conversion

B. Les caractéristiques du boîtier en acier léger

L'acier léger est un nouveau concept au départ. Avec l'amélioration du niveau de vie des gens, il entre progressivement dans la vie des gens. Dans certaines grandes villes chinoises telles que Pékin, Shanghai et d'autres endroits, des bâtiments résidentiels à structure métallique légère ont été établis en introduisant des technologies d'Amérique du Nord et du Japon en Chine. À l'heure actuelle, la plupart des logements en acier léger en Chine appartiennent à la construction de logements légers à économie d'énergie qui utilise une structure à ossature en acier, un mur léger, un sol léger, un système de construction de toit léger. En utilisant de l'acier de soudage à poutre en H ordinaire, une petite section de poutre en H laminée à chaud ou de l'acier à section droite et en combinant un facteur de force latérale de paroi anti-profilée, une structure multicouche peut être construite. Et il est conforme à notre système de spécifications actuel et répond aux exigences sismiques [9]. En 2011, la Chine a publié et mis en œuvre le "règlement technique de construction de bâtiments en acier formé à froid de bas niveau", qui combine le système de quille en acier formé à froid en Amérique du Nord et fait la promotion de ce système de quille. Dans le processus de conception utilisant de l'acier formé à froid à profilé en C et de l'acier en forme de U, les murs porteurs se composent d'une colonne, d'une poutre de guidage supérieure et inférieure, d'un support, d'un contreventement et d'entretoises, de panneaux muraux et d'autres composants structurels [12] , comme le montre la Fig .6 ci-dessous. Malgré les dispositions des spécifications pertinentes, cette structure n'est toujours pas très populaire. Bien que la structure en acier léger présente certains avantages, par exemple un poids léger, d'excellentes performances sismiques, une courte période de construction, une stabilité structurelle et d'autres caractéristiques, elle présente également certains problèmes à résoudre, tels qu'un bruit important et un mauvais réfractaire. Cette courte période de construction du bâtiment n'est désormais pas reconnue par la population et sa sécurité et sa fiabilité ne sont pas vérifiées.

Mais ce bâtiment en acier léger est la tendance de développement de l'architecture chinoise et nécessite que davantage de chercheurs étudient sa sécurité, sa fiabilité et sa durabilité. En un mot, la Chine est au début des bâtiments résidentiels légers à structure métallique et a encore un long chemin à parcourir. Par rapport aux pays développés, les interrogations sont nombreuses et la Chine manque encore beaucoup de recul. Il doit être amélioré et perfectionné en permanence [13].

C. Recommandations et stratégies

Comme le logement résidentiel à structure métallique légère est de bonne performance, léger, haut degré d'usine, vitesse de construction, faible intensité de main-d'œuvre, etc., il s'est progressivement développé aux États-Unis et en Europe au cours des trois dernières décennies et a créé un ensemble de très technologie mature. Aujourd'hui, de nombreuses entreprises nationales et étrangères souhaitent invariablement migrer la technologie résidentielle à structure métallique légère vers la Chine, mais cela n'a aucun sens. Les raisons sont les suivantes:

1) Il n'y a pas de spécification systématique de l'acier léger.

Bien que le "règlement technique de la structure en acier formé à froid" ait été promulgué en 2011, il n'est guère envisageable de fabriquer des composants porteurs majeurs avec une épaisseur d'acier de 2 mm ou moins. Pour le système d'appui de cadre métallique en zinc plaqué avec l'utilisation intensive d'une épaisseur de paroi de 0,8 à 1,6 mm à l'étranger, il n'existe ni analyse théorique ni données expérimentales pertinentes de la structure, ce qui rend la conception structurelle en acier léger très difficile en Chine.

2) La société dans son ensemble a besoin d'un processus pour accepter ce nouveau système de logement.

Les gens sont encore très étranges pour une telle structure et ils comprennent encore mal sa sécurité, sa stabilité, son confort, etc.

3) Le coût du projet est élevé.

Comme la technologie en est encore à ses balbutiements, le manque de travailleurs qualifiés et le besoin de composants en acier léger importés de l'étranger entraînent la hausse des prix des logements. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, les recommandations et stratégies suivantes :

1) Pour améliorer les spécifications de l'acier léger, la construction d'un certain nombre de projets pilotes comble cet aspect des lacunes technologiques. Les grandes entreprises qui font cette recherche dans ce domaine devraient être soutenues.

2) Sur la base de la construction de projets pilotes et de l'expérience acquise, il convient de saisir l'opportunité de préparer les normes et codes techniques correspondants de la maison de la structure métallique légère.

3) Une fois la norme technique promulguée, le système technologique devrait être intégré dans les écoles professionnelles en tant que contenu d'enseignement.

4) Certaines des expériences réussies des pays étrangers sont absorbées. Visant une situation spécifique, des recherches scientifiques sont menées. Les États devraient faire des politiques pour soutenir la recherche de cette technique afin que la structure en acier léger soit vulgarisée étape par étape. Grâce à cette méthode, il espère que davantage de personnes reconnaîtront cette structure.

IV. CONCLUSION

En bref, le bâtiment résidentiel à plusieurs étages en acier à faible luminosité en Chine a de bonnes perspectives de développement avec moins de matériaux, une faible pollution, une courte période de construction et conformément à la tendance de développement de l'architecture domestique. Cela deviendra une nouvelle situation des bâtiments résidentiels en Chine. Avec la promulgation des directives techniques et des spécifications des bâtiments résidentiels en acier, les bâtiments résidentiels à plusieurs étages en acier à faible luminosité doivent également être développés davantage. En absorbant et en améliorant la technologie du système de structure en acier léger à l'étranger, en augmentant la capacité de production et le développement des capacités de la technologie de l'acier, je pense que la structure en acier léger sera largement utilisée et développée en Chine.