轻型钢结构住宅的应用

柳新岭 刘玉娟

轻型钢结构住宅的应用

柳新岭 刘玉娟

（山东省土木工程防灾减灾重点实验室 山东科技大学 山东青岛 266590）

轻钢结构住宅是一种新型建筑体系,因其造型美观、施工速度快、绿色环保等优势而备受世界各国的青睐。轻型钢结构住宅的设计与建造，必须要有材性稳定、耐候耐久、安全可靠、经济实用的轻质围护配套部品及其与钢结构的配套技术，尤其是轻质外围护墙体及其与钢结构的配套技术。本文通过分析我国轻钢住宅结构体系的材料、结构特点及要求,对我国发展轻钢结构住宅的发展、优势以及面临的问题进行了分析。

轻型钢结构；住宅；设计与建造；优势

本文主要说明轻钢结构建筑中的轻钢结构住宅。钢材的强度比混凝土、砌体和木材要高，荷载相同时，所需截面小。如今钢结构住宅在很多国家开始普及，而我国仍然是以砖混和钢混框架为主。目前我国提出发展钢结构住宅己经不是一个简单的对国际大趋势的盲目追求，它是我国新一代住宅发展的必然趋势。轻型钢结构住宅是一种新的建筑体系，涉及的材料是新型建筑材料，设计方法是“建筑、结构、设备与施工和装修一体化”的新方法，是一种专业性很强的综合建筑体系，是房屋建造企业的专业技术和产品。

1、轻型钢结构材料及要求

所谓“轻钢结构建筑”，其主要轻型钢框架结构体系，轻型围护体系等组成。轻型钢框架是指由小截面热轧H型钢、高频焊接H型钢、普通焊接H型或异型截面的型钢、冷轧或热轧成型的方（矩、圆）形钢管组成的纯框架或框架支撑结构体系。轻型围护体系材料宜采用水泥基的复合型多功能轻质条形板材，也可以采用水泥加气发泡类材料、轻质混凝土空心材料、轻钢龙骨薄板组合材料等。

我国近几年来的钢结构住宅工程实践表明，结构体系形式呈多样化发展态势，有从国外引进的冷弯薄壁型钢低层住宅建筑，也有用普通热轧H型钢结构的多层和高层住宅建筑。但建筑材料和应用技术均满足不了住宅功能的要求，表现在与钢结构配套的围护材料品种少、质量差及科技含量不高等方面，制约了钢结构住宅的健康发展。

轻型钢结构住宅结构材料要求：轻钢结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度以及硫、磷含量的合格保证。对焊接承重结构的钢材尚应具有碳含量的合格保证和冷弯试验的合格保证。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%。钢材的强度设计值和物理性能指标应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018的有关规定采用。

2、轻型钢结构的优势

自重轻，抗震性能好，安全性高；建筑造型简洁美观，轻钢结构房屋的室内水电管线布置一般暗埋在墙体中，因此内部可布置的空间灵活丰富；实现住宅产业化、建筑集成化轻钢结构住宅构件在工厂大批量、标准化生产，其建筑部件可以现场拼装，设计、生产、施工一体化，提高了住宅产业化水平；施工快捷、工期短, 不受季节限制；绿色、环保，符合国家可持续性发展的要求；防腐耐久，舒适性好；宜于拆卸搬迁；先进的设计技术。利用先进的计算机辅助设计(CAD) 例如下图轻型钢结构厂房CAD图纸和计算机辅助制造(CAM) 技术，能全面按用户要求进行设计，且效率高、报价快、造价低、供货迅速等优点。

此外，轻钢结构住宅是科技含量高的新型建筑，单以墙体保温隔热这一项就要比传统的砌体建筑优越得多，例如100mm左右厚的R15保温棉，热阻值与1米左右的砖墙厚度相同。因此这种墙体有着更高的科技含量和节能效果。另外，外墙防水、防潮材料的应用也采用了当今最新的建材，房屋的内墙采用的是防火石膏板。石膏板除具有防火功能外，石膏板所具有的呼吸功能，可在梅雨季节吸收室内空气中大量的水分，使室内的空气保持干燥，而在秋冬比较干燥的季节就会把水分释放出来调节室内的湿度。所以住在周围是石膏板的房子里，要比砖石水泥砌筑的房子要舒适得多，例如澳大利亚轻钢别墅。轻钢结构房屋的窗一般是采用中空玻璃不仅有很好的保温隔热功能，而且有较高的隔音功能，隔音程度一般达40分贝以上。住宅中一般配备较高科技含量的设备，主要有中央空调系统、中央热水系统、中央报警及防火报警系统、电动遥控四库门等。厨房一般配有现代炉灶、排烟机、洗碗机、垃圾处理机、直饮水等设备应有尽有。

3、目前我国轻钢结构住宅还面临一些问题

由于轻钢结构住宅是新兴产业，所以我国现在在技术上还存在许多问题。缺乏有针对性的钢结构住宅规范，轻钢结构住宅体系此前在我国属于技术空白，所以不能满足我国现行强制性规范的某些条文。

部分轻质钢材材料尚需进口，轻钢结构住宅体系是在国外尤其是北美地区木屋结构住宅的基础上发展起来的，这两种体系虽然在国外已经十分成熟和完善，但是对于我国来说却完全是新东西，因而各种困难几乎无处不在。在建材和部品方面, 目前建造轻钢结构试验工程所需材料许多要从国外运来, 甚至有些由外商在中国大陆委托加工的部件, 往往也只能到国外去采购；实用性人才不多见，我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知道的很少，而更加缺乏的是熟练技术工人。

管理模式不太适应，我国现行的建筑管理模式与轻钢结构住宅这种工业化生产方式并不适应；建筑保温和节能问题，由于钢材传热系数大，热量散失快，且易形成冷桥，因此保温节能是轻钢结构住宅要解决的主要问题之一；建筑防火问题，钢材不耐火，轻钢结构住宅要加强抗火设计及防火措施保护。常用的防火措施有四种:防火涂料法；隔离法；实心包裹法；膨胀漆覆盖法；建筑隔音问题，声音传播分为空气传播和固体传播两种形式。最重要的还有造价问题，轻钢结构住宅成本偏高，国内消费者近期还难以接受。

4、关于多层高层钢结构住宅发展的建议

从近年开始，我们已开始对多层高层轻钢结构住宅进行研究，但我们初步的研究情况发现，由于多层住宅是定位于比较低的消费群体，所以建造成本一定要相对比低层住宅一定要更低一些。而我们目前做出的测算与目前我国广泛采用的砖混及钢筋砼框架体系的建造的住宅成本比有较大的差距。

我认为，在技术上多层轻钢体系应是成熟的，但与市场所能接受的造价成本差距较大，因此作为轻钢体系的承重体系，外维护墙、内隔墙及屋顶结构一般采用轻钢龙骨，整个建筑物的科技含量随着墙体及屋顶的改进而大大提高，同时建筑物的自重也会大大降低。加上使用面积的增大、建设速度的快捷等的优点，那么轻钢体系的综合成本会非常接近普通的砖混框架体系，甚至可能会做到更经济。它的综合的经济、社会效益以及居住质素的优化，是我国传统建筑住宅所以伦比的。此外应加强门式刚架轻型钢结构的试验研究，尽快组织《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002，《压型金属板设计施工规程》的修订工作。结合国内在门式刚架轻型钢结构设计施工使用中的经验和出现的问题修改完善规程内容，例如对于我们的门式刚架房屋承载力储备比美国小的问题;对于厂房高低跨、女儿墙、屋面高差处以及我国多雪地区、强风地区给出特殊的规定要求等等。

现在，我国钢结构研究已进人一个新的阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。轻钢结构住宅体系符合国家发展轻钢结构住宅，建设“百年住宅”，实现小康社会的住宅的目标要求，具有良好的发展前景。我们可以相信，21世纪将是钢结构快速发展时期，传统的混凝土结构、砌体结构将会被淘汰，而钢结构制造、施工企业的前景将非常宽阔。

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