轻型钢结构在住宅中的应用

轻型钢结构在住宅中的应用

田少义徐佳熊康栋

河北建筑工程学院

摘要：轻型钢结构住宅在国外已经得到了较快的发展，但这类房屋设计在我国的发展中受到了各种因素的影响，导致其发展较为缓慢，但随着建筑技术和钢材价格的不断变化，市场上对轻型钢结构住宅的需求也是越来越大，因而必须加强对轻型钢结构住宅设计和应用方面的研究，以满足未来的建筑市场。

关键词：轻型钢结构；轻钢住宅；门式刚架；多层轻钢；冷弯薄壁型钢

1引言

对比传统的钢筋混凝土结构的住宅，轻型钢结构住宅存在着巨大的优势：

1.轻型钢结构构件制作工业化程度非常高，从而能推动住宅产业化的形成。轻型钢结构住宅的建造方法不仅可以加快现场施工进度，还可以降低对周围环境的破坏。

2.轻型钢结构住宅能带来比较高的综合效益，在实际的建造过程中，轻型钢结构住宅的造价明显低于钢筋混凝土房屋的造价。轻型钢结构构件可以减轻结构自重、制作简单，且部分材料可以二次利用、施工周期短，从而加快资金的周转。

3.轻型钢结构住宅具有突出的抗震性能。轻型钢结构住宅自重轻、延性高，属于柔性结构体系，因此，该结构承受地震作用较小，能有效的减少地震作用带来的负面影响。

4.轻型钢结构住宅体系能自由布置空间，实现住宅功能的多样性。较钢筋混凝土结构而言，轻型钢结构柱距较大、构件截面较小，可根据使用者需要，对空间灵活分隔和布置。

轻型钢结构住宅特点决定了其发展的巨大潜力，在未来将成为我国新型城市化建设中住宅建筑发展的新方向。随着建筑产业化发展、轻钢技术导则和轻钢规范的相继发布，轻钢住宅必将会得到飞速发展。通过对轻型钢结构在具体工程中的应用研究，可以使轻型钢结构的设计水平得到提高，从而推动我国住宅建设产业化发展。

2轻钢结构体系及其特点

2.1门式刚架轻钢结构体系

我国轻钢结构发展迅速、应用广泛。门式刚架作为一种常见的轻钢结构形式，发展尤为迅速。自1996年起，特别是98年以来，我国门式刚架轻钢结构房屋发展突飞猛进，工程建设量从过去每年不足100万平方米，发展到如今年建设量超过500万平方米。

门式刚架轻型钢结构具有重量轻、跨度大、施工快、用钢量低、造价低、适用范围广等特点，在仓库、市场、轻工业厂房等各类建筑结构中得到了广泛的应用。该建筑体系的屋面和墙面多采用彩色夹芯钢板或压型钢板，檩条采用C型或Z型钢，粱柱采用变截面或等截面的焊接H型钢。

门式刚架轻钢结构体系主要由基础，主刚架，墙面板，屋面板，屋面支撑，墙梁，檩条，抗风柱，柱间支撑等组成。刚架的梁柱节点和斜梁的现场拼接节点通常采用高强度螺栓端板连接，可以是外伸式或者平齐式，考虑到平齐式端板连接刚度较小，由于半刚性连接在我国还没有合适的计算方法，建议使用外伸式端板连接，而且应有足够的端板厚度（22毫米以上），以保证节点刚度。檩条或墙梁采用C形或Z形冷弯薄壁型钢镀锌檩条，檩（梁）距1.5-2.5毫米，多采用普通螺栓与主刚架连接，可采用简支或连续体系，檩条（墙梁）端部可加隅撑，既可加强横梁（立柱）侧向稳定性，也可提高檩条（墙梁）承载力。在风荷载较大地区，要进行檩条及墙梁在风吸力作用下的稳定性分析。支撑的布置原则与普钢厂房（屋架）相类似，柱间与屋面支撑常采用由张紧的圆钢组成柔性支承，有吊车厂房的下柱支撑则需设计成刚性支承。墙板、屋面板可采用复合板、加保温层的单层板、单层或双层夹芯板，并且通过自攻螺钉或扣件与檩条及墙梁连接。刚架构件多采用焊接工形实腹截面，板厚一般在16毫米以下，腹板高厚比较大，允许腹板局部失稳并按有效截面特性验算构件强度和稳定性，变截面构件多通过改变腹板高度来实现截面变化。空腹或格构梁柱构件在工程中也有广泛的应用。

门式刚架属于平面受力体系，适宜于平面尺寸狭长，柱间距7-9m、跨度在18-36m之间的建筑，这些特点使其成为国内外大规模现代化工业厂房的首选结构形式。目前在我国的实际工程中，这种结构最大跨度已达72米，厂房单体最大建筑面积也超过了7.5万平方米。

2.2多层轻钢框架结构体系

多层轻钢框架住宅承重结构宜用钢材为Q345-B钢Q235-B钢，也可采用Q345-A钢，其质量应分别符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB／Tl591和《碳素结构钢》GB／T700的规定。采用其他型号的钢材时，也应当符合相应的标准。

多层轻钢框架结构的钢材应满足伸长率、抗拉强度、屈服强度和磷、硫含量的标准。焊接承重结构的钢材应保证冷弯试验和碳含量合格标准。对有抗震设防要求的承重结构钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85。伸长率不应小于20％。

轻型钢结构住宅钢构件宜选用普通焊接或高频焊接H型钢、热轧H型钢、热轧或冷轧成型的钢管、钢异形柱等。

多层轻钢框架结构体系施工劳动强度低、施工速度快，在很多情况下经济指标比混凝土结构更好。所以在一些发达国家中，2到8层的居住建筑和公共建筑主要采用轻型钢框架结构。多层房屋钢结构主要应用于学校、医院、住宅、办公室、多层工业厂房等公共建筑，超市、仓库等商业建筑，以及旧建筑的加层、改扩建工程中。

2.3冷弯薄壁型钢结构体系

低层冷弯薄壁型钢结构（Cold-FormedSteelFraming，冷成型钢骨架，CFSF）体系指以冷弯薄壁型钢为主要承重构件，层数不大于3层，檐口高度不大于12m的低层房屋建筑结构体系。

20世纪80年代，北美先进的冷弯薄壁型钢结构技术被引入我国（西冶何保康、哈建张耀春为代表的学者）。在90年代中期，工业厂房、仓库等工业建筑中，开始在门式轻型刚架结构中使用冷弯薄壁型钢结构技术（檩条、支撑、屋面、墙面）。21世纪初，一批国外成熟的低层冷弯薄壁型钢结构住宅技术进入我国。

冷弯薄壁型钢主要由镀锌钢板或者0.5-3.5mm厚普通钢板经过冷压或冷弯处理而成，基本形状是C形，Z形及方管，还可形成各种卷边和折皱，拼成C形或B形，达到提高截面刚度和增大承载力的目的。冷弯薄壁型钢经常被用来做隔断、屋面及围护结构的单体构件，如墙梁、山墙架、檩条、桁架、钢屋架等，只有少数作为结构构件应用于中、小跨度门式刚架（无吊车）、货架当中。但是如今在很多国家和地区，冷弯薄壁型钢作为承重骨架结构被越来越多地用到单、多层住宅或者别墅建筑当中，形成了冷弯薄壁型钢新型结构体系。

冷弯薄壁型钢结构体系承重骨架为平面框架，需布置柱间支撑来保证整体稳定性。框（刚）架的柱与梁一般采用双C或四C槽钢组成T或I形截面。外墙用轻质保温板，内墙则为轻质隔断墙。楼层采用主次梁体系及组合楼盖。由于冷弯薄壁型钢结构体系构件小，构件之间全部采用螺栓连接，且施工现场多为干作业，以及其搬运重量少、安装简便、施工快捷等优势，在低层住宅建设中具有很大的发展潜力。在欧洲，冷弯薄壁型钢住宅建设研究被列入重点项目，并陆续开发了各种样品房，目前已进入批量化商业生产阶段。在我国，冷弯薄壁型钢结构体系刚刚起步发展，现阶段的设计依据主要为《冷弯薄壁型钢结构技术规范》。目前我国相关单位采用镀锌C型钢，建造了一批冷弯薄壁型钢结构样品房，并进行了各种荷载条件下的结构试验。

3总结

综上所述，轻型钢结构住宅与传统的住宅相比具有多种优点，且在小高层的建造上比较具有经济优势，因而市场上对轻型钢结构住宅的需求也是比较大的。所以，住宅设计人员应该加强对轻型钢结构方面的研究，根据设计特点和要求对进行规范设计，以不断推广轻型钢结构住宅，促进钢结构住宅在我国的不断发展。唯有如此才能使我国轻钢结构产业真正成为综合经济效益高、具有国际竞争力的新兴产业。

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