冷弯薄壁型钢结构

冷弯薄壁型钢结构

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冷弯薄壁型钢结构体系及其在民用建筑的应用

摘要：本文着重介绍冷弯薄壁型钢结构体系及其特点，并结合轻

钢结构住宅，阐述了冷弯薄壁型钢结构体系在住宅设计上的特点，同

时分析了其在建筑和结构上现存的局限性和发展中存在的问题，从而

展望冷弯薄壁型钢结构体系必将称为中国住宅建筑业一个重要的发

展方向。

关键词：冷弯薄壁型钢结构体系住宅设计

1冷弯薄壁型钢结构体系及其特点

冷弯薄壁型钢是一种公认的经济断面型材，建筑业是冷弯薄壁型

钢应用潜力最大的行业。它主要由0。5~3.5mm厚普通钢板或镀锌钢

板经冷弯而成，基本形状为C形、Z形和方管(矩形），并可形成各种

折皱和卷边、拼成I型或者T型，以提高截面刚度和承载力。我国冷

弯薄壁型钢始于50年代。60年代中期，部分地区兴建了10余万㎡

冷弯薄壁型钢结构试点工程。1970年前后，在第二汽车建造厂的建

设中,又集中采用了25万㎡的冷弯薄壁型钢建筑,以方管屋架为主，形

成一定规模。是一种很有发展潜力的结构形式.冷弯薄壁型钢过去多

用作屋面、隔断和维护结构的单体构件，如檩条、墙梁、山墙架、钢

屋架、桁架等,只有少量作为结构构件在中、小跨度门式钢架（无吊

车）、货架中。而今在很多国家和地区采用冷弯薄壁型钢作为承重骨

架的结构被越来越多地用到单、多层住宅、别墅建筑中,形成了冷弯

薄壁型钢新型结构体系。

冷弯薄壁型钢结构体系作为轻型钢结构形式的一种，具有维护结

构自重轻，恒荷载轻;承重结构截面小，构件自重轻;标准化、自动化、

机械化快速制作安装，劳动强度轻;新结构体系，用钢量轻;大、中、

小跨度，单、多层，工业、民用，建筑造形轻的现代概念。其结构特

点是可现场干作业、全螺栓拼装，同时安装简便，搬运重量轻、仅需

小型起重设备。但是其连接设计复杂，防腐问题突出，大截面型刚加

工困难。

2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在欧美的开发和应用较早，近年在日

本的发展也比较快。我国的这种结构体系的住宅尚处于起步阶段。上

海、长沙、北京、天津等城市已建成或在建设低层、多层冷弯薄壁型

钢结构体系试点工程。

作为工业化住宅，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）可增大约3%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。

3冷弯薄壁型钢结构住宅的健康设计

3。1建筑设计：

轻钢结构住宅具有安全、健康。舒适、节能环保等优良能。冷弯

薄壁型钢结构住宅的施工简单,运输方便，工厂化生产，有利于改善

劳动条件，缩短建设周期。对建筑师而言，为他们的个性化设计带来

了更丰富的想象空间，不仅是在住宅的结构形式，而且在质感、颜色、

功能和空间划分各方面都突破了传统建材对建筑师的制约。它改变建

筑业那种肥梁，胖柱,深基，重盖的面貌，同时还使得建筑物外形轻

巧别致，色彩斑斓，富有时代气息。

3。1。1平面功能:

（1）冷弯型钢受力性能很好，结构轻，多为梁柱体系，可以自

由而又灵活的布置内部空间，满足了用户对整体大空间(如客厅）的

要求。房间布置灵活，做为空间分割的内墙，可以按用户的要求做个

性化布置,从而最大限度地适应使用要求。

（2)厨房、浴室、卫生间等设计及设备的选用需经过试验研究，

在方便使用上下功夫，满足客户将来居住生活的变化，从“生涯住宅”

的设想派生出“完美的设计”.对将来所需配置的安全性和日常生活

中的有效性，都通过住宅研究确认.

(3)在使用频率高的走廊、楼梯和洗手间等处采用m制模数。

(4）考虑有利用健康的隔音对策,不仅考虑防外部噪音，也要考虑

居室间的隔音。提供舒适的生活空间，充分考虑环保,选择天然的无

污染的内装修材料。门窗选用防老化，防变形产品的。

3.1。2建筑立面

新材料,新技术，必然在设计上要富于创新的新时代的思维。钢

铁的易弯曲成型，给建筑师许多新奇大胆的设计，创造出精美细部，

轻盈的结构形式。加上玻璃与刚的结合，都是现代设计的基本元素，

也是时代发展的潮流。鲜艳的色彩,轻巧的外形，别致的造型，让建

筑形体具有灵活性,富有时代的气息。住宅设计上，色彩、风格、造

型要多注重自然。

3。2建筑构造：

（1）屋面板：有波纹板和槽形板两种,波纹板的波幅18～26mm，

板长0。6～12m，槽形板槽深17.5~42.5mm，板厚0。5～1.0mm，板

长0。6~15m，这种板长分别有7种规格和7中面色供设计选用，此

外还有一种城中的槽形板，板的支撑跨度有3。5~11m，板厚0.5～1。

5mm，而槽深42.5～153mm，它直接制成在屋架上，从而减少了檩

条这一构件。

（2）墙板：有波纹板和槽形板两种，还有由双层板中间夹填聚

氨酯或聚氯乙烯泡沫组成夹芯板，它具有隔热，隔音多功能,板面有

多种颜色，设计者可以设计撑各种色彩斑斓，造型美观的墙面.

（3）承重构建：常用有开口截面的角钢,槽钢，卷边槽钢,Z型钢

等，闭口截面有口型，圆型及组合型等。

（4）外墙及外墙饰面：承重与非承重多都采用轻型钢龙骨墙体。

一般可用工厂预制和现场制作的，分有预制的墙体连外墙饰面和墙体

外挂两种形式。对于外墙饰面，常见的有砖,木和抹灰。而轻钢龙骨

外墙的使用，不仅不会制约饰面的材料选择,反而给建筑师们更大的

发挥空间。

4冷弯薄壁型钢结构住宅的结构设计

冷弯薄壁型钢结构体系主承重结构是将工厂预制的冷弯薄壁型

钢（C型或Z型）在施工现场用螺栓连接形成结构骨架，再封上墙面、

楼板、屋面板形成整体住宅.其中又分Balloon式Platform式格构体系。

两者的区别是Balloon式中的墙支柱在楼板连接处不间断,而Platform

式中的墙支柱在楼板连接处断开,上一层的墙支柱支承在下一层的楼

板上。

这种结构形式适用与造型多变的别墅及低层住宅。其框(刚)架梁

和柱一般采用双C或四C槽钢组成I、形截面,必要时采用热轧角加强。

承重结构为平面框架，需要布置柱间支撑证整体稳定性。楼层采用主

次梁体系及组合楼盖。不上人屋面采用檩条和压型钢板.内墙为轻质

隔断，外墙采用轻钢龙骨保温板。

冷弯薄壁型钢结构体系在我国的发展刚刚起步,现阶段的主要设

计为《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GBJI8-87）.设计中按平面或空间

框架结构分析，弹性设计。在门式钢架中多采用铰接柱脚；对于框架

梁柱多位铰接或半刚接；次梁多为单China或Z型钢。目前我国有关

单位采用镀锌C型钢，建造了一批冷弯薄壁型钢结构样品房,并进行

了各种荷载条件下的结构试验。对楼（屋)盖和墙板的振动与隔声、

保温与结露等性能进行了综合测试。

5冷弯薄壁型钢结构应用的实列介绍

冷弯壁型钢在建筑业的应用的已蓬勃发展起来,仅美国的统计，

它已为世界各地建造了18万栋厂房，近两年广东省已采用美国华普

顿公司提供的型钢建造了12万平方米的厂房，香港已建成多栋全部

采用镀锌冷弯型钢住宅（四～六层)，自重极轻、安装简便;英国的冷

弯薄壁型钢别墅，批量生产，完全手工安装，一星期即可完工，将替

代木结构。牛津建成三层示范房进行保温、隔声、温湿度、耗能等建

筑理性能长期观测。

总之，冷弯薄壁型钢结构体系在民用建筑中的应用在发展，并且

与各种先进的设计理念结合,形成了各具特色的建筑。

（1）英国MiltonKeynex为来世界样板别墅（Platform)

其建筑外形是典型的英国乡村别墅，可顺应使用者对传统文化的

认同感。由于新建筑技术的应用，使这一外表传统的建筑有了十分现

代的使用功能.轻质保温隔热墙体及屋面的应用使该住宅在保温隔热

上与传统结构住宅相比有很大进步。由于该住宅选用冷弯薄壁型钢结

构体系，建筑物的使用面积也大大增加，结构面积大大减少。另一方

面，由于刚结构材料强度高，该住宅的空间分割可以选用大跨度、大

空间,从而使住宅使用者享受到大空间的舒适使用功能。

（2）杭州，某轻钢龙骨体系，南京旭建AOC板和砌块做墙体,

二层采用进口纤维水泥板,技术为澳大利亚引进，有些标准也是沿用

澳大利亚的,主体结构所用钢材为G550高强度镀铝锌钢板，所用板厚

仅为0.55mm，测试中最低屈服强度为670MPa.优点是材料新颖、环

保耐用；整个建筑自重极轻，对基础构造要求简单；抗震性较好，产

品工厂化高，安装速度快等;另外由于钢龙骨最大截面高度只有63mm，

故在净使用面积上要比传统结构或者相应结构体系高出7%～16%,具

有加大的经济优越性.

还有一些个具特色的建筑，如表1所示.

表1

工程名称特点

加拿大Onario别

墅

成功地采用钢材替换了传统算的木材，

增加了结构算的永久性。

英国Marytand环

保样板别墅

钢骨架中有50％的材料是回收的再生钢

铁材料。

德国Koblenz太阳

生态别墅

结合了刚结构和太阳能系统的优点,是

Balloon式冷弯薄壁型钢结构。

上海MST轻钢住

宅样板房

自重35公斤/平方米，整体建筑结构结

实,造型灵巧，立面丰富。

6存在的技术问题

（1）建筑方面：

1）设计观念的转变:在沿袭多年的混凝土结构设计过程中，

建设设计和结构设计基本上是分开的，先建筑设计，再结构设计.

而作为轻钢结构建筑由于特殊的材料和先进的设计软件，使得建

筑设计和结构设计得以实现一体化。若遵循传统的先建筑后结构

的设计方式，就不能充分利用轻钢结构优良的受力性能和截面形

式之间的有机结合。轻钢结构的设计过程中还要注意配件与建筑

设计的一体化。

2）表现形式的不同：轻钢结构建筑主要通过线条、色彩的

变化来表达美观目的，维护材料的疏密，横竖的线条，体现了工

业化的现代气息，带给建筑金属的质感.为最大限度的表现这种流

畅的线条，建筑师就要注意开窗的大小，开启的方向和位置.表面

涂料要防火和防腐，还可以哟、用其丰富鲜艳的色彩来美化整个

建筑.在复杂的形式组合和不同的色彩之间，后者是一种更为方便，

廉价，多变的建筑造型表达方式。

（2）结构方面:

主要包括一下几点：

1）合理有效的承重结构体系的选择:冷弯薄壁型钢结构

体系的承重结构一般为平面框架，设计中选择有侧移框架或者无

侧移框架、柱脚选择刚接或者铰接、主次梁如何布置，这些都是

很重要的问题。

2）组合构件的承载性能分析：当构件承载力不足的时候,

常常使用组合构件，例如框架柱常用双China或四C槽钢组成的I

及T型截面。分析对这种组合构件的承载性能是十分必要的。

3）连接节点的设计及其抗震性能：冷弯薄壁型钢结构体系

算的连接节点既不是纯刚性节点,也不是铰接节点,而是介于这两

者之间的半刚性节点，所以其节点的设计与抗震性能是一个十分

复杂的。

4）组合楼盖对侧向刚度的影响及其应用研究:新型压型钢

板密肋组合楼盖会对结构的侧向刚度产生很大的影响,但是目前对

这方面问题研究还很不充分。

5）支撑、剪力墙等抗侧立体系的性能研究：由于轻钢结构

较柔，所以常使用支撑、剪力墙的抗侧力体系以提高机构的刚度。

对这些抗侧力体系的性能也要做深入的研究。

6）高效算的内外围护系统开发研制：合理有效的内外围护

结构不仅要体现干作业、施工快的特点，还要具有优良的保温隔

声性能,满足室内外装修的方便与灵活要求等。

（3)设备方面：

建筑设备与钢结构住宅配套，是住宅首先遇到的问题。要选用和

开发适合钢结构住宅的各项配套设备、采用先进的技术和设备用于钢

结构住宅是一个重要的问题.

（4）施工方面：

冷弯薄壁型钢结构的制作安装是专业形很强的技术工作，不仅需

要专业的生产线，而且对从业人员的教育程度、专业水平和操作技能

有相当高的要求，这不是普通工人经过简单培训就能胜任的。而且目

前我国大多数钢结构企业的生产线工艺落后、加工精度低，施工单位

技术水平良莠不齐,缺少必要的专用设备和技术培训，这使得安装工

期和质量难以保证，对冷弯薄壁型钢结构体系的发展造成了很大影响。

7结论与展望:

正如惠特尼在《自由的背脊—赋予钢结构和建筑材料及其应用的

调查》序中所说,“现代的建筑是自由的建筑，而钢铁是它的脊梁,自

由在这种历史背景下意味这什么？当世界大同和建筑变得全球化的

时候，这个词代表了一个新的开端，一个新的时代。"

随着我国现代建设迅速发展，我国刚产量，品种已迅速增加，冷

弯型钢在我国的应用也必将进入一个更高的发展阶段，必将成为21

世纪全球化住宅主流商品.冷弯薄壁型钢结构体系与传统的结构体系

相比，具有入下几点优点：

（1）可以营造出十分丰富的建筑形式，还可在室内形成

开敞的空间便于在分割和更新用途；

（2）无收缩和徐变的现象，而且各部分尺寸精确，便于

整体设备连接；

（3）施工方便快捷，周期短。而且施工现场文明，建筑

垃圾少；

（4）大部分材料可回收再利用，符合可持续发展战略。

同时它适应房地产业的需求，建设周期短，见效快，可以加快建

设资金流动,增加资金效益，尤其可以加快旧城改造，减低回迁费用，

也实现了住宅产业话、现代化，提高住宅经济效益和社会效益。作为

建筑工作人员,应该专注这个发展的趋势，了解我国冷弯薄壁型钢结

构使用情况，总结经验，吸取国外的先进技术成果，努力开创我国冷

弯薄壁型钢住宅建筑的新天地。

参考文献

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