探析多层轻型房屋钢结构设计与应用

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

多层轻型房屋钢结构住宅是近年来我们国家快速发展的新型建筑体系，也是目前国内住宅研究和开发的方向。但是它的设计方法，结构体系，结构特点和常用经济指标不为设计者所熟悉，因此多层轻钢住宅示范楼的设计与施工是推广这种新型体系的最好方式。本文结合目前多层钢结构住宅的发展历史以及优势等方面进行了介绍，并对多层轻型房屋结构设计及应付提出了自己的看法。

一、轻钢住宅在我国的发展

我国轻型钢结构经过20多年的发展历史，虽然起步并不晚，主要由于经济与技术、观念意识、设计技术规范的原因使得多层轻钢住宅的发展受到制约及限制，我国建筑中采用钢结构设计的比例还不到5％。

近几年，国家加强了对钢结构住宅的政策指导和支持，钢结构住宅技术日益发展，已经具备了发展钢结构住宅的条件。由于采用“工厂化制造，现场安装”的施工方式，大大缩短了建筑周期，而且抗震性能好，免除了烧砖烧瓦对土地的破坏。

目前我国钢结构年产值约为600亿元，正以年均25%左右的幅度增长。中国钢铁工业的产量已居于世界前列，但钢材在建筑业的使用比例远低于发达国家的水平。

二、多层轻钢住宅的优势

轻型钢结构住宅的建造技术是在北美式样木结构建造技术的基础上演变而来的，经过百年以上的发展，已形成了物理性能优异、空间和形体灵活、易于建造、形式多样的成熟建造体系。

过去我国大量开发的是以小开间砖混结构为主的住宅。这种住宅体系由于使用实心粘土砖，浪费土地资源，建筑物自重大，对抗震不利。另一方面，由于结构体系自身的限制，住宅平面布局多为封闭式的小开间，不能适应不断变化的居住模式的要求。

与传统住宅相比，多层轻钢住宅具有明显的特点与优势，日益受到重视。

多层轻钢结构住宅的优势有：

（一）自重轻，抗震性能好。

采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，可以大量节约材料，减轻结构重量，降低基础，运输和安装费用。因此，对地震区，地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。

（二）外形美观，建筑造型简洁，丰富，构件截面尺寸小，净使用面积增加。

钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

（三）供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。

在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

（四）干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

三、我国轻钢结构住宅面临的一些问题

在轻钢结构住宅的建筑设计理念上，我国同国外有明显差距。目前，我国的轻钢结构建筑设计仍然执行现行的各种建筑规范，与混凝土建筑没有本质的区别。但其建筑理念由于使用材料的特殊性，确有与混凝土不同的地方，进而使其建筑表现出多种差别。

（一）缺乏有针对性的钢结构住宅规范

我国的标准规范是针对几十年来大量使用的结构体系编制的, 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不足为奇。我国《冷弯薄壁型钢结构技术规程》基本上不考虑用厚度2毫米以下的钢材制作主要承重构件, 对于国外大量采用的壁厚0.8～1.6 毫米的镀锌轻钢龙骨承重体系, 我们既缺乏对其受力状况和结构安全性、耐久性的理论分析, 也缺乏相关的实验数据, 这就使得轻钢住宅的结构设计在我国寻找不到有针对性的规范作为依据。这种与国内规范不衔接的状况, 使轻钢结构住宅项目无论在工程报建阶段还是在工程验收阶段, 都会遇到数不尽的障碍与麻烦。

（二）设计观念落后

混凝土建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设计，而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计与结构设计同时完成。目前，国外轻钢结构企业都是遵循这样一条理念，而国内的大多数企业仍执行混凝土建筑设计的原则。建筑设计按混凝土建筑的设计方式进行设计，在结构设计的时候一方面很难完整地表现其建筑风格，另一方面也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。

（三）建筑保温和节能问题

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。轻钢结构住宅保温有外保温和内保温两种做法。外保温做法是在墙柱间填充玻璃纤维, 在墙外侧再贴一层保温材料, 有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥; 内保温层是指外墙内表面层加入内部松软的保温层, 再罩一层纸面石膏板、其他板材或做上抹面, 形成硬质面层。墙体的保温性能会大大加强。阻止了室内的大量热能向室外散发, 从而起到了节约热能的作用。

（四） 建筑防火问题

钢材不耐火, 轻钢结构住宅要进抗火设计及防火措施保护。目前常用的防火措施有四种: (1) 防火涂料法。(2)隔离法。(3) 实心包裹法。(4) 膨胀漆覆盖法。抗火极限最高达2h。对于轻钢住宅结构最关键的问题是防火技术的应用, 工程中常用作法是: 在墙的两侧与楼盖的天花处贴防火石膏板, 对于普通防火墙和分户墙用2514mm 石膏板保护, 以达到1 个小时的防火要求, 另外在墙体墙柱间与楼盖搁栅间填充的玻璃纤维对于防火与热传递也起了积极的保护作用。

（五）建筑隔音问题

建筑隔音问题已经成为业主关注的重点, 声音传播分为空气传播和固体传播两种形式。《民用建筑隔音规范》要求: 建筑隔音最低标准为40 分贝。轻钢住宅中, 采用内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉, 阻止空气传播; 在分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体; 对于固定吊顶石膏板的小龙骨, 用带有小切槽的弹性构造措施减少楼层间的固体声传播。

四、对目前轻钢结构住宅应用的一些思考

（一）应有计划地建造一批试验工程, 以便引进该项生产技术

如果没有一定的建造量, 就不可能编制完成我们自己的轻钢结构技术规范,在中国使这项技术成熟起来就成为一句空话。虽然一般情况下我们强调必须执行强制性规范, 但是技术标准和规范就其性质来说, 永远都是落后于技术自身的发展的。因此, 在国内规范不完善时, 建造试验工程不仅是应当的, 而且是必须的。

（二）应编制相应的轻钢结构住宅技术标准和规范

由于与国外标准体系、技术环境的差异, 甚至标准管理方式和部门分工的不同, 都使这项工作在我国具有相当的难度，根据建设部技术标准编制工作计划,目前建设部住宅产业化促进中心正在组织各有关科研设计单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准《低层轻钢结构住宅技术要求》, 这项标准后, 将结束轻钢结构住宅在我国无技术标准可依的局面。

综上所述，我国的轻钢结构住宅尚处于发展阶段, 还有许多问题需要进一步研究和完善, 但产业化、技术集成化是我国住宅业发展的必由之路, 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。我们相信，钢结构将会迎来一个快速发展时期，由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破，从事钢结构制造、施工企业将前景非常宽阔。

孙韬 钢结构住宅楼板形式的比较研究 [期刊论文] -徐州建筑职业技术学院学报2009(4)

李志森 住宅设计中对轻型钢结构的应用 [期刊论文] -四川建材2008(3)