摘要：主要闡述了冷彎薄壁輕鋼體系的發(fā)展，介紹了冷彎薄壁輕鋼體系的材料、結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計(jì)、加工、施工方法及其優(yōu)勢(shì)，此種結(jié)構(gòu)體系符合我國可持續(xù)發(fā)展的要求，在我國低層住宅中應(yīng)大力推廣。

　　關(guān)鍵詞：冷彎薄壁輕鋼體系  鋼結(jié)構(gòu)  設(shè)計(jì)  施工

　　Abstract: This paper mainly expounds the cold bending of light steel thin-walled system development, introduces the cold bending light steel system of thin-walled structure, material, design, processing, construction method and its advantages, this structure system conforms to the requirement of sustainable development in our country, and in our country to be promoted in lower houses.

　　Keywords: cold bending light steel system thin-walled steel structure design and construction

　　一、冷彎薄壁輕鋼體系在國內(nèi)外的發(fā)展情況

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系最早是由木結(jié)構(gòu)演變而來的，在一些發(fā)達(dá)國家，例如美國、加拿大、澳大利亞及歐洲一些國家，經(jīng)過近百年的發(fā)展、應(yīng)用及實(shí)踐積累，已經(jīng)成為以上各國低層住宅建筑的主要組成形式，并且都已經(jīng)形成了自己獨(dú)有的設(shè)計(jì)施工規(guī)范，如美國鋼鐵協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AISI、澳大利亞及新西蘭聯(lián)合發(fā)布實(shí)施的冷軋薄壁型鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范AS/NZS4600、歐洲冷軋薄壁輕鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范EuroCode3等。

　　長期以來國內(nèi)的低層建筑體系一直維持在"磚瓦石"的時(shí)代。冷彎薄壁輕鋼住宅體系在20世紀(jì)90年代傳入我國，給我國的低層建筑體系帶來一場(chǎng)革命。1996年我國鋼產(chǎn)量達(dá)到1億噸，國家政策對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不再加以限制，借著這個(gè)大好時(shí)機(jī)，冷彎薄壁輕鋼住宅建筑體系在中國迅速發(fā)展起來了。在最初的幾年中，冷彎薄壁輕鋼的設(shè)計(jì)一直沿用著美國、澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別不大。但國內(nèi)沒有自己的設(shè)計(jì)規(guī)范，一定程度上制約了冷彎薄壁輕鋼住宅體系在中國的發(fā)展。中華人民共和國建設(shè)部在2004年發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《低層輕型鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅技術(shù)要求(送審稿)JG/TXXX-2004》，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院頒布了圖集05J910-1《鋼結(jié)構(gòu)住宅》。技術(shù)要求及圖集的頒布，給冷彎薄壁輕鋼體系在中國的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　二、冷彎薄壁輕鋼住宅體系的介紹

　　2-1材料型號(hào)、材質(zhì)

　　冷彎薄壁型鋼主要由C型鋼，U型鋼，P（腹板長度小于翼緣長度的U型鋼）型鋼組成，這三種形狀的鋼材是此種體系中使用最為廣泛的，主要用于結(jié)構(gòu)的墻體和屋架等承重體系及屋內(nèi)隔墻等圍護(hù)體系。另外還有"Π"型（有/無卷邊）鋼材、"Z"型（有/無卷邊）鋼材、"L"型鋼材以及異型鋼材。"Π"型鋼材可用于屋內(nèi)天花吊頂和屋面檁條、"Z"型鋼材可用于屋面檁條、"L"型鋼材可用收邊件。另外，體系中還設(shè)計(jì)了各種配套連構(gòu)件，主要抗風(fēng)連接件、異型收邊件及抗拔連接件等。C型鋼及U型鋼的主要規(guī)格主要由89系列、102系列、152系列、202系列、254系列組成，厚度一般在0.8mm~2.2mm之間。

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系所使用的材質(zhì)也不盡相同。日本和加拿大多數(shù)采用屈服強(qiáng)度為290Mpa的高強(qiáng)度低合金鋼材。澳大利亞采用屈服強(qiáng)度可到550Mpa高強(qiáng)度低合金鋼，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的厚度可以放寬到0.48mm。美國基本采用2種鋼號(hào)： 33 KSI（屈服強(qiáng)度為228Mpa），及50 KSI（屈服強(qiáng)度為345Mpa）。我國與美國基本相同采用Q235鋼材及Q345鋼材。

　　鋼材表面進(jìn)行熱鍍鋅處理，在化學(xué)反應(yīng)周期上，鋅的活躍性高于鐵，遇到腐蝕情況發(fā)生時(shí)，鍍鋅層先參與化學(xué)反應(yīng)，有效保護(hù)母材。鍍鋅層厚度的要求各國基本一樣，一般是普通地區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鍍鋅層厚度為雙面180g/m2，強(qiáng)腐蝕地區(qū)不小于270g/m2。由于結(jié)構(gòu)外圍護(hù)的包裹，其腐蝕速度相對(duì)比較慢，美國AISI的研究資料為平均每3年腐蝕0.1μm。加拿大CSSBI在1986-1989期間，對(duì)15棟位于不同氣候條件下的住宅建筑的鍍鋅結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行研究，結(jié)果表面鍍鋅層損失為第一年損失0.44g/m2，兩年損失共0.71g/m2，三年損失共0.77g/m2。我國鍍鋅鋼板一般規(guī)定鍍鋅層厚度為雙面275g/m2，滿足結(jié)構(gòu)使用年限要求。

　　冷彎薄壁輕鋼構(gòu)件多采用自鉆螺絲連接，故對(duì)其鋼材牌號(hào)不作具體規(guī)定，目前國內(nèi)多使用ST4.2及ST4.8自鉆螺絲。

　　2-2住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系的設(shè)計(jì)軟件在國內(nèi)發(fā)展的比較緩慢，很長一段時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)設(shè)計(jì)此類結(jié)構(gòu)體系只能用手算、查表、計(jì)算機(jī)簡單輔助運(yùn)算來進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，并且設(shè)計(jì)完成后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件繪圖量及構(gòu)件統(tǒng)計(jì)量十分巨大。

　　相對(duì)于國內(nèi)，國外此類設(shè)計(jì)軟件發(fā)展的已經(jīng)比較成熟了。筆者用過的HaysCAD冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件就是一款很不錯(cuò)也比較成熟的設(shè)計(jì)軟件。HaysCAD原是澳大利亞的一款設(shè)計(jì)軟件，采用的標(biāo)準(zhǔn)為澳大利亞及新西蘭聯(lián)合發(fā)布實(shí)施的冷軋薄壁型鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范AS/NZS4600，引進(jìn)中國后，將軟件內(nèi)部設(shè)計(jì)參數(shù)更改為中國規(guī)范參數(shù)。HaysCAD采用人機(jī)交流對(duì)話框模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，極大的方便了設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)及修改，并且繪圖及構(gòu)件統(tǒng)計(jì)工作能在幾分鐘之內(nèi)就可以完成。設(shè)計(jì)完成后，軟件生成的數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)缴�產(chǎn)設(shè)備加工構(gòu)件。

　　2-3住宅結(jié)構(gòu)組成

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系主要由基礎(chǔ)、墻體、樓面板、屋架四個(gè)部分組成。

　　基礎(chǔ)一般采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，在地質(zhì)條件不理想的地方也可以采用小型筏板基礎(chǔ)，需要地下室的時(shí)候也可以設(shè)置地下室，這與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是相同的。

　　墻體結(jié)構(gòu)主要由C型鋼密肋柱組成，需要時(shí)可以使用C型鋼和U型鋼組合柱，墻柱的兩端設(shè)置有U型鋼底部導(dǎo)軌和頂部導(dǎo)軌。外側(cè)墻板一般采用OSB（Oriented standard board）板，為墻體提供側(cè)向支撐作用，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置X形剪力支撐系統(tǒng)。外墻板還可以采用ALC板、復(fù)合保溫板、水泥刨花板等。內(nèi)側(cè)墻板一般采用石膏板。承重墻體門窗洞口上方必須設(shè)置過梁，過梁可采用C型鋼與U型鋼組合箱型、雙C型鋼組合工型或單（雙）側(cè)L形截面，其截面尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度及其以上或最大風(fēng)壓為1.5kN/m2（標(biāo)準(zhǔn)值）以上時(shí)，應(yīng)設(shè)置剪力墻和采取抗拔等拉接措施。墻體與基礎(chǔ)、樓蓋與墻體通過連接件進(jìn)行靠連接，墻體及其構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

　　樓板結(jié)構(gòu)由密肋梁和樓面板組成，密肋梁可以采用C型鋼、C型鋼與U型鋼組合的箱型、雙C型鋼組合的工型或者C型鋼與U型鋼組合的桁架。在梁的端頭部位設(shè)置U型鋼邊梁，并且樓面梁在墻上必須有足夠的支承長度。當(dāng)樓面梁跨度超出3.5m時(shí)，應(yīng)采用U型鋼設(shè)置橫向支撐或者用鋼帶設(shè)置X型拉結(jié)。樓板開洞時(shí)，樓板洞口周邊應(yīng)設(shè)置U型鋼邊梁。樓面板一般采用不低于18mm厚的OSB（Oriented standard board）板。面層做法可按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，既可以鋪設(shè)混凝土收光，也可以鋪設(shè)地磚或者木地板。樓板必須其下部構(gòu)件進(jìn)行可靠連接。樓蓋及其構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定以及樓蓋的振動(dòng)均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

　　屋蓋結(jié)構(gòu)視建筑外形而確定，可采用密肋梁體系、密肋三角形屋架體系、密肋梯形屋架體系、密肋搭接式屋架體系。屋架體系上鋪屋面板，屋面板一般采用OSB（Oriented standard board）板。密肋梁體系及密肋搭接式屋架體系與墻體設(shè)置基本相同。密肋三角形屋架體系及密肋梯形屋架體系是由設(shè)計(jì)確定，上弦桿及下弦桿采用C型鋼或者P型鋼，腹桿采用C型鋼或者C型鋼及U型鋼組合。屋架與其下部墻體及橫梁或屋脊構(gòu)件都必須可靠連接，屋架在其下部墻體及橫梁上必須有足夠支承長度。屋架的挑檐長度應(yīng)通過計(jì)算確定，一般不大于600mm。為了保持屋架在安裝和使用時(shí)的穩(wěn)定性和整體性，屋架下弦桿、屋架上弦桿及屋架腹桿在超出其平面外計(jì)算長度時(shí)均應(yīng)設(shè)置水平支撐，在相鄰屋架下弦桿及上弦桿之間還應(yīng)設(shè)置斜支撐。當(dāng)需要在屋面或天花板上開洞時(shí)，洞口周邊應(yīng)設(shè)置U型鋼邊梁。當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度及其以上或最大風(fēng)壓為1.5kN/m2（標(biāo)準(zhǔn)值）以上時(shí)，屋架通過抗風(fēng)連接件與墻體進(jìn)行可靠拉接。屋蓋系統(tǒng)及其構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

　　在節(jié)能、保溫及防噪設(shè)計(jì)上，冷彎薄壁輕鋼體系主要采用擠塑聚苯板做為外墻保溫材料，并且在外墻密肋柱內(nèi)填充離心玻璃棉，這樣既很好的解決了保溫問題，使室內(nèi)冬暖夏，又可以防止冷橋現(xiàn)象的產(chǎn)生。在內(nèi)墻、樓面板及屋架密肋柱、梁之間填充離心玻璃棉，可以有效防止撞擊噪聲的傳播。

　　2-4材料加工及住宅施工

　　鋼結(jié)構(gòu)材料加工全部在工廠完成，工業(yè)化程度高，同時(shí)借助冷彎薄壁輕鋼體系專業(yè)設(shè)計(jì)軟件,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。所有構(gòu)件工廠化加工制造,使材料加工精度高,易于保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　住宅施工可以分為兩種方式進(jìn)行施工。一種是將構(gòu)件散運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)各對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行拼裝，另一種方法是在工廠對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝，將構(gòu)件拼裝成房屋模塊，將模塊運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行組裝。構(gòu)件組裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化裝配,施工速度快,施工周期短,與傳統(tǒng)住宅相比濕作業(yè)施工少，總工期縮短40%以上。海口寶安江南城幼兒園，總建筑面積3000平方米，采用的是第一種施工方法。澳大利亞珀斯海岸多套住宅，總建筑面積20000平方米，采用的是第二種施工方法。

　　三、冷彎薄壁輕鋼優(yōu)缺點(diǎn)及在中國的發(fā)展

　　1、冷彎薄壁輕鋼體系的優(yōu)點(diǎn)有：

　　1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)比較成熟

　　2）構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化

　　3）結(jié)構(gòu)自重輕，抗震性能好

　　4）建設(shè)周期短，受季節(jié)限制少

　　5）室內(nèi)布局靈活，管線暗藏于墻體間令室內(nèi)美觀舒適

　　6）外觀造型豐富多樣

　　7）構(gòu)件可拆裝重復(fù)使用、節(jié)能環(huán)保

　　8）結(jié)構(gòu)蒙皮效應(yīng)明顯。

　　2、冷彎薄壁輕鋼體系的缺點(diǎn)有：

　　1）目前造價(jià)相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)較高（但在大規(guī)模集成化生產(chǎn)情況下造價(jià)只比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)略高）

　　2）構(gòu)件為空心，部分國人理念上不接受。

　　冷彎薄壁輕鋼體系的集成化、節(jié)能環(huán)保、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)十分符合我國的綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。隨著相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及圖集的出臺(tái)，加之國內(nèi)鋼產(chǎn)量的充足，為冷彎薄壁輕鋼體系在中國的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。我國應(yīng)該以吸收國外成熟技術(shù)為基礎(chǔ)，大力發(fā)展和推廣本體系，尤其是在地震多發(fā)區(qū)多使用此結(jié)構(gòu)體系，使冷彎薄壁輕鋼建筑體系在我國形成系統(tǒng)化、集成化、規(guī)�；�。以規(guī)模生產(chǎn)降低住宅成本，使之適應(yīng)我國國情，促進(jìn)冷彎薄壁輕鋼體系在我國的發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　丁成章編著《低層輕鋼骨架住宅設(shè)計(jì)、制造與裝配》北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002

　　丁成章編著《輕鋼骨架住宅設(shè)計(jì)--工程計(jì)算》北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2004

　　《HAYSCAD 設(shè)計(jì)手冊(cè)》（上/下冊(cè)）海斯公司

　　《低層輕型鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅技術(shù)要求(送審稿)JG/TXXX-2004》