冷弯薄壁型钢在装配式住宅中的应用

李彦宏

（酒钢集团甘肃筑鼎建设有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100）

1 概述

装配式住宅是绿色建筑的一个代表。大量的研究和实践表明，通过装配式住宅的广泛应用，能够在提升我国住房功能性、安全性及稳定性的同时，满足当前我国环境建设和保护的需求，从而为我国建筑行业发展水平的提升及社会可持续发展的实现奠定坚实的基础。

装配式住宅采用产业化方式在工厂里制造各种冷弯薄壁型钢通用部品，采用各种新的工业化施工技术在建筑工地形成现代化住宅，整个过程机械化操作，施工干作业，住宅全过程的开发建造转变为住宅制造。

2 冷弯薄壁型钢发展现状及存在的问题

2.1 冷弯薄壁型钢的发展现状及概述

我国冷弯型钢的生产始于20世纪50年代，第一台专业化辊式冷弯成型机组于1958年10月投产，1987年中国正式出版了国家标准《冷弯薄壁型钢结构设计规范》（GBJ18-87），2011年推出了《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（JGJ227-2011）[1]。

冷弯薄壁型钢产品是一种经济的截面轻型薄壁钢材，它是在室温下弯曲成型，冷弯薄壁型钢壁厚较薄，截面宽厚比较大；冷弯薄壁型钢规格多达千余种，截面特性系数如惯性矩和抵抗矩相对较高，因此可以通过截面优化来提高构件的承载力，使得构件受力更为合理和适用。

2.2 冷弯薄壁型钢的优点

装配式住宅的建造是冷弯薄壁型钢的主要应用领域，目前冷弯薄壁型钢装配式住宅结构体系的研究和应用基本趋于成熟。通常来说，冷弯薄壁型钢具有以下特点：

（1）适用性强，可以应用于较小跨度和较小荷载的结构构件；

（2）可以通过改变截面形状，获得最佳的强度重量比；

（3）可以为电力和管道提供密封式构件；

（4）质量轻、强度高、刚度大，力学性能良好；

（5）适用于构件预制和量化生产；

（6）运输便利、施工组装方便、绿色环保、材料可回收利用；

冷弯薄壁型钢在装配式住宅建设中具有良好的应用前景。所有结构构件基本可以实现工厂化预制，甚至可以实现工厂预拼装；施工现场只进行简单的装配，真正实现建筑产业的标准化、成品化、产业化。

2.3 冷弯薄壁型钢应用推广中存在的问题

1）现阶段冷弯薄壁型钢产品的应用正在快速拓展，但主要应用于低层房屋及乡村住宅用房。我国传统建筑中，结构体系以钢筋混凝土框架结构和砌体结构为主，冷弯薄壁型钢建筑的墙体因结构构造的原因，通常填充保温材料，虽然节能保温效果和隔音效果良好，但不适合墙面打孔和饰品固定，与传统住宅的使用习惯不一致[2]；

2）冷弯薄壁型钢建筑结构体系是由砖木结构演变而来的轻钢结构体系，通常适用于两层及局部三层以下的独立或联排住宅，单元住宅的长度通常不超过16m，宽度不超过10m，高度不超过3.2m。因结构体系的限制，建筑类型和建筑使用功能较为单一；

3）冷弯薄壁型钢建筑的节点连接方式通常使用拉铆钉或自攻螺钉，这种连接方式的缺点是承载能力小，同时截面应力集中，对构件强度有所削弱；

4）防腐和防火性能有待进一步提高。我国南方气候潮湿多雨，对结构体系的防腐具有较高要求；北方冬季寒冷，很多农村采用火炕取暖，对结构体系的防火、耐高温性能具有一定的考验。

3 有关冷弯薄壁型钢在装配式住宅中应用推广的论述

3.1 必要性论述

3.1.1 建筑技术方面

与传统的钢筋混凝土结构和砌体结构相比，冷弯薄壁型钢产品主要有以下优点：

1）冷弯薄壁型钢具有重量轻、强度高等特点，其自重是钢筋混凝土建筑的1/4，建筑使用面积比传统建筑提高5%～10%；

2）冷弯薄壁型钢可具有钢材延展性、塑性好等优点，同时具有良好的抗震性；

3）冷弯薄壁型钢能进行工业化生产，施工工期可缩短30%，符合建筑产业化的要求；

4）冷弯薄壁型钢钢材可以回收利用，是绿色环保建筑产品。建造和拆除对环境污染较少，固体废弃物减少45%以上，符合发展环保节能住宅的国家政策；

5）冷弯薄壁型钢结构构件尺寸相对较小，布置灵活，装拆方便。平面布局能够合理分配建筑使用面积，增加使用空间；

6）冷弯薄壁型钢结构构件不燃烧，不霉变，不虫蛀，降低了人工维护成本，房屋构件更换维修更加方便。

3.1.2 国家政策方面

国家现在大力倡导发展装配式建筑，冷弯薄壁型钢是装配式住宅的“心脏”，国家层面来讲，相继出台了许多文件和制度，对发展装配式住宅进行了明确和规范。

1)2001年12月19日建设部印发了《钢结构住宅建筑产业化技术导则》，该文件明确钢结构住宅建筑技术发展的基本原则，是钢结构住宅建筑发展的指导性文件[3]；

2)2001年至2002年，建设部立项了40多个钢结构住宅技术研发项目，并颁发了《钢结构住宅建筑产业化导则》，用以指导钢结构住宅研发；

3)2011年，建设部推出了《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》；

4)2013年1月，国务院转发了国家发改委、住建部《绿色建筑行动方案》，明确提出了推广适合工业化生产的钢结构等建筑体系，加快发展建设工程的预制和装配技术，提高建筑工业化技术集成水平；

5)2016年，国务院发布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，提出我国要力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达30%。在政策支持下，冷弯薄壁型钢产业有望迎来重大机遇[4]。

3.1.3 市场前景方面

国家倡导绿色建筑，循环利用及建筑产业化，冷弯薄壁轻钢建筑作为“绿色建筑”的代表，几乎能满足所有要求，成为政府部门、地产商、投资者关注和推动的新型产业。

我国目前冷弯薄壁轻钢结构住宅占比不超过5%，而发达国家占比超过50%，因此，我国冷弯薄壁轻钢建筑还处于起步阶段，冷弯薄壁型钢结构住宅还有很大的发展空间。据权威部门市场预测报告，未来冷弯薄壁型钢结构有望撬动数万亿元绿色建筑市场，前景极为广阔。

3.2 可行性论述

在建筑技术方面，冷弯薄壁型钢建筑技术经过近年来的发展，已经趋于成熟，并且经过大量实践，在适用性、安全性方面，积累了大量经验，并逐渐形成完整的建筑技术体系。

在市场开发方面，目前我国对冷弯薄壁型钢建筑的应用研究还处在推广阶段。冷弯薄壁型钢结构建筑已经逐步得到市场的认可，由于该建筑产业化程度较高，未来发展前景广阔，所以市场占有率预计会有明显提高。

3.3 经济型论述

冷弯薄壁型钢建筑的综合造价比传统结构建筑要低，施工周期短、绿色环保、抗震性好。具有良好的经济性，通过对建筑功能布局、建筑节点和结构体系的优化，有望使该产品的建筑造价进一步有所降低。

冷弯薄壁型钢产品的综合造价 （含内外装修）相比传统建筑降低20%。住宅、乡村别墅等居住建筑的开发建设通常具有较大规模，因此，冷弯薄壁型钢建筑的成本优势将会随着项目建设规模的增大而显著提升。

4 冷弯薄壁型钢在装配式住宅中应用的具体内容

通过对冷弯薄壁型钢产品的力学性能、耐久性、适用性的研究，同时进行材料比选、力学分析、试验比对等方法实现冷弯薄壁型钢结构的优化，进而达到以下目标：

1）通过对冷弯薄壁型钢建筑节点构造进行优化，降低拉铆钉或自攻螺钉连接产生的截面削弱，保证连接节点的力学性能的可靠性，尝试节点的焊接连接的可行性；

2）对冷弯薄壁型钢建筑的外围护墙体和内隔墙进行优化，在经济、美观、适用、节能保温、有效隔音的基础上，尝试使用多种墙体围护材料，并开发适合传统使用习惯的墙体构造；

3）尝试使用更为合理的防火构造和防火措施，降低加工制作成本；

5 冷弯薄壁型钢在装配式住宅中应用预期达到的效果

1）通过对冷弯薄壁型钢力学性能的研究，获得更大的强度重量比，降低主材用量6%以上；

2）与传统结构形式建筑相比，降低房屋建设成本20%，施工阶段固体废弃物减少40%；

3）通过对金属耐腐蚀性能和防火材料、节能保温材料的深入研究，优化建筑产品的耐久性能和适用性；

4）优化建筑节点设计，进行抗震性能分析，优化施工作业流程，提高建筑抗震性能，施工工期缩短30%以上；

5）实现建筑功能布局的多样化、产品风格的多样化，以满足不同的市场需求；开发包括低、多层公共建筑、低层别墅、构筑物、防护围栏和广告牌等多种建筑产品；

6）在实践中形成冷弯薄壁型钢建筑产品的若干专利。

6 结论与展望

伴随着社会与技术的进步，人们的生活方式和价值观念的转变，对居住空间舒适性、适应性要求不断提升，文中探讨的冷弯薄壁型钢在装配式住宅中的应用在我国现在和将来的住宅建设中蕴含大的潜力。相较于传统的建筑方式，冷弯薄壁型钢推广和使用过程中，能够有效地节省建筑企业的经济成本和时间成本，从而提升建筑企业的经济效益。