轻钢龙骨结构住宅体系的发展和应用

摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视轻钢龙骨结构住宅体系的发展和应用，轻钢龙骨结构住宅体系对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍轻钢龙骨结构住宅体系的发展和应用的有关内容。

关键词 轻钢；结构；住宅；应用；发展；体系；

Abstract: With the social development and progress, more and more attention to the development and application of the residential system of light steel keel structure, light steel keel structure housing system has important implications for real life. This paper describes the development and application of the relevant content of the light steel keel structure housing system.

Key words; light steel structure; residential; applications; development; system;

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

引言

随着国民经济的发展和钢产量的提高, 轻型钢结构住宅的发展受到前所未有的关注和重视. 发展经济、实用、美观的轻型钢结构住宅, 对带动建材、冶金、化工和机械等相关产业的发展, 提高建筑业的技术水平和人民的居住功能水准, 实现住宅的产业化、标准化, 促进城市建设的发展有着重要的意义.

1、轻钢龙骨结构体系的做法及主要特点

轻钢龙骨结构体系是一种经济、实用、高效的新型结构体系, 发展这种结构体系符合我国住宅建设的发展方向.

轻钢龙骨结构体系是加拿大Intel land Bank In􀀁ternat ional Cor p. 开发的一种新型结构体系, 在加拿大、美国、澳大利亚等国家也有不少应用, 仅局限于4 层及其以下的住宅、别墅等。轻钢龙骨结构体系是一种密梁密柱轻钢结构体系, 梁柱截面为由薄壁冷弯镀锌方管用V 型连接件组成的桁架结构( 如图1 所示) .

薄壁冷弯镀锌方管和V 型连接件的厚度在( 1.0~ 2. 0) mm 之间. 密柱布置在房屋四周, 形成墙体骨架. 柱子的高度与层高相同, 宽度根据U 型连接件的形式有240 和370 两种, 符合我国现行建筑模数. 桁架梁两端支撑于柱子上, 形成楼层骨架. 桁架梁于桁架柱通过U 型导轨连接, 桁架梁的上弦置于柱顶, 下弦与柱侧面固定, 所有构件均通过可调离合器螺丝枪用自攻螺钉连接, 操作方便.轻钢龙骨结构体系, 在建筑上可以自由布置, 平面上可以自由组合, 形成理想的开间和进深. 桁架柱的中到中间距在600 mm 左右, 柱与基础地龙骨的连接可采用螺栓连接方式. 其余的柱均用自攻螺钉与地龙骨和天龙骨连接在一起, 通常认为柱的上下为铰接. 在窗、门洞两边布置组合柱, 其截面形式为4 根薄壁冷弯镀锌方管用V 型连接件组合成的矩形截面( 如图2 所示) . 窗、门过梁的截面形式有几种,具体形式要根据跨度和荷载大小而定.

轻钢龙骨结构体系在水平荷载下象一个悬臂梁, 墙内的密柱, 其作用相当于悬臂梁的翼缘, 柱间跨越房间宽度的桁架梁相当于悬臂梁的腹板, 因而其横向刚度大, 侧向位移小. 在垂直荷载和水平荷载( 风荷载) 作用下, 柱子产生的弯矩小, 主要承受轴力. 因此, 可以使较宽桁架系列( 370 型) 横向布置,这样, 提高了房屋的横向刚度.这种结构体系能依靠整个建筑物的重量来抵抗倾覆力矩, 故所承受的垂直荷载常常是以平衡水平荷载( 风荷载) 引起的拉拔力, 整个结构大部分杆件承受轴力, 仅桁架弦杆存在明显的二阶弯矩, 故用钢量很省, 使结构自重减轻, 基础的处理也相对简单些.

轻钢龙骨结构体系是一种环保型绿色建筑, 可工厂制作, 现场安装, 现场湿作业少, 施工现场干净,基本无粉尘污染, 降低施工噪音; 与钢筋混凝土结构和普通钢结构相比, 施工速度快, 工期短, 综合经济效益好.

2、轻钢龙骨结构住宅体系在国外的发展和应用

目前，由于环保意识的加强和木材短缺等因素，许多国家如美国、加拿大、日本、澳洲等，正积极地推动预制装配化钢结构中低层住宅的应用与发展[4] .

2 .1 轻钢龙骨结构住宅体系技术的发展

在美国，1939 年康乃尔大学在乔治.温特教授领导下，开始对冷弯薄壁型钢结构进行研究.1946 年，基于温特教授的研究成果，AISI (美国钢铁协会)发行了允许应力设计(ASD)规范《冷成型钢结构构件设计规范》，这也是世界上最早的冷弯薄壁型钢结构规范和准则.AISI 于 1956 年，1960 年，1962 年，1968 年，1980 年和 1986 年对该规范进行了修订，以反映该技术的发展及不断研究所获得的成果.AISI 还于1991 年发行了第一版荷载抗力系数设计(LRFD)规范，并在 1996 年将 ASD 和 LRFD 规范合并成一本规范.1999 年，

AISI 又了 1996 年版的补充.2005 年 AISI 又修订版.美国将 AISI 相关冷成型钢设计标准上升为国标，其中包括：《冷成型钢结构总则》，《低层轻钢住宅指定性建造方法标准》，《冷成型钢桁架设计标准》，《冷成型钢过梁设计标准》，《冷成型钢抗侧力体系设计标准》 .加拿大标准协会 CSA 于 1967 年也了《冷成型钢结构设计规程》、在轻钢龙骨结构低层住宅方面，加拿大有比美国更为细致的技术规范与手册，如加拿大薄壁钢建筑结构协会 CSSBI 的《轻钢住宅结构施工细则》，《轻钢住宅构件选样标准表》，《轻钢住宅结构设计指南》，《低层轻钢结构施工细则》等 .更为重要的是加、美两国成立了北美钢构联盟(NASFA) ，最终实现了北美冷成型钢结构设计标准的统一.

20 世纪 70 年代起，欧洲许多机构和私人公司对冷成型钢构件、连接及结构体系进行了积极研究和开发.在奥地利、捷克、法国、瑞典、英国、德国等都是最早形成冷成型钢设计规范的国家.同时，欧洲钢结构协会 (ECCS)完成了一些用于建筑冷成型钢结构测试及设计的文件.20 世纪末，欧洲标准化委员会发行了用于冷成型钢构件和钢板的欧洲规范 3 中的 1～3 部分(Eurocode3 ：Part1-3)[7] .这标志着欧洲在冷成型钢结构方面也有了统一标准.

轻钢龙骨结构技术在澳洲的发展主要是以澳大利亚和新西兰两国为代表.在当今冷成型钢结构技术领域澳大利亚的 Hancock 教授是继美国的温特教授之后又一位杰出的大师级人物.在他的主持领导下，澳洲于 1996 年统一了冷成型钢结构技术标准(“Australian Standards /New Zeal Standards on Cold-Formed Steel Structure ”，AS/NZS 4600 ，1996) .亚洲轻钢龙骨结构的发展始于 20 世纪 80 年代.进入 90 年代，日本加大了在这一领域的研究与开发.1995 年，日本钢材俱乐部成员以新日铁为首的 6 大钢铁企业联合开始研发冷成型钢结构技术(后称为KC技术体系) ，并于 2002 年《薄板轻量型钢造建筑物设计手册》，此后上升为国家标准.

2.2 轻钢龙骨结构住宅体系的应用

美国在 1992 年初期，仅有 500 栋，1993 年建造了 15 000 幢冷成型钢住宅，1996 年 75 000 幢，而 1998年达到 12 万栋，2000 年达到 20 万栋的规模，约占住宅建筑总数的 20 % .2002 年后将占住宅市场份额的 25% .在北美，这种结构还被越来越多地运用到多层建筑领域，据建设部住宅中心考察报告称，北美轻钢龙骨多层住宅已实施将近 300 万 m2 .在日本，每年用于建筑的钢材 2 500 万 t 左右，占钢材总量的 25 % ，其中用于钢结构住宅的钢材也有700 万 t～800 万 t .轻钢龙骨结构住宅(日本成为薄板钢骨住宅)份额也随之呈逐年上升趋势，现在年建造数量都在 10000 栋以上，并被国家大力推广使用.在产品形态方面，这种结构不仅被用在独立式住宅、别墅中，而且在学生公寓、汽车旅馆、超市、儿童活动室、老人福利院、医务所等不同类型建筑中均有广泛使用.除了整体房屋产品，以冷成型钢构件组装成的墙体、楼板、屋面、屋架、桁架、网架、平台、楼梯、门窗等局部产品也被大量使用在公共建筑之中.在欧洲(如英国、德国、荷兰等) ，由于钢结构的随意拼接能力可以设计出丰富多变的住宅建筑外形，因此，在别墅住宅设计中已越来越多地用钢结构体系替代传统的砖结构.

3、轻钢龙骨结构住宅体系在国内的发展和应用

与西方发达国家相比，我国的冷成型钢结构技术的发展起步较晚，上世纪 80 年代初期北美先进的冷弯型钢结构技术被引入我国.1987 年我国了第一部冷成型钢结构设计标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GBJ18-87) ，1998 年开始全面修订，并于 2002 年 9 月 27 日修订的《冷弯薄壁型钢结构技术规程》GB50018—2002 .但这一规程并不适用于厚度在 0 .8 mm～1 .8 mm 的冷弯薄壁型钢.一些企业如北新房屋有限公司从自身经营的考虑编写了自己的企业标准《薄板钢骨建筑体系技术规程》；上海绿筑公司编制了企业标准《低层冷弯薄壁型钢结构施工质量验收规程》；2004 年建设部开始组织编写《低层轻型钢结构装配式住宅技术要求》并于 2005 年；2011年我国了《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》.在我国，虽然低层轻钢龙骨结构住宅体系的研究尚处于起步阶段，但是其市场呈迅猛发展趋势.一些国外的大型钢构公司如巴特勒、博思格已经进入中国建筑市场[8] ，国内的一些大型钢构公司和专业生产轻钢产品的企业已经开始引进国外的先进技术，在国内建成了一些成功的工程.据不完全统计，目前我国的这种低层轻钢龙骨结构住宅数量为 2000 多栋，与发达国家相比，所占住宅总数的比例太小。

结束语

轻钢龙骨结构住宅是以冷弯型钢为承重骨架，以轻型墙体材料为围护结构所构成，与传统住宅结构相比具有明显的综合经济效益，所以发展冷弯薄壁型钢住宅不但可以解决我国住宅建设效率低、质量差的问题，而且有利于促进我国住宅建设的产业化.对比国内外的发展情况，可知进一步加深对轻钢龙骨结构住宅体系的研究，并编制出一套适合我国的国家标准和行业标准的必要性和迫切性.另外，轻钢龙骨结构住宅主要以低层为主，多层仅在北美有建成项目，北美以外地区还没轻钢龙骨结构多层住宅项目出现.针对我国人多地少的国情，将轻钢龙骨结构住宅从低层发展到多层，也是一片新的更广阔的研究领域.

参考文献

[1] 徐 磊.加拿大轻钢结构住宅体系[J] .上海建材，2001 ，(6)增刊：38-39.

[2] 宋 江.轻钢住宅技术体系研究[J] .山西建筑，2008 ，34(7) ：114-116.

[3] 张庆凤，张小玲.钢结构住宅设计与施工技术[M] .北京：中国建筑工业出版社，2004 ：2 .

[4] 李正春.冷弯薄壁型钢钢结构住宅的产业化应用研究[D] .西安建筑科技大学工程硕士论文，2007 .

[5] 何保康，周天华.美国冷弯型钢结构的应用与研究情况[J] .建筑结构，2001 ，31(8) ：58-59.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。