摘要：主要闡述了冷彎薄壁輕鋼體系的發展，介紹了冷彎薄壁輕鋼體系的材料、結構組成、設計、加工、施工方法及其優勢，此種結構體系符合我國可持續發展的要求，在我國低層住宅中應大力推廣。

　　關鍵詞：冷彎薄壁輕鋼體系  鋼結構  設計  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外的發展情況

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系最早是由木結構演變而來的，在一些發達國家，例如美國、加拿大、澳大利亞及歐洲一些國家，經過近百年的發展、應用及實踐積累，已經成為以上各國低層住宅建筑的主要組成形式，并且都已經形成了自己獨有的設計施工規范，如美國鋼鐵協會標準AISI、澳大利亞及新西蘭聯合發布實施的冷軋薄壁型鋼結構規范AS/NZS4600、歐洲冷軋薄壁輕鋼構件設計規范EuroCode3等。

　　長期以來國內的低層建筑體系一直維持在"磚瓦石"的時代。冷彎薄壁輕鋼住宅體系在20世紀90年代傳入我國，給我國的低層建筑體系帶來一場革命。1996年我國鋼產量達到1億噸，國家政策對建筑鋼結構的應用不再加以限制，借著這個大好時機，冷彎薄壁輕鋼住宅建筑體系在中國迅速發展起來了。在最初的幾年中，冷彎薄壁輕鋼的設計一直沿用著美國、澳大利亞標準，其標準的區別不大。但國內沒有自己的設計規范，一定程度上制約了冷彎薄壁輕鋼住宅體系在中國的發展。中華人民共和國建設部在2004年發布了行業標準《低層輕型鋼結構裝配式住宅技術要求(送審稿)JG/TXXX-2004》，中國建筑標準設計研究院頒布了圖集05J910-1《鋼結構住宅》。技術要求及圖集的頒布，給冷彎薄壁輕鋼體系在中國的發展奠定了良好的基礎。

　　二、冷彎薄壁輕鋼住宅體系的介紹

　　2-1材料型號、材質

　　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，主要用于結構的墻體和屋架等承重體系及屋內隔墻等圍護體系。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，體系中還設計了各種配套連構件，主要抗風連接件、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也不盡相同。日本和加拿大多數采用屈服強度為290Mpa的高強度低合金鋼材。澳大利亞采用屈服強度可到550Mpa高強度低合金鋼，結構構件的厚度可以放寬到0.48mm。美國基本采用2種鋼號： 33 KSI（屈服強度為228Mpa），及50 KSI（屈服強度為345Mpa）。我國與美國基本相同采用Q235鋼材及Q345鋼材。

　　鋼材表面進行熱鍍鋅處理，在化學反應周期上，鋅的活躍性高于鐵，遇到腐蝕情況發生時，鍍鋅層先參與化學反應，有效保護母材。鍍鋅層厚度的要求各國基本一樣，一般是普通地區結構構件的鍍鋅層厚度為雙面180g/m2，強腐蝕地區不小于270g/m2。由于結構外圍護的包裹，其腐蝕速度相對比較慢，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15棟位于不同氣候條件下的住宅建筑的鍍鋅結構構件進行研究，結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定鍍鋅層厚度為雙面275g/m2，滿足結構使用年限要求。

　　冷彎薄壁輕鋼構件多采用自鉆螺絲連接，故對其鋼材牌號不作具體規定，目前國內多使用ST4.2及ST4.8自鉆螺絲。

　　2-2住宅結構設計

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系的設計軟件在國內發展的比較緩慢，很長一段時間內，國內設計此類結構體系只能用手算、查表、計算機簡單輔助運算來進行設計與計算，并且設計完成后，結構構件繪圖量及構件統計量十分巨大。

　　相對于國內，國外此類設計軟件發展的已經比較成熟了。筆者用過的HaysCAD冷彎薄壁輕鋼結構設計軟件就是一款很不錯也比較成熟的設計軟件。HaysCAD原是澳大利亞的一款設計軟件，采用的標準為澳大利亞及新西蘭聯合發布實施的冷軋薄壁型鋼結構規范AS/NZS4600，引進中國后，將軟件內部設計參數更改為中國規范參數。HaysCAD采用人機交流對話框模式進行設計，極大的方便了設計師設計及修改，并且繪圖及構件統計工作能在幾分鐘之內就可以完成。設計完成后，軟件生成的數據可以直接傳輸到生產設備加工構件。

　　2-3住宅結構組成

　　冷彎薄壁輕鋼住宅體系主要由基礎、墻體、樓面板、屋架四個部分組成。

　　基礎一般采用鋼筋混凝土條形基礎，在地質條件不理想的地方也可以采用小型筏板基礎，需要地下室的時候也可以設置地下室，這與傳統結構基礎設計是相同的。

　　墻體結構主要由C型鋼密肋柱組成，需要時可以使用C型鋼和U型鋼組合柱，墻柱的兩端設置有U型鋼底部導軌和頂部導軌。外側墻板一般采用OSB（Oriented standard board）板，為墻體提供側向支撐作用，必要時應設置X形剪力支撐系統。外墻板還可以采用ALC板、復合保溫板、水泥刨花板等。內側墻板一般采用石膏板。承重墻體門窗洞口上方必須設置過梁，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L形截面，其截面尺寸應符合設計要求。當抗震設防烈度為8度及其以上或最大風壓為1.5kN/m2（標準值）以上時，應設置剪力墻和采取抗拔等拉接措施。墻體與基礎、樓蓋與墻體通過連接件進行靠連接，墻體及其構件的強度、剛度、穩定均應滿足設計要求。

　　樓板結構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。當樓面梁跨度超出3.5m時，應采用U型鋼設置橫向支撐或者用鋼帶設置X型拉結。樓板開洞時，樓板洞口周邊應設置U型鋼邊梁。樓面板一般采用不低于18mm厚的OSB（Oriented standard board）板。面層做法可按傳統設計，既可以鋪設混凝土收光，也可以鋪設地磚或者木地板。樓板必須其下部構件進行可靠連接。樓蓋及其構件的強度、剛度、穩定以及樓蓋的振動均應滿足設計要求。

　　屋蓋結構視建筑外形而確定，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計確定，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。屋架的挑檐長度應通過計算確定，一般不大于600mm。為了保持屋架在安裝和使用時的穩定性和整體性，屋架下弦桿、屋架上弦桿及屋架腹桿在超出其平面外計算長度時均應設置水平支撐，在相鄰屋架下弦桿及上弦桿之間還應設置斜支撐。當需要在屋面或天花板上開洞時，洞口周邊應設置U型鋼邊梁。當抗震設防烈度為8度及其以上或最大風壓為1.5kN/m2（標準值）以上時，屋架通過抗風連接件與墻體進行可靠拉接。屋蓋系統及其構件的強度、剛度和穩定均應滿足設計要求。

　　在節能、保溫及防噪設計上，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填充離心玻璃棉，這樣既很好的解決了保溫問題，使室內冬暖夏，又可以防止冷橋現象的產生。在內墻、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

　　鋼結構材料加工全部在工廠完成，工業化程度高，同時借助冷彎薄壁輕鋼體系專業設計軟件,實現設計產品的標準化。所有構件工廠化加工制造,使材料加工精度高,易于保證產品質量。

　　住宅施工可以分為兩種方式進行施工。一種是將構件散運至施工現場，在施工現場內各對結構構件進行拼裝，另一種方法是在工廠對結構構件進行預拼裝，將構件拼裝成房屋模塊，將模塊運輸至施工現場后進行組裝。構件組裝實現機械化裝配,施工速度快,施工周期短,與傳統住宅相比濕作業施工少，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、冷彎薄壁輕鋼優缺點及在中國的發展

　　1、冷彎薄壁輕鋼體系的優點有：

　　1）計算機輔助設計系統比較成熟

　　2）構件標準化

　　3）結構自重輕，抗震性能好

　　4）建設周期短，受季節限制少

　　5）室內布局靈活，管線暗藏于墻體間令室內美觀舒適

　　6）外觀造型豐富多樣

　　7）構件可拆裝重復使用、節能環保

　　8）結構蒙皮效應明顯。

　　2、冷彎薄壁輕鋼體系的缺點有：

　　1）目前造價相對于傳統結構較高（但在大規模集成化生產情況下造價只比傳統結構略高）

　　2）構件為空心，部分國人理念上不接受。

　　冷彎薄壁輕鋼體系的集成化、節能環保、可重復利用等優點十分符合我國的綠色環保、可持續發展的戰略。隨著相關規范標準及圖集的出臺，加之國內鋼產量的充足，為冷彎薄壁輕鋼體系在中國的發展奠定了良好的基礎。我國應該以吸收國外成熟技術為基礎，大力發展和推廣本體系，尤其是在地震多發區多使用此結構體系，使冷彎薄壁輕鋼建筑體系在我國形成系統化、集成化、規模化。以規模生產降低住宅成本，使之適應我國國情，促進冷彎薄壁輕鋼體系在我國的發展。

　　參考文獻：

　　丁成章編著《低層輕鋼骨架住宅設計、制造與裝配》北京：機械工業出版社 2002

　　丁成章編著《輕鋼骨架住宅設計--工程計算》北京：機械工業出版社 2004

　　《HAYSCAD 設計手冊》（上/下冊）海斯公司

　　《低層輕型鋼結構裝配式住宅技術要求(送審稿)JG/TXXX-2004》