：Rishi Gupta 博士（P.Eng.），土木工程系教授、项目协调员
在全球建筑行业追求高效、环保与安全的浪潮中，传统木框架结构的局限性日益凸显。近日，加拿大不列颠哥伦比亚理工学院的 Rishi Gupta 博士在印度尼尔马大学举办的 “2011 年国际技术趋势会议”（NUiCONE – 2011，会议地点：印度艾哈迈达巴德，2011 年 12 月 8-10 日）上，发表了一项突破性研究成果 —— 预制轻钢龙骨（LGS）与泡沫混凝土（CLC）组合墙系统，为商业建筑、高层建筑及模块化建筑提供了兼具性能与可持续性的解决方案。
长期以来，木材因其易得性和成本优势，成为全球多国住宅建筑的首选材料。在北美等地，住宅建筑中通常每隔 16 英寸设置木立柱承载结构荷载，墙面以干墙（石膏板）饰面。然而，这种结构体系在商业建筑和高层建筑中面临诸多限制：全球多数建筑规范明确禁止 6 层以上建筑采用木框架结构，且木材存在承载力有限、易受潮发霉、遭白蚁侵蚀、质量稳定性差等缺陷，同时木材资源枯竭与施工季节受限等问题也制约了其规模化应用。
作为木材的理想替代材料，轻钢龙骨（LGS）凭借多重优势脱颖而出。钢材在北美建筑行业的应用已超 150 年，冷弯成型的轻钢龙骨相比木框架更轻质、易搬运、经济性更佳，且质量均匀稳定。更值得关注的是，轻钢龙骨具有不燃性和全季节施工能力，其可回收特性使其成为更环保的选择 —— 据瑞典钢铁协会数据，建造一栋钢结构房屋仅需 6 辆报废汽车回收的钢材，而木结构房屋则需消耗 41 棵成材树木。此外，随着钢筋混凝土结构施工效率偏低的问题日益突出，轻钢龙骨系统的应用范围正持续扩大。
Gupta 博士团队研发的组合系统以轻钢龙骨为核心框架，由顶轨、底轨、轻钢立柱及支撑构件组成（依据荷载需求配置支撑），所有构件均采用冷弯成型工艺，遵循加拿大薄板钢结构协会（CSSBI）标准，截面厚度介于 0.87-2.5mm 之间，屈服强度根据厚度不同分别达到 230MPa 或 345MPa，确保结构承载可靠性。
为满足部分国家对建筑饰面 “永久性” 的要求，该系统创新性地采用泡沫混凝土（CLC）作为填充材料。与普通混凝土相比，泡沫混凝土密度更低（目标密度 1200-1800 Kg/m³），完美适配预制墙板的运输与现场施工需求，同时兼具低渗透性、保温隔音、可钉固等优势。在实际应用中，泡沫混凝土常与干墙组合使用 —— 外部以 CLC 作为永久饰面，内部采用干墙提升居住舒适度，形成功能互补的墙面结构。
该系统的施工流程高效便捷：首先根据建筑设计图纸确定构件截面参数，在工厂完成墙板预制组装后，运输至施工现场进行拼接吊装，大幅缩短了现场施工周期，尤其适用于规模化建筑项目。
目前，这项创新技术已在多个国家实现规模化应用，涵盖医院、高层建筑、商业建筑、公寓楼等主流建筑类型，以及零售店、ATM 亭、模块化卫生间、公交候车亭等模块化设施。印度古吉拉特邦的瓦尔萨德医院、美国贝尔蒙特市的商业建筑、加拿大温哥华的公寓楼等项目，均通过该系统实现了高效建造与优质性能的平衡，验证了其在不同气候条件和建筑需求下的适应性。
与此同时，不列颠哥伦比亚理工学院的研究团队仍在推进技术优化。针对泡沫混凝土的配合比改良，研究人员测试了 30 余种配方，最终选定以发泡剂制备 CLC 的方案，并掺入符合 ASTM 标准的 F 级粉煤灰（最大替代比例达 50%），既降低了混凝土密度，又减少了水泥用量和需水量，实现了自流动浇筑无需振捣的环保施工。实验数据显示，最轻的泡沫混凝土配合比含 40% 气孔，7 天抗压强度达到 3MPa，且强度随养护时间持续提升，后续将完成 28 天和 56 天强度测试。
此外，研究团队还重点关注泡沫混凝土的收缩性能 —— 通过与普通混凝土对比测试发现，CLC 试件 28 天收缩量为 0.3mm，虽比普通混凝土高 60%，但整体收缩量仍处于低水平，后续将进一步研究其在约束条件下的抗裂性能。目前，缩尺墙试件的轴向承载力测试正在进行中，研究人员计划通过有限元建模（FEM）验证泡沫混凝土对轻钢龙骨的约束作用，进一开云网站 kaiyun网址步提升系统结构承载力。
Gupta 博士在研究中指出，轻钢龙骨 - 泡沫混凝土组合系统的核心优势在于灵活性与可持续性的统一，既能满足医院、IT 园区、购物中心等大型项目的规模化建造需求，也能适配模块化建筑的定制化设计，为建筑行业提供了兼顾效率、成本与环保的解决方案。
下一步，团队将聚焦两大优化方向：一是通过调整水胶比优化泡沫混凝土强度，进一步提升材料性价比；二是深入研究约束条件下 CLC 的开裂风险，完善结构设计规范。随着研究的持续推进，这项创新技术有望在更多国家和地区落地，为全球建筑行业的绿色转型与高质量发展注入新动力。
本研究得到加拿大自然科学与工程研究委员会的资金支持，同时感谢行业合作伙伴 Minaen 建筑结构公司、印度 Minaen Habitat 公司的技术协作，以及巴斯夫加拿大公司提供的产品支持。不列颠哥伦比亚理工学院土木工程系的实验设施与研究团队的辛勤付出，为项目顺利推进提供了重要保障。
