浅谈冷弯薄壁型钢结构的发展

浅谈冷弯薄壁型钢结构的发展

陆志祥 许峰

沈阳建筑大学土木工程学院   辽宁沈阳 110168

摘要：进入二十一世纪以来，可持续发展已然成为当今时代的重要主题之一，建筑行业亦是如此，因此企业只有落实经济与环保协同发展，才能适应建筑业大的发展潮流。现如今，冷弯薄壁型钢结构体系基本上是对环境影响最小的，该体系完全符合国家提出的可持续发展战略，基于此，新兴的冷弯薄壁型钢结构体系在国家大的发展方向下，定会在一定程度上取代传统建筑体系。本文首先简单介绍了冷弯薄壁型钢结构体系，随后对体系优势进行了充分阐述，最后结合实际案例对该体系的可行性进行了一定判别，并对其发展进行了展望，对于冷弯薄壁型钢结构的研究具有一定的参考价值。

关键词：冷弯薄壁型；钢结构；安全系数

1 冷弯薄壁型钢结构概述

冷弯薄壁型钢的定义为在正常室温下将钢带（一般不超过6mm）通过辊轧或者冲压弯折成各种截面的型钢，其截面在大多情况下为C型、Z型或者矩形，除此之外，生产设备还可以在截面上形成褶皱以及卷边，达到增加结构承载力的目的[1]。在该结构体系下，墙体、楼板以及屋面板多使用结构用定向刨花板，为保证达到建筑保温、隔音等建筑效果，会在结构龙骨内部嵌固玻璃棉等材料。施工过程中，工人只需按照相关规范使用自钻自攻钉进行构件拼装即可，省时省事。

2 冷弯薄壁型钢结构发展现状

我们国家于上个世界60年代开始对冷弯薄壁型钢结构进行应用，随后国家发布了相应的施工以及设计规范，应用虽然小有规模，但是距离欧美等发达国家还有一定的差距。自1978年改革开放之后，冷弯薄壁型钢迎来了第一个发展高峰期，国内龙头企业迅速从国外引进先进的型钢生产技术及机器，型钢构件规格日渐繁多，生产能力大幅提升，为冷弯薄壁型钢体系的发展打下了良好的基础。冷弯薄壁型钢体系不仅可以用于住宅项目建设，还可以广泛应用于公建及工业项目建设，正是由于开发商采用了该种体系，构件安装极为便捷，最大程度上缩短了建设周期，及时进行会馆生产及营业。冷弯薄壁型钢体系可以完美的适用各种低层建筑，同时如果该结构与其他结构混合使用还可以发挥出更优异的性能，比如其与混凝土结构混合使用可以突破低层的限制，建造高层建筑甚至是桥梁工程。

3 冷弯薄壁型钢结构体系优势

3.1工业化程度高

主体龙骨材料基本上为高强冷轧热镀锌板，镀锌量根据地区腐蚀性情况不同有所变化，构件可以通过大规模工厂化流水线进行生产，进而极大地提高生产效率以及构件加工精度。构件到达施工现场后，施工工人仅需要使用自钻自攻螺钉进行简单拼装即可，不需现场焊接作业，因此受未知环境影响很小，极大地缩短了建造周期。在正常的情况下，一栋150平方米左右的建筑，可在一周内完成主体龙骨的施工。建成后的结构龙骨会完全地包裹于复合墙体内部，有很好的抗腐蚀性，因此冷弯薄壁型钢结构体系有着很长的使用寿命，在理想的状态下甚至是可以达到100年之久。

3.2综合经济性高

其与传统建筑相比具有更轻的自重，常理下冷弯薄壁型钢结构体系自重仅为传统砖混结构的四分之一，钢框架结构的三分之二，因此基础结构负载相对较小，不需要大量混凝土及钢筋作业，可以有效降低造价。不仅仅如此，冷弯薄壁型钢结构体系在相同情况下有着更大的建筑面积，其内墙做法一般为轻钢龙骨（内嵌玻璃棉）+石膏板+外部装修材料，除奢华装修下130mm宽度足够，远小于其他形式内墙宽度，根据相关测算，仅一间客厅就能比传统住宅多出2m2的使用面积。最后，建筑各种管线可以在龙骨内部穿插，布置相对较为简单，管线后期维修更换也较其他体系更为方便。

3.3安全系数高

冷弯薄壁型钢构件截面尺寸相对较小，厚度较薄，但是该体系在承受荷载时是通过对构件截面形状改变来实现的，而不是单纯增大构件尺寸。在相同截面面积情况下，其回转半径可比型钢增加80%左右，惯性矩以及面积矩可以增加50%到180%[5]。同济大学刘飞博士生使用底部剪力法对冷弯薄壁型钢结构进行了相关计算，发现该体系在地震力的复杂作用下，其产生的水平力相对较小，再加上构件有着较大的自身刚度，因此只要采取合理的墙体构造均可以达到完美的抗震效果。据相关数据分析统计，该体系可以抵抗九度地震以及60m/s的飓风，有效保护居民的声明及财产安全。

3.4环保节能性好

        建筑3D模块化设计，工厂预制化程度高，模块化制造装配，80%干法作业，现场施工垃圾减少80％，无污染源，无水、无其它环保因素，作业施工现场占地小。材料损耗减少60％，可回收材料占66％，建筑节能50％以上。符合国家最新建筑环保节能标准要求。保温隔热性能优于传统建筑。采用全球领先的‘双保温+双隔层’的墙体结构保温节能技术，满足我国最新建筑节能标准，杜绝冷热桥现象。墙体系统的热阻值可达到为4.24KN㎡/W，其保温隔热性能是490mm厚多孔砌块砖墙体的2倍。建筑屋盖采用屋架“双保双隔”结构保温节能与防水卷材和屋面装饰层相结合的集成技术，整个屋盖系统热阻值为5.284KN㎡/W，是普通120mm厚混凝土屋顶(热阻值为0.07KN㎡/W )的数倍。

4.冷弯薄壁轻钢结构关键技术

4.1建筑结构技术

装配式冷弯薄壁结构技术主要将冷弯薄壁型钢构件当作大致的结构骨架，并将新型的结构板材当成基本体系，主要特征表现为截面规格小、自重轻等，其与砖混结构对比有着更好的延展性与弹性。超轻钢结构作为板肋结构体系的一种，墙体、楼板的主要承重构成部分为轻钢龙骨与欧松板等材料，其中的单根轻钢龙骨或欧松板受到损坏不会使得整个结构被破坏，便于建筑物中的人员逃生。自重更轻的钢结构建筑会对地震出现时的水平荷载更有利。同时独特的墙体承重体系也会让建筑造型具备更强的轻灵动感，增强了室内布局规划的灵活程度；低碳环保型的建筑材料也会提高建筑耐久度，结构可靠度，并能增强其抗震、防火、热工、隔声性能，作为高效节能型绿色建筑体系的一种。

4.2建筑基础技术

在使用装配式冷弯薄壁建筑物期间，需要参照传统的建筑基础设计标准，与基础建筑技术结合起来应用，产生更加独特、多样化的形式，并具备更好的适应性。

按照装配式建筑的冷弯薄壁建筑体系结构可以得知，分析承重特征后对基础地基的地质勘察资料、环境空间规划灯进行总结，可以进一步了解到传统的条形基础、独立基础、筏板基础、桩基础等基础技术的合理使用。

在建筑中使用传统的基础技术时，需要更严格的环境空间要求、更长的施工周期以及更多的造价费用，在技术的集成化使用中，可以构成基于各种条件下可以使用的具有装配式冷弯薄壁建筑特点的基础技术体系。类似冷弯薄壁建筑条形加筏板基础、轻重钢结构独立基础、螺旋桩加条形基础、螺旋桩架空基础等。在保障基础技术指标的基础上可以减少5%～20%的造价费用。

4.3建筑围护、屋面构造技术

冷弯薄壁型钢结构装配式建筑构造重点组成部分涵盖了密柱与墙板，墙柱的上下两个端口位置都套有底梁或顶梁，墙板能够给墙体提供侧向支撑的作用，务必情况下还应设置X形剪力支撑系统。全部承重墙的门窗洞口部位都应安装过梁，其形状按照箱形、工形或L形截面规划。在抗震强度大于等于8度或者最大风压高于1.5kN/m2（标准值）期间，应采取剪力墙并应用抗拔化学锚栓的拉接形式。合理关联墙体与基础或楼盖部分，墙体与构件强度、刚度都需要达到设计标准。

冷弯薄壁型钢结构装配式住宅体系的屋盖也需要合理利用密梁体系，并在表层铺好屋面板，屋架的构成部分主要有屋面斜梁和屋面横梁。要想确保安装与应用屋架期间更加平稳，需要在屋架横梁与屋架斜梁上设置水平支撑，并在屋面或天花板上需要开洞时，洞口附近设置边梁。从而增强屋盖系统与相应构件的强度、刚度以及稳定程度都达到设计标准。

结语

目前，冷弯薄壁型钢结构体系基本上是对环境影响最小的，该体系完全符合国家提出的可持续发展战略，它的发展潜力巨大，有着非常广阔的前景。这种体系构件均由专业工厂流水化生产，具有自重轻，建设周期短，环境污染小，使用面积大，抗震抗风性能佳，后期维修方便等多种优势，可以广泛地应用于住宅、公建及工厂等多种建筑。

参考文献：

[1]郭小燕.冷弯薄壁型钢结构住宅经济性分析[J].建筑技术2011（5）

[2]孙业珍. 我国预制装配式建筑的现状与发展[J]. 工程与建设， 2022(036-002).