张秀华 裴骏 郭冬伟 张安
(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)
钢—稻草板组合结构的应用与发展前景★
张秀华 裴骏 郭冬伟 张安
(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)
介绍了建筑用稻草板、压型钢板及压型钢板—稻草板组合结构的特点，分析了其所具备的研究价值，并对其应用与发展前景进行了详细阐述，为其在建筑工程中合理应用提供参考依据。
钢—稻草板组合结构，绿色建筑，发展前景
1 稻草板的研究与发展
稻草板第一次出现在第一次世界大战期间，它是从瑞典逐渐发展起来的一种建筑材料。它的原料是稻草、秸秆等绿色环保材料，通过备料—松散—分选—喂料—加热成型—输送—切割—封端的生产工艺流程处理而形成的一种绿色环保的建筑材料［1］。
1.1 稻草板的特点
稻草板在20世纪90年代建筑行业里被广泛采用，它的使用范围非常广泛，而作为一种建筑用材料有着其他材料所不具备的优点:
1)保温性能和隔热性能良好，以稻草板为材料的房屋冬暖夏凉。
2)隔音性能比较好，它的隔音能力效果大约是普通建筑材料的5倍，表面经过特殊加工处理后还能够防火、防水、防腐、防虫等等。
3)以稻草板和钢材为主要原料建造的房屋，重量比传统房屋要小，因此抗震能力强。
4)农作物秸秆等原料相比于木材、竹材等材料的再生周期短且产量高，从利用效率和利用成本的角度来说更具有优势。
5)稻草板的制造原料绿色环保，完成使用功能后可以回收利用，污染小。
6)自动化和标准化的生产工艺，可以提高房屋建筑施工进度与质量［2，3］。
1.2 稻草板的研究价值
我国是一个木材资源相对贫乏而农作物秸秆等其他物质资源较丰富的国家。然而如何有效地利用农作物秸秆、稻草等资源是一个需要解决的问题。以我国主要农业产区黑龙江省为例，按照“十二五”节能减排方案，预计到2015年，稻草、秸秆等农作物废料的利用率要达到80%，但是目前还不到10%［1，3］。
如何充分发挥稻草板的使用价值，合理与科学地利用农作物废料等，是众多水稻主产区必须面对的一道难题。在我国黑龙江省方正县，发展制造了一种叫建筑用纸面稻草板的建筑材料有效地解决了这个问题，不仅延长了我国水稻产业链，而且还增加了农民的收入［4］。
1.3 稻草板的应用和发展
随着全球经济的发展和人口的迅猛增加，全球对建筑板材的需求在不断增加。科技的发展和国家政策的支持为稻草板的应用和发展提供了大力支持。稻草板正是适应了这种社会发展的需求应运而生。对于如何解决秸秆、稻草的利用率问题，解决其造成的环境污染问题，以及节约土地的社会问题，我国自主研究和发展了成套的稻草板设备生产线，向全国的水稻产区出售设备，不仅提高了稻草、秸秆等农作物废料的利用率，而且大力推广了稻草板这种新型的环保材料。
哈尔滨天成顺杰实业有限公司在2007年从英国引进了一套建筑用纸面稻草板的生产线，在黑龙江省水稻产区方正县，投资5 100多万元建设了稻草板的生产基地，占地2万多平方米，年产量达到245万m2，成为了黑龙江省唯一的稻草板应用开发研究中心，集产品生产、研发和推广应用为一体。
在生产与研究稻草板的同时，哈尔滨天成顺杰有限公司还在不断引进国外工艺设备的先进技术，并且通过自己的技术力量，与各大院校科研院所的专家合作，以引进来的稻草板生产工艺设备为基础，结合我国自身的实际情况，对设备生产工艺进行自主创新和改造，开发出了符合我国国情的稻草板生产线的专用设备，不仅实现了技术层面的创新和发展，还结束了我国长期依赖进口稻草板生产线的历史。
2 压型钢板的研究与发展
钢结构从1889年开始就被广泛应用于全世界每个国家的建筑行业与工业建设之中，发展到目前为止，压型钢板作为一种特殊的钢结构建造板材，因其特殊截面形式和高效经济的优点而备受关注，压型钢板是制作轻型钢结构建筑的主要材料，主要是用普通碳素钢板或带肋钢板经辊压或冲压成型的建筑材料。
2.1 压型钢板的特点
压型钢板具有如下的优点:
1)压型钢板的截面形式是多种多样的。在材料用量保持不变的基础上，因其截面形式的不同变化，可以有效地提高其使用性能。
2)压型钢板质量轻、刚度大，施工快速方便，周期短，抗震性能好。
3)以压型钢板为主要材料的房屋用钢量小，成本低。压型钢板与传统的预应力混凝土屋面板相比，前者比后者用钢量可节省5 kg/m2以上，若算上柱子与基础的钢材用量和混凝土用量则节省更多。
4)节省劳动时间和运输安装时间。压型钢板是一种预制的建筑构件，能够按照不同的要求进行批量生产。
5)压型钢板的保温性能好，防火能力强。
6)作为钢结构中的一种特殊板材，可回收再利用，节省资源［5］。
2.2 压型钢板的研究和发展
近年来，国内外的研究学者对压型钢板进行了深入的研究，首先压型钢板可以作为房屋建筑的主要承重构件，比如:梁、柱等等结构构件，一般应用于单层与多层住宅、轻钢别墅、大型库房等等;压型钢板也可以做次要受力构件、围护结构等，应用范围灵活多变。
压型钢板在我国始于19世纪30年代的镀锌瓦楞铁板，在最开始运用的几百年时间里，因为钢材的产量不是很高，而且加工技术不好，所以限制了其在建筑领域中的应用与发展。从20世纪30年代开始，钢材镀锌技术的研究发展以及一些加工设备的出现和大规模工业化生产条件的成熟与技术的发展为压型钢板的推广使用创造了基础条件，在这个年代里出现的肋型截面和波型截面的压型钢板成为了最早的雏形并且一直应用至今。其使用的范围从外墙、屋面到楼板，从开始作为单纯的围护材料到很多组合结构中的主要承重构件，从单纯的金属镀层到有机涂层，从开始的涂覆发展到了多层复合，进而发展到了现在的金属夹心板等等。
3 压型钢板—稻草板组合结构
目前我国应用房屋建筑中的组合楼板主要是压型钢板和混凝土组合。压型钢板混凝土组合楼板利用混凝土造价成本低、抗压强度高等特点，而压型钢板受拉性能好，将其放在受拉区，合理利用这两种材料的特点，使压型钢板与混凝土相结合的组合结构在受力性能和综合指标方面更具优势，并得到很好的运用。而稻草板相比于混凝土而言，在一些方面其更具优势，成本更低，质量更轻，更节能环保。而基于这种思想，我们用稻草板这种新型环保材料代替受压区的混凝土材料，形成了新型组合结构压型钢板—稻草板组合结构。
压型钢板—稻草板组合结构是将压型钢板与建筑用纸面稻草板通过普通螺栓进行连接，形成的最新高性能的组合结构。
3.1 压型钢板—稻草板组合结构的特点
压型钢板—稻草板组合结构可以充分发挥压型钢板的抗弯性能和稻草板的抗压性能，并能够协同工作，其组合结构的特点如下:
1)压型钢板采用国家标准型号，不需工厂进行构件的现加工，产量大，成本低，效率高。
2)承载力高。这种组合结构是将压型钢板作为主要受力构件，充分发挥其受拉与受弯性能，而建筑用纸面稻草板则作为面板，充分发挥其受压性能，两种材料相结合，使构件具有更高的承载力。
3)建筑用稻草板的质量轻，延性高，使组合结构表现出良好的抗震性。
4)整体工作性好。稻草板的受拉承载力相对不足，但其在受压区能起到很好的保护作用，有效解决了压型钢板在使用时容易失稳的问题，安全储备高，协同工作性好。
5)材料成本低，利用率高，经济性好。
6)原料绿色环保，不产生建筑垃圾，可回收再利用。
3.2 压型钢板—稻草板组合结构形式
目前，房屋建筑中楼板的主要形式有:钢筋混凝土楼板、压型钢板混凝土楼板、钢骨轻质混凝土新型楼板、木楼板等［6］。如果将钢板与稻草板这两种建筑材料合理的组合在一起使用，形成一种新型的楼板形式用在建筑结构上，不仅增加我国建筑楼板的主要形式，可以有效地缓解目前钢材、木材等建筑材料的紧张形势，还可以有效地减少废弃混凝土等建筑垃圾和秸秆等农作物废料，完全符合我国目前环保政策。
由稻草板和钢板组成的组合楼板、组合墙体等，在建筑领域中可以作为结构构件使用。组合楼板由稻草板和压型钢板组成，组合墙体由2张稻草板夹1张压型钢板组成，稻草板与钢板界面可采用栓钉和高强结构胶连接。
压型钢板—稻草板组合结构的截面形式如图1所示。这种组合结构的截面形式具有较大的承载力和刚度，由于稻草板表现出的延性，使组合结构整体性好，抗震能力强，可以很好的满足建筑房屋对其的使用要求。
图1 压型钢板—稻草板组合结构截面形式
4 结语和期望
我国是一个木材资源贫乏而农作物秸秆资源丰富的国家，高效地利用农作物秸秆资源是解决资源瓶颈的一项新突破点。将本来要焚烧的稻草加工为稻草板，成为了很好的建筑材料，提高了稻草的利用率，减少了大气污染。合理地将稻草板和压型钢板结合并把它们应用在建筑结构上，不仅能够充分发挥出这两种材料各自的优点，而且还能节省大量混凝土的使用，有利于环境保护。加深稻草板利用的程度，扩大稻草板在建筑中的应用范围，具有深远的社会意义和经济效益。
绿色环保型的新型建筑在不远的将来必定会走进人们的生活中，而稻草板等绿色材料似乎成为了很多环保建设者和设计者们首选的一种可持续材料。
稻草板组合构件具有良好的力学性能，可以用于农村城镇改造工程、别墅、轻型工业厂房以及仓库、小成本公寓楼等，符合我国保护环境、人与自然和谐发展的基本政策。
相比于传统的以混凝土为主要建筑材料的楼板而言，建筑用稻草板既符合建筑要求与生活的需要，又符合我国十八大着重强调的环保方针。稻草板的生产运用，不仅有效地缓解了秸秆严重污染现象，而且为当地的农民增加了可观的经济收入。工厂生产出来的稻草板这种生态材料，又可节约大量取土烧砖和建筑材料浪费的土地资源。这种新型建筑材料以其较好的技术特性和综合的经济效益赢得了人们的重视，在建筑领域中的应用必可以彻底改变其旧的面貌。
随着经济的持续发展与科技的不断创新，我国近些年又面临着钢材产量过剩的局面，建筑用稻草板与压型钢板的合理组合利用，既能有效缓解我国钢材市场的不利情况，减少稻草、秸秆等农作物废料，还能带动内需，增加农民收入，实现经济的发展与保护环境协同发展。
目前，我国有关稻草板在建筑工程中的研究与利用才刚刚起步，理论研究严重不足，只在极少数地区用于建筑房屋，利用率低。稻草板与钢结构的组合结构正处于起步阶段，承载力及变形的计算方法，其连接方式等问题都急需解决。但随着我国社会发展需求与环境破坏所产生的问题，压型钢板与稻草板的组合利用与发展必将进入一个新的阶段。
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On application of steel-thatchboard com posite structure and its development prospect★
Zhang Xiuhua Pei Jun Guo Dongwei Zhang An
(Civil Engineering College，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China)
The paper introduces the features and development prospect of architectural thatchboard，pressed steel plate and the composite structure of pressed steel plate and thatchboard，and analyzes its research value，so as to provide some reference for the reasonable application in architectural project.
steel-thatch composite structure，green building，development prospect
TU398
A
1009-6825(2015)29-0031-03
2015-08-03 ★:哈尔滨市科技创新人才项目(项目编号:2015RQQXJ078)
张秀华(1970-)，女，博士，硕士生导师，副教授; 裴 骏(1990-)，男，在读硕士; 郭冬伟(1993-)，男，在读本科生;张 安(1996-)，男，在读本科生
