浅析冷弯薄壁型钢结构住宅建筑

[摘 要]冷弯薄壁型钢结构住宅是轻钢结构的一种，是一种节能、节材、环保、低碳的“绿色”住宅结构体系，近年来冷弯薄壁型钢作为一种高效、经济型材受到国内外工程界的普遍关注，冷弯薄壁型钢在房屋建筑中的应用也日趋广泛。

[关键词]冷弯薄壁 钢结构 住宅

中图分类号：TU392.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0382-01

一、引言

随着冶金技术的不断进步，近几年高强度冷弯薄壁型钢得到了大力的发展，钢结构体系早已应用于我国的建筑业，但采用于住宅建造，在我们国家还不是很多。美国、日本、澳大利亚等国家，早已采用轻钢结构，特别是采用镀锌轻钢龙骨作为承重体系应用于住宅建造。在美国普通的低层民用住宅中，钢结构的住宅所占的比例从上世纪90年代初的5%已发展到现在的25%左右，而且应用技术更加成熟、完善。低层钢结构房屋一般采用轻型钢结构，轻型钢结构是以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢管、轻型热轧型钢以及由以上各构件拼接、焊接而成的组合构件等为主要受力构件，大量采用轻质围护隔离材料的单层或多层钢结构。轻型钢结构具有良好的力学性能、抗震性能，有可工业化生产和施工速度快等优点，轻型钢结构房屋的建造越来越广泛。轻型钢结构房屋柱、梁、墙体积小，使房屋使用面积和空间增大。通过采取建筑措施，可以达到节能、隔音、防潮的良好效果。另外相较于传统结构，该结构体系具有便于标准化生产、结构自重轻、便于施工安装、施工周期短、舒适性好、节约土地资源和经济效应好等诸多优点，建设冷弯薄壁型钢结构住宅在我国被大力倡导，因此可以说，我国的轻型钢结构有很大的发展前景。

二、冷弯薄壁型钢结构特点

冷弯薄壁型钢结构是指在室温下将较薄钢带通过辊轧或冲压弯折成各种截面的型钢。冷弯型钢的成型方式比较灵活，可以根据需要生产各式截面形状的产品，我国目前约能生产出400多种不同规格尺寸的冷弯型钢，常用的截面有各种形式的压型钢板，不同尺寸的闭口方管、矩形管、圆管、槽钢、卷边槽钢、Z型钢、角铁及各种组合型钢等。冷弯薄壁型钢结构构件的壁厚不宜大于6mm，也不宜小于1.5mm（压型钢板除外）。冷弯型钢的问世开拓了主要借助于优化截面形状而不是单纯依赖改善材质或增加材料用量来提高材料利用率的新途径，这对于节约能源和资源都具有十分重要的意义。有关资料表明，同样面积的冷弯型钢与热轧型钢相比，其回转半径可增大50%以上，其惯性矩及面积矩可增大50%～180%，故冷弯型钢的受力性能好，承载力较高，整体刚度较大，从而可以节省材料，减轻结构自重，而且制作、施工简单，运输安装方便，适用于工业化、商品化生产，有利于改善劳动条件，缩短建设周期。因此，对于我国这样一个资源和能源比较紧张的发展中国家来说，采用冷弯型钢这种高效经济型材在今后是很有必要的。

三、冷弯薄壁型钢结构在住宅中的应用

世界各地的住宅建筑体系因各地不同的建材文化、传统而异。历史上，住宅建筑体系的发展源于人们对住宅的功能好质量而不断提出的高要求。今天，住宅设计体系反映了各国的生活方式、社会认同感，同时还反映了各人的不同个性。冷弯薄壁型钢结构体系住宅有以下优点：1. 房屋自重轻，可减轻建筑结构自重的30%；2. 住宅的抗震性能好；3.可增大s3%的的使用面积、户内空间分割较为灵活；4.钢构件、维护结构板材及各种配件可以工厂化生产，精度高，质量好；5.施工安装简单，周期短，轻钢别墅从基础到竣工两个月可以建成；6.建筑造型美观，由于房间空间大，布置灵活，管道和各种线路布置简便；7.基础以上千式工法没有湿作业，现场施工文明，建筑垃圾少；8.钢材可以回收再利用，属环保建筑；9. 真正的交钥匙工程，室内装修、热水系统、中央空调及家电的安装调试可以一次完工，不需要二次装修，用户可及时入住。

四、冷弯薄壁型钢结构住宅的技术问题

冷弯薄壁型钢是由屈服强度345MPa以上、厚度2mm以下的高强超薄钢板作新材料加工成型的。GB50018―2002《冷弯薄壁型钢设计规范》仅适用于承重构件板材厚度2mm以上的Q235及Q345钢材，对强度更高且厚度在2mm以下的结构设计尚无条文可依。

1.轻型钢结构屋面的体型比较复杂，对于轻钢结构的复杂体型房屋屋面，其风荷载体型系数可按照分区的规定确定，纵风向时屋顶（R）部分的风载体形系数取-0.8，其余部分应按GB50009―2006标准采用。对承重外墙体，横向风荷载可按GB50009―2006标准规定的风荷载取用；对承重内墙体，横向风荷载可取室内房间气压差（可参照澳大利亚规范可取0.2kPa）。承重墙体的墙体面板、支撑和墙体立柱通过螺钉连接形成共同受力的组合体，墙体立柱不仅承受由屋盖桁架和楼盖梁等传来的竖向荷载，同时还承受垂直于墙面传来的风荷载引起的弯矩，其受力形式为压弯构件，应按压弯构件的相关规定进行强度和变形验算。

2.考虑其型钢板材高强度、低延性的特点，推广应用时整体结构的抗震性能是个关键性问题。冷弯薄壁型钢龙骨式结构体系抗震性能研究还较少，主要采取试验研究和理论分析相结合的方式。现还没有关于冷弯薄壁型钢整体结构公认的抗震设计方法，没建立精确完善的分析模型。水平地震作用效应的计算采用底部剪力法，参考“盒子”式结构的分析，在建筑结构的2个主方向分别计算水平荷载的作用。地震作用下抗剪组合墙体的水平侧向刚度由试验荷载-转角滞回曲线的骨架曲线确定，多遇地震作用下抗剪组合墙体的水平侧向弹性变形限值取为1/300层高。结构抗震性能与结构布置的规则性有很大关系，住宅钢结构常见的布置不规则，主要是平面不规则。这样地震时易损坏，所以应尽量使结构布置符合规则性。

四、结语

从我国钢结构住宅发展的总体来看，目前仍然处于起步阶段，低层冷弯薄壁型钢住宅体系中配套部件尤其是维护结构板材等可选性少，而且价格价高，另外由于基础和系统研究不够，还有设计、施工、制造等专业技术人员缺乏等等，这些问题的存在必将制约着冷弯薄壁型钢住宅在中国的推广。我国应根据具体实际情况对低层冷弯薄壁型钢住宅，无论是结构体系还是配套材料都应进行国产化，我们要吸收和借鉴国外钢结构住宅体系成果，建造适合我国国情的住宅。

参考文献：

[1]黎钟，冷弯薄壁型钢结构设计手册[M].北京.中国建筑工业出版社.2010

[2]陈雪庭，张中权.冷弯薄壁型钢结构构件[M].北京.中国铁道出版社.2012

[3]何保康，《冷弯薄壁型钢结构及冷弯薄壁型钢结构规范》.西安科技大学.2013

作者简介：

郭庆霖 沈阳建筑大学 土木工程学院 建筑与土木工程（结构工程）

土木1602班