浅析新农村建设中的冷弯薄壁型钢结构

何罗

【摘 要】冷弯薄壁型钢具有截面合理、用量经济、自重小、模板成型、施工简便、抗震性好、力学性能良好等特点，满足经济建设和可持续发展的要求[1]。尤其在新农村中、低层住宅建设中更能发挥其经济、高效，快速、工厂化生产的特点。

【关键词】冷弯薄壁型钢；绿色建筑；钢结构；农村住宅

0 引言

由于长期城乡二元结构的制约，农村住宅的发展相对城镇大为落后，建筑模式单一、旧房空置，散乱无序现象十分突出，出现以下几个突出特点：（1）传统农宅建设村庄无规划，建筑无设计，队伍无资质，监管无机构；（2）传统农宅墙体承重、结构跨度等设计不科学、不规范造成建筑抗震性能较差；（3）传统农宅以砖混结构为主，使得这种建筑的密封性较差，门窗漏风严重，能耗非常大。因此，转变现有农村住宅建筑建设方式，发展节能绿色新型农村轻钢结构房屋体系是新农村建设可持续发展的必然趋势。是建设节约型社会的长远大计和构建社会主义和谐社会的根本目标，拥有极大的潜力、市场效益，并将使新型农房的舒适度及周边居住环境质量产生跨越式的提高[2]。

1 冷弯薄壁型钢结构优势

1.1 冷弯薄壁型钢在结构上的优势

在建筑结构上，传统的砖混结构自重大，空间利用率较低。根据农民对使用功能要求的需要，建造坚固耐久、多功能、大开间、易于改建、便于拆除的轻钢结构房屋，是新农村建设及可持续发展的重要趋势。钢结构住宅户内有效使用面积可提高6%-8%，寿命可达90年以上，成本可降低5%，建筑风格更灵活丰富，户内空间可多方案分割，满足不同用户的需求。

在西南地区，大量的农村住房位于地震带上。钢结构由于其自重轻，力学性能好，使得抗震性能好，结构安全度高，因此，新农村建设中当地政府应优先考虑采用轻钢结构房屋。

1.2 冷弯薄壁型钢在绿色节能上的优势

冷弯薄壁型钢结构住宅方便敷设内外保温材料，有很好的保温隔热性能和隔声效果，符合国家建筑节能标准并增加住宅居住的舒适性；热工管道铺设在节能墙体中，可减少热能损失。轻钢结构房屋一般采用新型节能环保材料代替黏土砖和水泥等，减少了砂、石、灰用量，减少了对土地等不可再生资源的破坏，绿色环保，有利于环境保护。

1.3 冷弯薄壁型钢在经济上的优势

自重轻，基础负担小，结构抗震措施简单，可大辐减少基础造价和结构抗震措施费用；施工周期短，投资回报快，资金风险低，投资效益高；制作、运输、安装和维护方便，不需要模板支架，降低人工和机械费用。

2 冷弯薄壁型钢住宅装配初步设计

2.1 楼板的选择

压型钢板组合楼板由于压型板轻便，易于搬运和架设，大大缩短安装时间。与木模相比，压型钢板施工时发生火灾的可能性大为减少。在多高层建筑中采用压型钢板，有利推广多层作业，可大大加快工程进度。压型钢板的运输、储存、堆放和装卸都极为方便。压型钢板和混凝土通过叠合板的粘结作用使二者形成整体，从而使压型钢板起到混凝土楼板受拉钢筋的作用。施工中，压型钢板还可起到增强支承钢梁侧向稳定的作用。但施工吊顶困难、降低了楼层净高；现场湿作业工作量大，由于钢板带肋，管道铺设困难；若压型钢板不拆除，则需要防火处理，且浪费钢材。

SP预应力空心板具有施工速度快、跨度大承载力高、外观尺寸误差小、平整度好、防渗、隔声效果好，产品用钢量低，综合造价低、不受气候影响、可全天候施工等多种优点。主要用作：楼层板，楼面板，墙板，隔音板，盖板。但容易开裂。

蒸压加气混凝土板具有自重轻、绝热性好、隔声吸声等特征，还具有耐火性好与一定的承载能力，可用作内墙板、外墙板、屋面板与楼板。但由于强度偏低，不利于抗震；尺寸偏大，影响安装精度；收缩率大，易于开裂；且抗冻融性差，限制其在北方的发展使用。

稻草板以稻草、麦草作原材料，绿色环保，来源广泛；导热系数低，抗燃烧能力强；强度高，隔音性能好。但生产工艺复杂。

新型钢筋桁架发泡水泥夹芯叠合楼板是采用钢筋桁架（楼板的上下层纵向钢筋由弯折成型的钢筋焊接而成，即为钢筋桁架）作为骨架，内填发泡水泥，在工厂预制成型，施工现场浇筑一层混凝土，组成一个在施工阶段无需模板的能够承受湿混凝土及施工荷载的结构体系。其与钢梁的连接方式——将叠合楼板钢筋桁架伸入H型钢梁中与梁腹板及下翼缘上表面在工厂焊接成一体，这种连接方式很好地适应了装配式钢结构特点，通过在工厂将楼板与钢梁连接在一起、施工现场对钢梁进行拼接，很容易达到快速施工和减少现场钢筋绑扎量的目的。此连接方式也保证房屋的整体刚度大，且由于采用发泡水泥新型材料，有效地减轻了楼板质量，使得房屋的整体抗震性能得到大幅度提升（图1）。

通过综合比拟，新型钢筋桁架发泡水泥夹芯叠合楼板很好的切合了低层钢结构住宅的需求，同时响应了国家绿色、循环、低碳这一城乡建设指导思想，并且充分考虑了节材、节能和抗震的宗旨，随即采用（图2）。

2.2 结构体系的选择

薄壁轻钢结构住宅结构体系大致可分为钢框架与混凝土筒体（墙体）的混合结构体系、钢框架支撑的结构体系、纯钢框架结构体系、错列析架结构体系、轻钢龙骨结构体系。由于钢框架结构构造简单，传力准确，制作安装方便，建筑平面布置及窗的开设等有较大的灵活性。在水平力作用下，当楼层较少时，结构的侧向变形主要是剪切变形，即主要由框架柱的弯曲变形和节点的转角所引起；当层数较多时，框架柱的轴向变形所引起的结构整体弯曲而产生的侧移明显增大，结构的侧向变形为弯剪型。由此可以看出，纯框架结构的抗侧移能力主要取决于框架柱和梁的抗弯能力。当层数较多时，要提高结构的抗侧移刚度，只有加大柱和梁的截面，结构就会变得不经济，所以，这种结构体系适合于建造20层以下的中低层住宅。

综上，由于我们的目的是建设具有一定抗震性能的低层、多层住宅，钢框架结构体系最满足我们抗震的需求。

2.3 节点连接方式的选择

采用箱形断面柱时，梁、柱连接在两个方向都采用刚性节点。采用H型钢断面柱时，由于其腹板较薄，故在此弱轴方向采用刚接形式。节点试验表明，一般节点中的弯矩和其相对转角的关系既非完全刚接，也非完全铰接，而是非线性连接状态。为简化计算，通常假定梁柱节点为完全刚接或完全铰接的。为符合实际需要，我们将在结构相应节点处设置相应节点连接方式。

3 冷弯薄壁型钢住宅结构设计

由于整体轻钢住宅造价较高，试验复杂等种种因素。国内对冷弯薄壁型轻钢住宅的整体性能研究大多通过有限元软件进行模拟，在模拟的基础上进行一些研究。

3.1 冷弯薄壁型钢住宅结构体系设计

轻钢墙体受力体系由轻钢密肋梁柱及复合围护构成，各项建筑物理性能卓越，是高效节能型绿色建筑体系，适用于1-3层的建筑，例如，住宅、别墅、会所等。轻钢框剪体系是在独立基础上采用钢框架与填充轻钢剪力墙结合，抗震性能显著提高，适用于4-12层的建筑，例如，多层、小高层住宅、学校、酒店、公寓和会所等。

因此，对于拟设计低层冷弯薄壁型钢结构住宅，适宜选用轻钢结构受力体系，对于拟设计多层冷弯薄壁型钢结构住宅，适宜选用轻钢框剪体系。

3.2 冷弯薄壁型钢住宅基础设计

常见的轻钢结构的基础形式多为柱下独立基础，并用连系梁进行连接，以提高基础沉降的均匀性。地质条件较差的情况下可采用柱下条基，如上部结构较大或者地质情况很差，如淤泥等，可采用桩基础，采用柱下桩基础时，在不能设置双向基础拉梁时不宜采用单桩基础。轻钢结构与基础的连接既可以设计成刚接，也可以设计成铰接，同样的一个荷载形式下，柱脚刚接与柱脚铰接相比，通常刚接上部结构用钢量要偏小，但基础较大。

4 结语

冷弯薄壁型钢结构具有良好的建筑综合效益和独特的优点，相比普遍的钢筋混凝土结构，冷弯薄壁型钢结构减轻了自重，抗震性好，提高了建筑的经济效益，节约资源，符合国家可持续发展的战略，并且因冷弯薄壁型钢预制程度较高，对促进建筑产业预制化发展有着重大意义[1]。但我们不得不承认我国轻钢结构在设计、施工技术上与国外先进水平还存在着差距。随着对轻钢结构研究的深入和经验的积累，可以预见，轻钢结构住宅在我国将有更广泛深入的应用和更光明宽广的发展[3]。

【参考文献】

[1]林娇，梁栓柱，李成亮，孙璟玥，郑丹.Lin Jiao，Liang Shuanzhu，Li Chengliang，Sun Jingyue，Zheng Dan.谈冷弯薄壁型钢结构的应用与前景[J].山西建筑，2015（13）.

[2]李傅群.轻钢结构房屋在新农村建设中的应用[J].中国建材科技，北京，2014.

[3]潘益军，金梅珍.轻型钢结构住宅体系在我国的应用前景分析[J].科技资讯，2007（5）.

[责任编辑：王楠]