轻钢结构（钢构件体系）

轻钢结构

钢构件体系

轻钢结构主要构件钢板厚度：≤10MM。轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。轻钢结构建筑防火处理的工序与基本要求与防腐处理大同小异只不过其最后一道工序,防火涂料的施工必须在钢结构安装完成后,现场涂刷。

概述

轻钢也是一个比较含糊的名词，一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》（GBJ 17－88）中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”，是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构，主要在钢材缺乏年代时用于不宜用钢筋混凝土结构制造的小型结构，现已基本上不大采用，所以这次钢结构设计规范修订中已基本上倾向去掉。

另一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》所规定的具有轻型屋盖和轻型外墙（也可以有条件地采用砌体外墙）的单层实腹门式刚架结构，这里的轻型主要是指围护是用轻质材料。既然前一种已经快取消，所以轻钢含义主要是指后一种。随着现代化进程的不断发展钢结构工程也得到快速发展，越来越多的现代化建筑拔地而起。

还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据。国家规范和技术文件都并没有重钢一说，很多建筑都是轻、重钢都有。为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。

因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的。

轻钢结构和重钢结构的区别

判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断：

1、厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构了。

2、每平米用钢量：大于等于50KG/M2，可认为是重钢结构。

3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。

历史

钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代(公元前246-219年)，就已经用铁做简单的承重结构，而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪，聪明勤劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。

我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。

直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。

在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等，我国的人民大会堂钢屋架，北京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和2008年北京奥运会主会场鸟巢等。

《钢结构设计规范》GBJ17-88已经于2003年12月1日起废除，现时实行的是《钢结构设计规范》GB50017-2003轻钢结构，即轻型钢结构建筑体系，是以热轧轻型H钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主。

以各类高效装饰连接材料为辅组装而成，能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。

优点

轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系，已广泛应用于一般工农业、商业、服务性建筑，如办公楼、别墅、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑和低、多层住宅建筑等领域，还可用于旧房增层、改造、加固和建材缺乏地区、运输不便地区、工期紧、活动式可拆迁建筑等，倍受业主青睐，主要有以下特点：

1、采用高效轻型薄壁型材，自重轻、强度高、占用面积小。

2、构配件均为自动化、连续化、高精度生产，产品规格系列化、定型化、配套化。各部分尺寸精确。

3、结构设计、详图设计、计算机模拟安装、工厂制造、工地安装等以较小时间差同步进行。

4、基础以上干式工法没有湿作业，内装饰等易于一次到位。型材经过镀锌、涂层后外观优美且防腐，有利于减少围护和装修费用。

5、便于扩大柱距和提供更大分隔空间，可降低层高和增加建筑面积（住宅实用面积可达92%）。在增层、改造、加固方面优势明显。

6、新墙材应用范围广，大量使用采光带，通风条件好。

7、室内水暖电气管线全部隐蔽在墙体中和楼层间，布置灵活，修改方便。

8、房子可以搬迁、材料可全部回收利用，不会造成垃圾，符合可持续发展战略。

发达国家在非居住建筑上的应用十分迅速，并正在向多层居住建筑拓展。非居住建筑以四层以下的门式轻钢结构为主，跨径一般大于20m，普遍用在大跨的轻工、电子、仓库、加工等车间的建造，也有应用在日用的超市、临时用房、飞机库等。轻钢结构居住建筑一般用于多层（4～6层）与高度24m以下（7～9层）的高层。

通过增设耗能支撑等消能部件，居住轻钢结构也可用于更高层。居住轻钢结构多采用由热轧H型钢组成的框架结构，结点采用高强螺栓连接（辅以焊接），楼板多采用压型钢板衬底代替模板的钢筋砼结构，屋面板与外墙多采用集保温、防水于一体的彩色涂层钢板，分户墙多采用防水轻质墙板。

抗震性

低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。

抗风性

型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。

耐久性

轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。

保温性

采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。

隔音性

隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。

健康性

干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。

舒适性

轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。

快捷

全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。

环保

材料可100%回收，真正做到绿色无污染。

节能

全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。

防护技术

1.轻钢结构建筑的防腐

轻钢结构建筑的防腐可分为钢构件的防腐和围护系统的防腐两大部分。

(1)钢构件的防腐

钢构件的防腐处理大部分在工厂制作时完成北方地区或者比较干燥的环境,也可以增加底漆一道干膜厚度达到70-80微米,取消中间漆。

防腐处理可分为除锈→涂底漆→中层漆→面漆几个工序来完成。根据轻钢结构建筑的用途、地理位置、气候条件的不同,来确定防腐方案和各个工序的基本要求。

抛丸(或喷砂)处理的钢构件表面一般要达到国家标准Sa2.5级以上,最低不低于Sa2级,处理后的构件8小时内要开始涂刷底漆,底漆一般采用红丹醇酸防锈底漆、无机富锌底漆和环氧富锌底漆,防腐能力较好的是富锌底漆,干漆膜中锌粉含量可达到80%以上,起到很好的阴极保护作用,防止电化锈蚀。

中间漆多采用鳞片状的中层漆,漆膜颜料呈层状排列,可以提高涂层的屏蔽作用,加大了水汽、二氧化碳渗透阻力,起到了增强防腐蚀效果的作用,而面漆多采用醇酸调合漆、脂肪族聚氨脂漆,或防腐蚀性能更好的环氧面漆和氟碳漆。

就我们国内的现状来看防腐工艺的要求和材料的选用,大同小异,而防腐涂料本身的质量,却是大相竞庭。同一种油漆不同的生产厂家不同的品牌,甚至同一种品牌的质量和价格相差很大,因为油漆的生产厂家以小、散、低的私营企业占了相当大的比重,而一些不规范的钢结构生产企业,为了降低成本,不惜牺牲质量而选用低档次的防腐涂料,造成了工程质量的低劣。

(2)围护系统的防腐

围护系统的防腐,主要是彩板部分,它的表面涂层的处理是在彩板的专业制造厂家完成的。作为轻钢结构建筑的设计和生产厂家,主要是根据不同的建筑用途、不同的地理位置和气候条件选用不同的品牌、型号和表面特性，常用的彩板品牌和生产厂家有上海宝钢、澳洲BHP、台湾烨辉、青岛利达等。

轻钢结构建筑的防火

钢结构的锈蚀是一个较为缓慢的过程,是一种由表及里的破坏,易于直接观察,所以常常会受到重视,而火灾是一种突发性的事件,防火是对这一突发事件的预防措施,如果不发生火灾,也许昂贵的投资永远都发挥不了作用。再就是因为钢结构本身不会燃烧,所以从表面上看轻钢结构建筑应有很好的防火性能。

因此,人们往往会怀有侥幸心理,而忽视了防火的重要性。事实上防火能力差恰恰是轻钢结构建筑的一大弱点,钢结构建筑如果遇到火灾,一旦火情使周围环境达到一定的温度,钢构件将在瞬间失去80%的机械强度,造成建筑物的倒塌。9.11恐怖事件中,美国的国贸大厦双子座大楼瞬间倒塌,就是因为大火使钢结构失去了强度而造成的。

在国内也不乏由于火灾而引起的钢结构建筑垮塌的事例,如天津市体育馆火灾、上海文化广场火灾、北京友谊火灾等等,所以就轻钢结构的防护而言防火与防腐缺一不可,甚至防火比防腐更为重要。

轻钢结构建筑防火处理的工序与基本要求与防腐处理大同小异只不过其最后一道工序,防火涂料的施工必须在钢结构安装完成后,现场涂刷。

防火处理分为除锈(抛丸/喷砂)→涂底漆→中间漆→涂防火涂料几个施工步骤,中间漆有的地方可以省略。除锈和涂防锈底漆的步骤一般在工厂预制时完成,防火涂料要在施工现场钢结构安装后再进行涂刷。

当下防火涂料的生产厂家比较多，施工水平也是参次不齐,管理比较混乱，缺乏统一的检验标准和管理监督机制,消防部门的管理只是一种行政制度,没有规范的技术检验手段和严格的质量评定能力。造成国内的防火涂料产品普遍存在防火性能低、容易脱落,装饰性差,耐久性差等几大问题,与国外的同类产品比较存在较大的差距。

市场前景

由于环保意识的加强和木材短缺等因素，许多国家如美国、日本、英国、澳大利亚等，正积极地推动中低层轻钢结构住宅的应用与发展。随着国家和各地方推进建筑装配化、工业化乃至智能化建造的相关政策及技术标准的出台和逐步细化,能够实现高度工业化建造的各类轻钢集成体系建筑展现出广阔的市场应用前景,在技术研发和应用实践方面都得到快速的发展。

澳大利亚

早在20世纪60年代就提出了“快速安装预制住宅”的概念，但由于市场尚未成熟，并未得到很好发展。到了1987年，高强度冷弯薄壁钢结构出现，澳大利亚与新西兰的联合规范AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范于1996年发布实施。这种钢材承载力高，与相同承载力的木材相比，只是木材的1/3重，表面经镀锌处理，在免大修的情况下，耐久性可达75年。

在澳大利亚，每年约建造6亿美元的轻钢龙骨独立式住宅120000栋，约占澳大利亚所有建筑业务产值的24%

美国

轻钢结构在美国发展最快，1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场15%；1990年就上升到53%，而1993年则已上升到68%，到2000年已经上升到75%。

住宅用构件和部晶的标准化、系列化，及其专业化、商品化、社会化程度很高，几乎达到100%，各种施工机械、设备、仪器等租赁化非常发达，商品化程度达到40%，在美国，采用该体系建造的房屋从20世纪90年代中期的55000栋剧增为2000年的325000栋。这种轻型钢结构己成为发达国家的主要建筑结构形式。

中国

由于其结构体系自身的因素（无论是从理论上，还是从实践上看），认为此种结构体系只适合5-6层以下的住宅建设。

而大中城市土地供应的限制和价格因素，大量多层住宅的建设不是最理想的投入产出比，实际上多层住宅一般都建在土地价格适当便宜的城乡结合部或中小城市，而其工业化程度以及造价（统计数据建安造价为2500元/m2），对于那个地区的项目增加了相当的难度；最后是市场价格的问题，城乡结合部或中小城市的房价本身适当，大幅度的增加造价成本，开发商恐怕难以接受。

建筑应用

轻质楼盖系统

轻质楼盖系统其楼盖由C型的轻钢搁栅与铺于搁栅上的薄板组成。搁栅一般跨度为3.6米～4.8米，搁栅高为254毫米（搁栅的最大跨度可达11米），搁栅间距为600毫米。

由美国迪垂驰公司研发的搁栅专利产品在腹板上开有大孔，这样对于管线的穿越与布置极为方便。楼面有三种做法，分别为：高密度木纤维水泥板；满铺压型钢板再浇筑20毫米的陶粒轻骨料混凝土；满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。在这些轻质楼盖上每平方米可承受316～365公斤的荷载。

竖向墙体结构

竖向墙体结构一般将内横墙作为结构的承重墙，墙柱为C形轻钢构件，其壁厚根据所受的荷载而定，通常为0.84～2毫米，墙柱间距一般为400～600毫米，墙柱的下端为U形开口朝上的底槽梁，墙柱上端为U形开口向下的顶槽梁，搁栅固定于上槽梁侧边。为提高墙柱的稳定性，一般墙柱高度范围内设三道轻钢拉条。

这种墙体结构布置方式，可有效承受并可靠传递竖向荷载，且布置方便，但该墙体结构不能承受水平荷载。

建筑保温节能技术

建筑保温节能技术美方轻钢住宅体系中，对保温节能技术十分重视，对于墙来说为确保达到保温效果，一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外，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；楼层之间搁栅内填充玻璃纤维，减少通过楼层的热传递；所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维，减少户墙之间的热传递。

建筑防火技术

建筑防火技术对于轻钢结构一个最关键的问题是防火技术的应用，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25.4毫米厚（1吋）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。

建筑隔声技术

建筑隔声技术在轻钢建筑中，在内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉，有效阻止了通过空气传播的音频部分，而对于通过固体传播的冲击声，在美国的多层轻钢住宅中，作了如下构造处理：对于分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体；而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨，用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播

参考资料

1.冷弯型钢轻钢集成体系建筑工业化建造技术发展现状与展望·中国知网