轻型钢结构的发展和应用
钢构房屋造价标签： 轻钢结构；结构体系；防腐；防火
轻钢结构特点：
传统概念上的轻钢结构主要是指采用圆钢、小角钢等组成的小型或小跨度屋架、刚架等钢结构。随着时代和科技的发展，现在的轻钢结构主要是采用焊接薄钢板、冷弯薄壁型钢、压型钢板及圆钢为主要承重构件的轻型和超轻型结构体系。
轻钢结构具有以下特点：建筑上造形轻巧美观，彩鲜艳，建筑形体多样化。结构上由于利用了钢材屈曲后的强度，结构用钢量较普钢结构节省50%以上，从而使上部结构自重轻，抗震性能好，基础简单。施工方面，可标准化自动化生产，制作质量严格，可靠性好。经济方面，结构造价与砖混、钢砼结构相当，但施工速度快，资金回收快；同时轻钢结构取代砖石或木结构，可回收利用，符合环保和可持续发展原则。轻钢结构的缺点是：设计、制作、安装技术新，
精度要求高，对设计和施工人员素质要求高，要进行专门培训；加工制作需建专业生产线，先期投入大；需作专门的防腐、防火处理。
1、轻钢结构体系
轻钢结构体系主要有以下五类：焊接门式刚架结构体系，冷弯薄壁型钢结构体系，多层框架结构体系，薄壁折皱拱壳屋面体系，空间和张拉结构体系。以下仅对焊接门式刚架结构体系和多层框架结构体系进行简要阐述。
1.1单层门式刚架房屋结构体系
门式刚架为主承重结构，压型钢板围护结构。特点：分析设计和制作安装技术成熟，应用广泛，多种定型成套体系；工程质量差异大，超载能力有限。应用范围：广泛应用于各类轻型工业厂房，体育场馆、娱乐场所、公共建筑，仓库及储运设施，超市、零售和商业服务。结构组成：基础，主刚架，墙梁，檩条，屋面板，墙面板，抗风柱，屋面支撑，柱间支撑等。结构设计要点：设计依据为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，按平面有侧移刚架分析设计，利用支撐和围护结构保证空间整体稳定性；工形实腹焊接截面，腹板高厚比大；钢筋
混凝土独立基础，刚架柱脚与基础刚接或铰接；刚架梁柱采用高强度螺栓端板连接，檩条或墙梁采用C形或Z形冷弯薄壁型钢，镀锌檩条或黑檩条，普通螺栓连接；屋面承受活荷载为主，墙面承受风荷载为主；支撑的布置原则与普钢结构厂房（屋架）相类同，采用圆钢拉条；墙板、屋面板采用单层、双层夹芯、复合或单层板加保温层。
1.2多层框架结构体系
热轧或焊接型钢为主承重结构，必要时布置柱间支撑以保证整体稳定性，压型钢板组合楼盖，轻质围护和内隔断。特点：热轧或焊接H型钢梁柱或方、圆钢管构件，采用压型钢板组合楼盖，可保证钢梁的整体稳定性，提高梁的刚度和承载力；施工和安装技术要求高，支撑可能会对使用有一定影响。应用范围：住宅，多层工业厂房；学校、医院、办公、娱乐等公共建筑；超市、零售、百货等商业建筑；旧建筑加层、改扩建。结构组成：基础，框架梁柱，墙梁，檩条，屋面板，墙面板，屋面支撑，柱间支撑，楼面次梁，压型钢板组合楼盖等。结构设计，柱截面采用H形或箱形，梁为工形实腹或空腹蜂窝梁，主梁和柱间按刚接或铰接设计，主次梁铰接；压型钢板组合楼盖按简支单向板设计配筋，配筋形式与板形有关，压型钢板可考虑参与组合受力，或仅用作楼盖施工模板；用栓钉连接的楼盖可保证梁的整体稳定性。
2、轻钢结构的发展及应用
2.1国外发展壮况
轻钢结构房屋诞生于二十世纪初，主要用于车库，采用钢波纹屋面和墙面，二十世纪二十年代出现定型化生产的厂房。二战期间及战后，由于战争及战后重建的需要，轻钢结构房屋建筑迅速发展，多用于快速建设战地飞机库和战后工业厂房的重建。四十年代出现门式刚架，五十年代出现压型钢板，六十年代出现彩板、Z型檩条、保温墙板和屋面板。现在轻钢结构在国外，特别是欧美，则广泛应用于商业建筑、各种工业厂房、公共建筑、农业建筑。其主流产品是门式刚架结构体系和单、多层框架结构体系，出现影响比较大的体系和公司，具有完善的设计和施工管理体制。在设计及制造工艺上国外已经非常完善，开发了多种专利产品，专用设计软件可在短时间内完成设计、绘图、工程量、工程报价，在制造上也可根据设计连机生产。
2.2国内发展壮况及存在的问题和对策
1）国内发展壮况
我国大量应用轻钢结构从上海宝钢工程开始，采用压型钢板围护结构，焊接H型钢作为承重结构。上世纪八十年代冶金工业部设计研究院等单位研究、开发和应用轻钢建筑成套技术。引进了H型钢、檩条、墙梁、压型板、夹芯板、保温板、轻钢龙骨生产线。上世纪九十年代外国的轻钢生产厂家将整套的结构体系推向国内市场，国内的轻钢生产厂家、设计单位转向轻钢结构。目前，我国钢产量居世界第一，普通碳素钢质量可靠，供应充足，镀锌及彩钢板性能优良。在轻钢结设计制作和安装等方面已积累了成功的经验，各类焊接冷成型压型板等轻钢生产线数百条，自主开发和国外引进相结合，目前轻钢结构在我国进入了兴旺发展的时期，广泛应用于商业建筑、各种工业厂房、公共建筑、农业建筑和旧建筑加层等。
2）国内轻钢结构存在的问题：
设计能力及设计手段低：受传统设计思想束缚，用钢量比国外同类结构高；设计人员钢结构知识和概念陈旧，设计方法的实现受制作安装技术和精度的制约，建筑形体简单、单调，未能体现轻钢结构在建筑创新方面的优势；冷弯薄壁型钢仅用于次要或围护结构，主框架结构和连接设计尚缺乏理论和实践依据。
建筑构造方面：屋面漏水——轻钢房屋的屋面采用压型钢板或夹芯板，以自攻螺栓与屋面檩
条连接，虽然有橡皮垫圈等防水措施，但随着使用年限的推移，都不可避免地出现漏水现象，而且检修十分困难。檩条防锈——屋面檩条和墙梁均采用冷弯薄壁构件，其钢板厚度仅为1.0～3.0mm，油漆处理，既不美观而且使用期内防锈的喷涂也十分困难。结构防火——钢结构的防火主要是采用防火涂料，对于耐火极限要求高的结构需要的涂装层很厚，既增加工程造价，又影响了结构的美观。
结构材料性能低，制作和安装能力：除个别新建大型生产线外，大多数生产线工艺落后，加工精度低；下料组装钻孔偏差大，手工操作多，制作变形大，薄板焊接工艺差；整体结构制作偏差大，现场安装困难；其原因是施工单位良莠不齐，半路出家，缺少必要的专用设备和技术培训，施工和安装队伍质量管理和技术管理水平低，安装工期和质量都难以保证。
3）解决问题的措施初探
专业培训和认证：轻钢结构的设计制作和安装是专业性很强的技术工作，对从业人员的教育程度专业水平和操作水平要求高，要经过多年的工程实践经验的积累。目前我国已经展开了这部分工作，收到了一定的成效。
建筑构造方面：屋面漏水——可采取以下两种途径加以改进，一是改进密封材料的抗老化性能，提高其耐久性，二是改进屋面的构造形式，采用无螺钉孔专利屋面板，即采用扣件和锁边技术与檩条连接，合理解决屋面漏水问题。对防锈问题——可采用镀锌钢板和不锈钢板加以解决；对防火问题——可采用耐火钢材和新型防火涂料加以解决，造价略高。
3、轻钢结构发展的前景展望
随着时代的发展和科技的进步，以及人们对钢结构房屋需求的大量增加，特别是我国西部大开发等现代化建设战略步骤的逐步实施，将导致人们对钢结构技术有更多的研究，轻质高强的新型钢材也将不断被研制出来，并投入生产和使用。轻钢结构的发展前景将十分广阔，并将发生巨大变化。
参考文献：
[1]《钢结构设计规范》（GBJ17-88）1989
[2]《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-87）1989
[3]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102-98）1999
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