浅析新型冷弯薄壁型钢住宅结构的性能和特点(王明钦)

浅析新型冷弯薄壁型钢住宅结构的性能和特点

王明钦

（安徽华塑股份有限公司，安徽淮北235000）

摘要：浅析冷弯薄壁型钢结构住宅的发展应用情况、结构体系的性能、关键技术，以及建筑问题等。

关键词：冷弯薄壁型钢；住宅；结构体系；性能

1引言

冷弯薄壁型钢结构体系近年来在欧美、澳洲、日本等国得到广泛的应用，主要用作三层以下别墅、公寓及其它民用房屋。其结构源于传统的木结构房屋，从住宅产业化、环保、抗震防灾、加速房屋建造周期等因素考虑，轻钢结构房屋住宅有广阔的市场和前景。如今大力推行的钢结构住宅中，不少都开始引进这类冷弯薄壁型钢结构体系。中国工程建设标准化协会（CECS）正在编制冷弯薄壁型钢结构体系的设计标准“低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程”。总体来讲，冷弯薄壁型钢房屋结构体系仍在起步和发展阶段。

2结构体系

冷弯薄壁型钢结构作为承重体系应用于住宅建筑中，适用三层以下的独立或联排住宅，墙体立柱间距400～600mm，上、下导轨与楼面之间设有抗剪连接件。它与同样截面积的热轧型钢相比，可提高截面力学特性指标。用冷弯薄壁型钢作承重骨架，用较少钢材可取得较大的承载力。构件强度高、自重轻，且截面尺寸小，有利抗震和增加房屋使用面积。组合墙体是承担竖向荷载和水平荷载的主要构件，型钢墙体骨架、外墙结构面板和内墙板；墙体骨架由上、下导轨和立柱，均通过自攻螺钉连接而成。边立柱下端设有抗拔锚栓连接件。低层冷弯薄壁型钢结构横向荷载主要来源于建筑物外表面风压力的水平分量和水平地震作用。在低层冷弯薄壁型钢住宅结构中，侧向力抵抗体系由屋面、楼面和墙体组成，即整个房屋各组合体均参与横向荷载的传递。横向荷载路径为：作用在外墙墙面上的风荷载与作用于整体房屋结构上的地震荷载通过屋面板和楼面板传给与荷载平行的墙体，最后由墙体传给基础。

3关键技术问题

冷弯薄壁型钢是由屈服强度345MPa以上、厚度2mm以下的高强超薄钢板作新材料加工成型的。GB50018—2002《冷弯薄壁型钢设计规范》仅适用于承重构件板材厚度2mm以上的Q235及Q345钢材，对强度更高且厚度在2mm以下的结构设计尚无条文可依。

1）结构抗风。低层冷弯薄壁型钢房屋结构的表面风荷载体系基本可采用GB 50009—2006《建筑结构荷载规范》标准。轻型钢结构屋面的体型比较复杂，《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》中建议，对于轻钢结构的复杂体型房屋屋面，其风荷载体型系数可按照分区的规定确定，纵风向时屋顶（R）部分的风载体形系数取-0.8，其余部分应按GB50009—2006标准采用。对承重外墙体，横向风荷载可按GB50009—2006标准规定的风荷载取用；对承重内墙体，横向风荷载可取室内房间气压差（可参照澳大利亚规范可取0.2kPa）。承重墙体的墙体面板、支撑和墙体立柱通过螺钉连接形成共同受力的组合体，墙体立柱不仅承受由屋盖桁架和楼盖梁等传来的竖向荷载，同时还承受垂直于墙面传来的风荷载引起的弯矩，其受力形式为压弯构件，应按压弯构件的相关规定进行强度和变形验算。

2）结构抗震。考虑其型钢板材高强度、低延性的特点，推广应用时整体结构的抗震性能是个关键性问题。冷弯薄壁型钢龙骨式结构体系抗震性能研究还较少，主要采取试验研究和理论分析相结合的方式。现还没有关于冷弯薄壁型钢整体结构公认的抗震设计方法，没建立精确完善的分析模型。正在编制的《低层冷弯薄壁型钢建筑结构技术规程》基于国内完成的足尺模型结构振动台试验研究，提出了水平荷载效应的分析方法。水平地震作用效应的计算采用底部剪力法，参考“盒子”式结构的分析，在建筑结构的2个主方向分别计算水平荷载的作用。地震作用下抗剪组合墙体的水平侧向刚度由试验荷载-转角滞回曲线的骨架曲线确定，多遇地震作用下抗剪组合墙体的水平侧向弹性变形限值取为1/300层高。结构抗震性能与结构布置的规则性有很大关系，住宅钢结构常见的布置不规则，主要是平面不规则。这样地震时易损坏，所以应尽量使结构布置符合规则性。

4建筑问题

1）建筑性能。轻型屋面材料和新型墙体材料，突出特点是“轻”。如今人们首先会关注结构的安全性，即是否坚固、是否足以阻挡外人入侵和自身财物的安全等。此外，轻型冷弯薄壁型钢住宅结构体系，其隔声效果较传统的砖混结构或钢筋混凝土结构差。①隔热保温。该型钢房屋的保温、隔热应满足相关现行国

家标准的规定。各类建筑的节能设计，必须根据当地具体的气候条件，地区的经济、技术和建筑结构与构造的实际情况。外墙保温隔热可采用在墙体空腔中填充纤维类保温材料或在墙体外铺设硬质板状保温材料的方式。保温材料宽度应等于或略大于轻钢龙骨间距，厚度不宜小于轻钢龙骨高度。屋面保温隔热可采用保温材料沿坡屋面斜铺或在顶层吊顶上方平铺的方法。②防腐蚀、防潮。该型钢房屋的防潮设计，主要防止空气渗透、雨水渗透、水蒸气渗透及不良冷凝结露等造成的建筑物内部的不良水气积累，以确保建筑物达到预期的耐久年限，并提高内部的空气质量。外墙及屋顶的外覆材料应符合国家或行业标准规定的耐久性、适用性以及防火性能。在外覆材料内侧及结构覆面板材外侧，应设置防潮层，其物理性能、防水性能和水蒸气渗透性能应符合设计要求。轻钢住宅的骨架由薄壁构件组成，构件采用镀锌或镀铝锌薄钢板，防锈性能好，减少结构维修护理费用。③防火。按照防火规范，即使是低层住宅结构体系，也要求耐火极限达到 2.5h以上，而轻型钢结构房屋的耐火极限只有 1.5h。所以为满足耐火极限的要求，采用防火涂料、发泡防火漆或外包防火板等措施，也有加厚墙体石膏板达到延长耐火极限的。

2）建筑造价问题。轻型冷弯薄壁型钢住宅结构体系与砖混结构和钢筋混凝土结构相比较，钢结构体系总体造价较高、综合经济效益高，整体性能优于其它结构体系，目前主要还是面对中、高收入阶层。轻钢结构住宅体系的开发刚起步，尚在摸索之中。随着构件的标准化、工程化的进程，单位面积的造价有望低于或等于砖混结构。

3）多层发展的可行性分析。冷弯薄壁型钢房屋体系采用的墙体构造，对承受和传递三层以下的住宅或公寓等房屋的水平荷载是可行的，但对5～6层是否可行，还是值得研究的。多层以下轻钢房屋体系的结构形式，最主要差别是抗侧力结构不同。房屋层数越多，作用的水平荷载越大，房屋的抗侧力结构要求越高。冷弯薄壁型钢房屋体系的墙体上、下是不连续的，各层楼板将墙体分成各层自身的墙体段，为了传递屋面、各层楼面传来的水平荷载，并由墙体一层层传至基础，在各层不连续墙体之间设置专门的附加连接件，使上、下不连续的墙体连接成整体。这是房屋结构体系由低层改为多层后，安全可靠与否的关键。由低层改为多层冷弯薄壁型钢房屋体系，墙体的抗侧力构造必须作适当的改进和增强，以承受和传递由于层数增加而增大的水平荷载。

5结束语

为加速推进冷弯薄壁型钢结构房屋的推广应用，提出以下几点建议：①大面积建立样本房，加大宣传力度，注重市场推广，使人们感受新型住宅的优势，转变观念。②积极引进国外技术，并经过研究适应中国地区的冷弯薄壁型钢构件体系和生产流水线，生产出质量轻、截面特性好的构件，在国内大规模推广。③积极开展冷弯薄壁型钢住宅各部分构件的理论和试验研究，吸收国外轻钢结构体系技术改进和发展经验，提高国内钢结构建筑技术水平。

参考文献：

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[4]郭鹏.冷弯型钢骨架墙体抗剪性能试验与理论研究[D].西安：西安建筑科技大学,2008.