轻型钢结构的发展现状及前景

轻型钢结构的发展现状及前景

随着国内建筑行业的发展，建筑的体系以及建筑材料的变化，成为了当前国内住宅建筑发展的趋势。由于我国是钢产量大国，因此钢材的推广以及使用对我国建筑行业的发展有着重要意义。近几年国内经济迅速发展，人们生活水平不断提高，对住宅的外观、稳定等方面有了更高的要求。对于低多层住宅，轻型钢结构住宅越来越能够满足人们的需求，并渐渐得到认可，但是并没有得到广泛的普及，这种结构仍存在着诸多问题需要解决。

轻型钢结构住宅主要的构建材料就是镀锌轻型钢龙骨为主要的结构构件，运用此材料主要的优势在于，可以保证住宅性能的良好，同时还可以保证所构建的住宅具有自重轻、工厂预制化程度高、建造速度快、劳动强度小的优点。但是轻型钢结构住宅在我国还处于发展阶段，在对住宅进行设计的过程中还存在一些严重的问题，还需要进一步的研究。

一、国内外轻型钢结构发展现状

（一）国外轻型钢结构发展

国外轻型钢结构发展较早，最初用于建造私人汽车库等简易房屋。第二次世界大战时期，由于战争的需要，一些拆装方便的轻型钢结构建筑用于营房和库房。1960年代以来，国外建筑钢材的发展有了很大突破，色彩丰富而耐久的彩色压型钢板的出现以及H型钢和冷弯型钢的问世，极大地推动了轻型钢结构的发展。目前，欧美各国由轻型钢结构体系建造的非居住单层建筑物占50%以上，日本新建的1-4层建筑大多采用轻型钢结构。瑞典是当今世界上最大的轻型钢结构住宅制造国，许多欧洲国家都到瑞典去定制住宅，通过集装箱发运。外国轻钢公司大都有自己的轻型钢结构系列，各公司的轻型钢结构系列大同小异。

（二）国内轻钢结构发展

早在1960年代初，我国钢材十分匮乏，为了解决在设计中长期存在的“深基、重盖、肥梁、胖柱”的问题，当时以小角钢和小圆钢为主要材料组成的轻型钢结构应运而生。这些轻型钢结构主要为屋盖承重结构，取材容易，经济指标比较好，用钢量较少，接近相同条件下钢筋混凝土结构用钢量，并可节省大量木材、水泥和其他建筑材料, 减轻结构自重70%- 80%，为改革笨重的结构体系创造了条件。冷弯型钢是一种公认的经济断面型材, 我国的冷弯型钢始于 1950年代。 1960年代中期, 在部分地区兴建了 10余万 m2 冷弯型钢结构试点工程。关于门式刚架，早在1960年代初我国就进行了研究试验，主要是刚架的塑性设计，并在试点工程中采用。近年来，我国轻型钢结构得到飞速发展，每年总体增长近200万m2，相当于1980年代我国轻型钢结构的全部建筑工程量，然而与一些发达国家相比，我国还存在一定的差距。

二、轻型钢结构的特点

（一）重量轻。

重量轻是轻型钢结构房屋最大的优点。其承重结构采用轻型焊接H型钢和冷弯薄壁型钢。这种型钢截面形状可以按照实际受力情况和使用特点进行设计，比普通的工字钢、槽钢、角钢截面受力合理，截面利用系数高，单位重量轻，可节省钢材20%-50%。

（二）供货迅速, 安装方便。

材料的工业化大生产以及重量轻等决定了供货迅速这一优点。由于采用螺栓、自攻螺丝等连接，现场焊接工作量小，无湿作业，不需支模，无需养护期，冬季工期不受影响，根据以往的工期经验，可以比混凝土结构至少缩短一半以上的工期。

（三）施工周期短。

轻型钢结构中所有构件均可以由工厂制作，现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需 1-2个月，而若采用钢筋混凝土结构则需要10-12个月左右。

（四）抗震性能好。

由于钢结构属于柔性结构且自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。墙体龙骨在封闭完结构板材和石膏板后形成非常坚固的板肋结构体系，从而提供了更强的抗震及抵抗水平荷载能力。轻钢建筑可以抗御8级强度的地震。

（五）造型美观, 节奏明快, 内部空间大。

比一般的结构更容易分隔空间，从而可以方便地进行扩建和改建，可灵活布设各种工业管线。

（六）经济效果好。

由于这种结构的构件都是采用工业化的大批量生产，所以其质量容易控制。采用这样的建筑结构体系要比混凝土结构造价低，经济效果要好得多。

（七）钢材强度高, 塑性和韧性较好。

轻型钢结构所采用的钢材强度高，塑性和韧性较好，所以能保证结构在使用期间不会发生突然破坏，受冲击作用时不容易脆断，承受动力荷载的性能较好，可靠性较高，抗震性能好，最适宜于地震区及主要的建筑物。

（八）采光好。

工业厂房一般需要更好地利用自然光线，轻型钢结构系统大量使用采光带，既满足了生产上对光线的要求, 又降低了造价。

（九）轻型钢结构安装方便, 拆除也容易。

由上所述，采用轻型钢结构，特别是轻型门式刚架房屋，在造价上低于钢筋混凝土结构，早投产、早受益的综合经济效益更高。

三、轻型钢结构建筑的常用结构体系

（一）门式刚架

门式刚架结构体系是我国轻型钢结构工业建筑中最主要和最受欢迎的结构

形式。采用门式刚架作为主承重结构，压型钢板为围护结构，设计上一方面允许腹板局部失稳，并利用腹板的屈曲后强度，另一方面通过改变腹板的高度将刚架的梁柱做成变截面形式，以适应结构弯矩内力的分布规律，因此，可较同等条件下的普通钢结构节约钢材 10%-20%。目前，我国门式刚架结构的设计、制作、安装技术已日趋成熟，应用范围包括各类轻型工业厂房、超市、综合楼、仓库、机库、农贸市场、饮食娱乐、体育场馆、候车室、码头建筑及各种临时性建筑。门式刚架属平面受力体系，非常适宜于跨度在18-36m之间、柱距7-9m、平面尺寸狭长的建筑，门式刚架已成为国内外大规模现代化工业厂房的首选结构形式。目前，这种结构在我国的实际工程中最大跨度已达72m，厂房单体最大建筑面积超过了75万m2。

（二）多层多跨框架结构体系

多层多跨框架结构体系的主要组成部分是梁、柱及与之相连接的屋楼面结构、支撑体系和墙板或墙架结构。其厂房高宽比不宜大于6，柱网设置宜为6-12m，常设计成强柱弱梁形式。梁柱均为等截面，材料主要选用高频焊接和热轧H型钢、普通或轻型热轧型钢、冷弯型钢等。多层框架轻钢建筑自重轻，自振周期较长，对地震作用反应不敏感，但框架体系的侧向刚度较小，需设置各种侧向支撑，或者结合电梯井的布置，采用框架——抗剪桁架结构、框架——抗剪钢板剪力墙、框架——钢混剪力墙等新体系，以确保结构水平位移控制在规范允许的范围内。这种承重结构方案适宜于多层轻钢建筑这一类很有发展前途的金属建筑形式，如：总高度小于24m的商业购物中心、办公大楼等公共建筑；总高度在20m以下，楼面荷载小于8kN/m2的电子、机械等行业的工业厂房；10层以下的多层民用住宅。

（三）交错桁架结构体系