輕鋼結構:鋼構件體系-中文百科頻道

概述

輕鋼也是一個比較含糊的名詞，一般可以有兩種理解。一種是現行《鋼結構設計規範》（GBJ 17－88）中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”，是指用圓鋼和小于L45*4和L56*36*4的角鋼制作的輕型鋼結構，主要在鋼材缺乏年代時用于不宜用鋼筋混凝土結構制造的小型結構，現已基本上不大采用，所以這次鋼結構設計規範修訂中已基本上傾向去掉。

另一種是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》所規定的具有輕型屋蓋和輕型外牆（也可以有條件地采用砌體外牆）的單層實腹門式剛架結構，這裡的輕型主要是指圍護是用輕質材料。既然前一種已經快取消，所以輕鋼含義主要是指後一種。随着現代化進程的不斷發展鋼結構工程也得到快速發展，越來越多的現代化建築拔地而起。

還有一些參考值：如每平米造價，最大構件重量，最大跨度，結構形式，檐高等，以上這些在判斷廠房是否為重鋼或輕鋼時可以提供經驗數據。國家規範和技術文件都并沒有重鋼一說，很多建築都是輕、重鋼都有。為區别輕型房屋鋼結構，也許稱一般鋼結構為“普鋼”更合适。

因為普通鋼結構的範圍很廣，可以包含各種鋼結構，不管荷載大小，甚至包括輕型鋼結構的許多内容，輕型房屋鋼結構技術規程隻是針對其“輕”的特點而規定了一些更具體的内容，而且範圍隻局限在單層門式剛架。由此可見，輕鋼與重鋼之分不在結構本身的輕重，而在所承受的圍護材料的輕重，而在結構設計概念上還是一緻的。

輕鋼結構和重鋼結構的區别

判定結構為重鋼與輕鋼結構确實沒有一個統一的标準，很多有經驗的設計師或項目經理也常常不能完全說明白，但我們可以以一些數據綜合考慮并加以判斷：

1、廠房行車起吊重量：大于等于25噸，可以認為為重鋼結構了。

2、每平米用鋼量：大于等于50KG/M2，可認為是重鋼結構。

3、主要構件鋼闆厚度：大于等于10MM，輕鋼結構用的較少。

曆史

鋼結構是現代建築工程中較普通的結構形式之一。我國是最早用鐵制造承重結構的國家，遠在秦始皇時代(公元前246-219年)，就已經用鐵做簡單的承重結構，而西方國家在17世紀才開始使用金屬承重結構。公元3-6世紀，聰明勤勞的我國人民就用鐵鍊修建鐵索懸橋，著名的四川泸定大渡河鐵索橋，雲南的元江橋和貴州的盤江橋等都是我國早期鐵體承重結構的例子。

我國雖然早期在鐵結構方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束縛，科學不發達，因此，長期停留于鐵制建築物的水平。

直到19世紀末，我國才開始采用現代化鋼結構。新中國成立後，鋼結構的應用有了很大的發展，不論在數量上或質量上都遠遠超過了過去。

在設計、制造和安裝等技術方面都達到了較高的水平，掌握了各種複雜建築物的設計和施工技術，在全國各地已經建造了許多規模巨大而且結構複雜的鋼結構廠房、大跨度鋼結構民用建築及鐵路橋梁等，我國的人民大會堂鋼屋架，北京和上海等地的體育館的鋼網架，陝西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架和2008年北京奧運會主會場鳥巢等。

《鋼結構設計規範》GBJ17-88已經于2003年12月1日起廢除，現時實行的是《鋼結構設計規範》GB50017-2003輕鋼結構，即輕型鋼結構建築體系，是以熱軋輕型H鋼、輕型焊接型鋼、高頻焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼、薄鋼闆和薄壁鋼管等高效能結構鋼材和高效功能材料為主。

以各類高效裝飾連接材料為輔組裝而成，能滿足建築特定使用功能和特定空間需求的輕型全裝配鋼結構建築。

優點

輕鋼結構是一種年輕而極具生命力的鋼結構體系，已廣泛應用于一般工農業、商業、服務性建築，如辦公樓、别墅、倉庫、體育場館、娛樂、旅遊建築和低、多層住宅建築等領域，還可用于舊房增層、改造、加固和建材缺乏地區、運輸不便地區、工期緊、活動式可拆遷建築等，倍受業主青睐，主要有以下特點：

1、采用高效輕型薄壁型材，自重輕、強度高、占用面積小。

2、構配件均為自動化、連續化、高精度生産，産品規格系列化、定型化、配套化。各部分尺寸精确。

3、結構設計、詳圖設計、計算機模拟安裝、工廠制造、工地安裝等以較小時間差同步進行。

4、基礎以上幹式工法沒有濕作業，内裝飾等易于一次到位。型材經過鍍鋅、塗層後外觀優美且防腐，有利于減少圍護和裝修費用。

5、便于擴大柱距和提供更大分隔空間，可降低層高和增加建築面積（住宅實用面積可達92%）。在增層、改造、加固方面優勢明顯。

6、新牆材應用範圍廣，大量使用采光帶，通風條件好。

7、室内水暖電氣管線全部隐蔽在牆體中和樓層間，布置靈活，修改方便。

8、房子可以搬遷、材料可全部回收利用，不會造成垃圾，符合可持續發展戰略。

發達國家在非居住建築上的應用十分迅速，并正在向多層居住建築拓展。非居住建築以四層以下的門式輕鋼結構為主，跨徑一般大于20m，普遍用在大跨的輕工、電子、倉庫、加工等車間的建造，也有應用在日用的超市、臨時用房、飛機庫等。輕鋼結構居住建築一般用于多層（4～6層）與高度24m以下（7～9層）的高層。

通過增設耗能支撐等消能部件，居住輕鋼結構也可用于更高層。居住輕鋼結構多采用由熱軋H型鋼組成的框架結構，結點采用高強螺栓連接（輔以焊接），樓闆多采用壓型鋼闆襯底代替模闆的鋼筋砼結構，屋面闆與外牆多采用集保溫、防水于一體的彩色塗層鋼闆，分戶牆多采用防水輕質牆闆。

抗震性

低層别墅的屋面大都為坡屋面，因此屋面結構基本上采用的是由冷彎型鋼構件做成的三角型屋架體系，輕鋼構件在封完結構性闆材及石膏闆之後，形成了非常堅固的"闆肋結構體系"，這種結構體系有着更強的抗震及抵抗水平荷載的能力，适用于抗震烈度為8度以上的地區。

抗風性

型鋼結構建築重量輕、強度高、整體剛性好、變形能力強。建築物自重僅是磚混結構的五分之一，可抵抗每秒70米的飓風，使生命财産能得到有效的保護。

耐久性

輕鋼結構住宅結構全部采用冷彎薄壁鋼構件體系組成，鋼骨采用超級防腐高強冷軋鍍鋅闆制造，有效避免鋼闆在施工和使用過程中的鏽蝕的影響，增加了輕鋼構件的使用壽命。結構壽命可達100年。

保溫性

采用的保溫隔熱材料以玻纖棉為主，具有良好的保溫隔熱效果。用以外牆的保溫闆，有效的避免牆體的“冷橋”現象，達到了更好的保溫效果。100mm左右厚的R15保溫棉熱阻值可相當于1m厚的磚牆。

隔音性

隔音效果是評估住宅的一個重要指标，輕鋼體系安裝的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音達40分貝以上；由輕鋼龍骨、保溫材料石膏闆組成的牆體，其隔音效果可高達60分貝。

健康性

幹作業施工，減少廢棄物對環境造成的污染，房屋鋼結構材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合當前環保意識；所有材料為綠色建材，滿足生态環境要求，有利于健康。

舒适性

輕鋼牆體采用高效節能體系，具有呼吸功能，可調節室内空氣幹濕度；屋頂具有通風功能，可以使屋内部上空形成流動的空氣間，保證屋頂内部的通風及散熱需求。

快捷

全部幹作業施工，不受環境季節影響。一棟300平方米左右的建築，隻需5個工人30個工作日可以完成從地基到裝修的全過程。

環保

材料可100%回收，真正做到綠色無污染。

節能

全部采用高效節能牆體，保溫、隔熱、隔音效果好，可達到50%的節能标準。

防護技術

1.輕鋼結構建築的防腐

輕鋼結構建築的防腐可分為鋼構件的防腐和圍護系統的防腐兩大部分。

(1)鋼構件的防腐

鋼構件的防腐處理大部分在工廠制作時完成北方地區或者比較幹燥的環境,也可以增加底漆一道幹膜厚度達到70-80微米,取消中間漆。

防腐處理可分為除鏽→塗底漆→中層漆→面漆幾個工序來完成。根據輕鋼結構建築的用途、地理位置、氣候條件的不同,來确定防腐方案和各個工序的基本要求。

抛丸(或噴砂)處理的鋼構件表面一般要達到國家标準Sa2.5級以上,最低不低于Sa2級,處理後的構件8小時内要開始塗刷底漆,底漆一般采用紅丹醇酸防鏽底漆、無機富鋅底漆和環氧富鋅底漆,防腐能力較好的是富鋅底漆,幹漆膜中鋅粉含量可達到80%以上,起到很好的陰極保護作用,防止電化鏽蝕。

中間漆多采用鱗片狀的中層漆,漆膜顔料呈層狀排列,可以提高塗層的屏蔽作用,加大了水汽、二氧化碳滲透阻力,起到了增強防腐蝕效果的作用,而面漆多采用醇酸調合漆、脂肪族聚氨脂漆,或防腐蝕性能更好的環氧面漆和氟碳漆。

就我們國内的現狀來看防腐工藝的要求和材料的選用,大同小異,而防腐塗料本身的質量,卻是大相競庭。同一種油漆不同的生産廠家不同的品牌,甚至同一種品牌的質量和價格相差很大,因為油漆的生産廠家以小、散、低的私營企業占了相當大的比重,而一些不規範的鋼結構生産企業,為了降低成本,不惜犧牲質量而選用低檔次的防腐塗料,造成了工程質量的低劣。

(2)圍護系統的防腐

圍護系統的防腐,主要是彩闆部分,它的表面塗層的處理是在彩闆的專業制造廠家完成的。作為輕鋼結構建築的設計和生産廠家,主要是根據不同的建築用途、不同的地理位置和氣候條件選用不同的品牌、型号和表面特性，常用的彩闆品牌和生産廠家有上海寶鋼、澳洲BHP、台灣烨輝、青島利達等。

輕鋼結構建築的防火

鋼結構的鏽蝕是一個較為緩慢的過程,是一種由表及裡的破壞,易于直接觀察,所以常常會受到重視,而火災是一種突發性的事件,防火是對這一突發事件的預防措施,如果不發生火災,也許昂貴的投資永遠都發揮不了作用。再就是因為鋼結構本身不會燃燒,所以從表面上看輕鋼結構建築應有很好的防火性能。

因此,人們往往會懷有僥幸心理,而忽視了防火的重要性。事實上防火能力差恰恰是輕鋼結構建築的一大弱點,鋼結構建築如果遇到火災,一旦火情使周圍環境達到一定的溫度,鋼構件将在瞬間失去80%的機械強度,造成建築物的倒塌。9.11恐怖事件中,美國的國貿大廈雙子座大樓瞬間倒塌,就是因為大火使鋼結構失去了強度而造成的。

在國内也不乏由于火災而引起的鋼結構建築垮塌的事例,如天津市體育館火災、上海文化廣場火災、北京友誼火災等等,所以就輕鋼結構的防護而言防火與防腐缺一不可,甚至防火比防腐更為重要。

輕鋼結構建築防火處理的工序與基本要求與防腐處理大同小異隻不過其最後一道工序,防火塗料的施工必須在鋼結構安裝完成後,現場塗刷。

防火處理分為除鏽(抛丸/噴砂)→塗底漆→中間漆→塗防火塗料幾個施工步驟,中間漆有的地方可以省略。除鏽和塗防鏽底漆的步驟一般在工廠預制時完成,防火塗料要在施工現場鋼結構安裝後再進行塗刷。

當下防火塗料的生産廠家比較多，施工水平也是參次不齊,管理比較混亂，缺乏統一的檢驗标準和管理監督機制,消防部門的管理隻是一種行政制度,沒有規範的技術檢驗手段和嚴格的質量評定能力。造成國内的防火塗料産品普遍存在防火性能低、容易脫落,裝飾性差,耐久性差等幾大問題,與國外的同類産品比較存在較大的差距。

市場前景

由于環保意識的加強和木材短缺等因素，許多國家如美國、日本、英國、澳大利亞等，正積極地推動中低層輕鋼結構住宅的應用與發展。随着國家和各地方推進建築裝配化、工業化乃至智能化建造的相關政策及技術标準的出台和逐步細化,能夠實現高度工業化建造的各類輕鋼集成體系建築展現出廣闊的市場應用前景,在技術研發和應用實踐方面都得到快速的發展。

澳大利亞

早在20世紀60年代就提出了“快速安裝預制住宅”的概念，但由于市場尚未成熟，并未得到很好發展。到了1987年，高強度冷彎薄壁鋼結構出現，澳大利亞與新西蘭的聯合規範AS/NZS4600冷彎成型結構鋼規範于1996年發布實施。這種鋼材承載力高，與相同承載力的木材相比，隻是木材的1/3重，表面經鍍鋅處理，在免大修的情況下，耐久性可達75年。

在澳大利亞，每年約建造6億美元的輕鋼龍骨獨立式住宅120000棟，約占澳大利亞所有建築業務産值的24%

美國

輕鋼結構在美國發展最快，1965年輕鋼結構在美國僅占建築市場15%；1990年就上升到53%，而1993年則已上升到68%，到2000年已經上升到75%。

住宅用構件和部晶的标準化、系列化，及其專業化、商品化、社會化程度很高，幾乎達到100%，各種施工機械、設備、儀器等租賃化非常發達，商品化程度達到40%，在美國，采用該體系建造的房屋從20世紀90年代中期的55000棟劇增為2000年的325000棟。這種輕型鋼結構己成為發達國家的主要建築結構形式。

中國

由于其結構體系自身的因素（無論是從理論上，還是從實踐上看），認為此種結構體系隻适合5-6層以下的住宅建設。

而大中城市土地供應的限制和價格因素，大量多層住宅的建設不是最理想的投入産出比，實際上多層住宅一般都建在土地價格适當便宜的城鄉結合部或中小城市，而其工業化程度以及造價（統計數據建安造價為2500元/m2），對于那個地區的項目增加了相當的難度；最後是市場價格的問題，城鄉結合部或中小城市的房價本身适當，大幅度的增加造價成本，開發商恐怕難以接受。