摘 要： 輕鋼住宅體系以其諸多的優(yōu)點(diǎn)在發(fā)達(dá)國家尤其是北莢和澳大利亞)地區(qū)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。在我國，輕鋼住宅的發(fā)展還處于起步階段，雖然我國鋼產(chǎn)量位居世界前列，但發(fā)展輕鋼房屋結(jié)構(gòu)以使其得到廣泛的推廣應(yīng)用還存在很多的問題，在研究、技術(shù)、觀念上都要作出努力，才能使我國的輕鋼住宅產(chǎn)業(yè)得到健康快速的發(fā)展。
關(guān)鍵詞： 輕鋼住宅； 冷彎薄壁結(jié)構(gòu)； 發(fā)展
1 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系概述
輕鋼住宅在國內(nèi)是一個(gè)全新的概念，它屬于輕鋼建筑范疇，指采用輕型鋼結(jié)構(gòu)布局、以國民長(zhǎng)期居住為目的，適宜于長(zhǎng)期日常居住的房屋建筑。輕型鋼結(jié)構(gòu)骨架構(gòu)成主要包括冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼、T型鋼、焊接或無縫鋼管及其組合構(gòu)件等。輕型板材如石膏板、OSB板、PC板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板工(ALC板)、彩鋼板等作為維護(hù)結(jié)構(gòu)。采用鋼結(jié)構(gòu)骨架使室內(nèi)使用空間增大，房間隔斷更加靈活，屋面造型豐富多彩。輕質(zhì)板材的使用，使室外裝飾材料的類型和色彩有更多的選擇余地，可以充分發(fā)揮建筑師的想象力，設(shè)計(jì)出美觀、適用、健康環(huán)保的“綠色建筑”，該種房屋體系一般為低層或多層的輕鋼別墅或住宅公寓。
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系有很大的不同，它主要由輕鋼結(jié)構(gòu)體系、樓面結(jié)構(gòu)體系和維護(hù)結(jié)構(gòu)體系等組成，下面僅針對(duì)低層及多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系作簡(jiǎn)要介紹。
1．1 輕鋼結(jié)構(gòu)體系
輕鋼結(jié)構(gòu)體系從承重形式上主要分為鋼框架體系、鋼框架支撐體系、錯(cuò)列桁架體系和輕鋼龍骨體系；輕鋼結(jié)構(gòu)體系從構(gòu)件截面形式上又可分為熱軋H型截面、焊接H型截面、焊接箱形截面、冷成型薄壁方鋼管內(nèi)灌混凝土、圓鋼管內(nèi)灌混凝土、冷成型C型截面等。
1．2 樓板結(jié)構(gòu)體系
常采用的樓板形式有：(1)木樓板：在鋼梁上鋪木板，或者鋼梁上設(shè)次梁、鋼龍骨，鋪木夾板；(2)壓型鋼板與現(xiàn)澆混凝土組合樓板；(3)蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土(ALC)樓板：一般多用鋼梁上鋪100厚ALC板，再鋪15 mm木夾板、地毯或木地板；(4)預(yù)制薄砼上現(xiàn)澆砼的疊合砼板。
1．3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系
外墻維護(hù)體系一般有2種做法：(1)分體式：由自承重板材或塊體外加保溫防熱、隔聲材料，再加外裝飾面材料和單向透氣透水的防水材料。(2)“三明治”式：將承重及保溫隔熱、隔聲材料制作成整體的三明治式板。單獨(dú)的輕質(zhì)墻體面板有：防火、防水的石膏板，中、低密度水泥纖維板，定向創(chuàng)花板，木板，ALC板，塑料板等；保溫材料用玻璃絲棉。裝飾性外墻則采用真空擠壓高密度水泥纖維板、高密度水泥纖維板、PVC板等[1]。
2 輕鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
由于環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)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(dòng)中低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用與發(fā)展。
澳大利亞早在20世紀(jì)60年代就提出了“快速安裝預(yù)制住宅”的概念，但由于市場(chǎng)尚未成熟，并未得到很好發(fā)展。到了1987年，高強(qiáng)度冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，澳大利亞與新西蘭的聯(lián)合規(guī)范AS／NZS4600冷彎成型結(jié)構(gòu)鋼規(guī)范于1996年發(fā)布實(shí)施。這種鋼材承載力高，與相同承載力的木材相比，只是木材的1／3重，表面經(jīng)鍍鋅處理，在免大修的情況下，耐久性可達(dá)75年。
據(jù)報(bào)道，輕鋼結(jié)構(gòu)在美國發(fā)展最快，1965年輕鋼結(jié)構(gòu)在美國僅占建筑市場(chǎng)15％；1990年就上升到53％，而1993年則已上升到68％，到2000年已經(jīng)上升到75％。住宅用構(gòu)件和部晶的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，及其專業(yè)化、商品化、社會(huì)化程度很高，幾乎達(dá)到100％，各種施工機(jī)械、設(shè)備、儀器等租賃化非常發(fā)達(dá)，商品化程度達(dá)到40％[2]。
近年來，全部構(gòu)件均采用冷成型鋼的輕鋼龍骨體系建筑作為一種新興的建筑方法正在歐美迅速發(fā)展，日益成為一種可訂購的特殊商品，廣泛應(yīng)用于別墅、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)建筑等。在澳大利亞，每年約建造6億美元的輕鋼龍骨獨(dú)立式住宅120 000棟，約占澳大利亞所有建筑業(yè)務(wù)產(chǎn)值的24％；在美國，采用該體系建造的房屋從20世紀(jì)90年代中期的55 000棟劇增為2000年的325 000棟[3]。目前這種輕型鋼結(jié)構(gòu)己成為發(fā)達(dá)國家的主要建筑結(jié)構(gòu)形式。
包括單層和多層的住宅和公寓在內(nèi)的輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系之所以如此迅猛發(fā)展、方興未艾，有其深刻的原因：與其他形式鋼結(jié)構(gòu)住宅相比較，輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系尤其是冷彎薄壁型輕鋼龍骨住宅具有一些獨(dú)特的綜合優(yōu)勢(shì)[4]：
(1)輕鋼住宅輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性能好，安全性高。建筑自重輕，僅相當(dāng)于混凝土結(jié)構(gòu)的一半左右。
(2)輕鋼龍骨體系構(gòu)配件制作工廠化和機(jī)械化、商品化程度高，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化，可以縮短施工周期。
(3)構(gòu)件截面小，與混凝土結(jié)構(gòu)相比可增加建筑有效面積8％左右。屋面采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，可建造出豐富多姿的屋頂形式，外形美觀，滿足建筑個(gè)性化要求。
(4)室內(nèi)水電氣管線可全部暗埋在墻體中，布置靈活、修改方便。適于采用科技含量高的環(huán)保節(jié)能墻板、樓板及屋面板，節(jié)能效果好。
(5)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅施工噪音小，建筑垃圾少，所用材料主要是可以回收或易降解的材料，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的要求，屬于綠色環(huán)保型建筑。
根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)果，在地震區(qū)、軟土地基建造住宅，采用輕鋼結(jié)構(gòu)體系可比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系造價(jià)略低或持平，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。考慮到長(zhǎng)遠(yuǎn)的使用、發(fā)展趨勢(shì)和環(huán)保要求，輕鋼住宅發(fā)展前景好，市場(chǎng)需求量大，將逐漸成為房屋市場(chǎng)新的“賣點(diǎn)”。
20世紀(jì)80年代我國從日本引進(jìn)幾百棟輕鋼結(jié)構(gòu)低層別墅，90年代個(gè)別國外公司為推廣其產(chǎn)品在北京、上海等地建立了多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅樓，但是大規(guī)模的研究開發(fā)、設(shè)計(jì)制造、施工安裝輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑還是近幾年才逐步發(fā)展起來的。目前北京、天津、新疆、湖南、山東萊蕪、安徽馬鞍山、南京、上海、廣州和深圳等地開始并建成一批低層、多層和高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程。同時(shí)，在建設(shè)部組織編制的《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》的指導(dǎo)下，很多科研單位和鋼結(jié)構(gòu)公司，包括北京賽博思金屬結(jié)構(gòu)有限公司、萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司、山東安爾發(fā)建筑科技有限公司等，都分別在輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研究方面進(jìn)行了有益的探索。
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國尚屬試驗(yàn)、起步階段，但目前己在全國各地普遍開花。
適宜用于多層建筑的輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅在我國具有很好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。
(1)我國鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，2004年的鋼產(chǎn)量達(dá)到2億t，成為世界第一鋼材生產(chǎn)大國。隨著我國冶金企業(yè)不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鋼與鋼材的品種、規(guī)格日漸增多，建筑配套產(chǎn)品日益齊全，為鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
(2)我國政府高度重視鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展，建設(shè)部在新修訂的《建筑技術(shù)政策》中，明確提出積極發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的方針，把鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)列為10大重點(diǎn)推廣技術(shù)。2002年發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》又為輕鋼住宅的發(fā)展提供了政策保證和技術(shù)支持，這必將對(duì)我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展起積極推動(dòng)作用。
(3)冷彎薄壁型輕鋼龍骨住宅滿足我國住宅產(chǎn)業(yè)化的要求。住宅產(chǎn)業(yè)化是城市可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)一步深化，或者說，城市可持續(xù)發(fā)展要求住宅產(chǎn)業(yè)化，二者具有高度的一致性‘“。
3 輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展存在的一些問題
雖然輕鋼是替代目前磚石和混凝土材料的最佳選擇。但是，目前輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在我國的應(yīng)用僅局限于極少量的高檔別墅住宅和極少數(shù)的多層住宅建筑，但還沒有推廣應(yīng)用，農(nóng)村市場(chǎng)和小城鎮(zhèn)改造等更是一片空白。探究其原因主要有以下幾個(gè)方面：
(1)輕鋼骨架構(gòu)件是低層、多層輕鋼骨架住宅的關(guān)鍵材料，尤其是冷彎薄壁型輕鋼住宅的梁柱均采用1 mm左右的C型鋼和U型鋼，目前國內(nèi)能夠生產(chǎn)此種構(gòu)件的廠家非常少，產(chǎn)量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致造價(jià)過高。
(2)國內(nèi)在這方面的研究基本處于一片空白狀態(tài)。盡管國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018—2002》是一本用于指導(dǎo)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工與質(zhì)量驗(yàn)收的綜合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但其主要是針對(duì)工業(yè)廠房屋面體系的檁條設(shè)計(jì)，在其構(gòu)造條文中，明文規(guī)定“冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的壁厚不宜小于1．5mm，主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的壁厚不宜小于2mm”。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"]式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中也涉及到一些有關(guān)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的條文，同樣，在其有關(guān)構(gòu)造條文中，也規(guī)定“用于凜條和墻梁的冷彎薄壁型鋼，壁厚不宜小于1．5 mm。這主要是由于我國過去極少將2mm以下的薄鋼板用作主要承重結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，因而既缺乏使用經(jīng)驗(yàn)，也缺少相應(yīng)的理論研究。受此限制，輕型住宅鋼結(jié)構(gòu)建筑的用鋼量將大幅增加，使其造價(jià)提高，也就失去了與傳統(tǒng)建筑的競(jìng)爭(zhēng)力。
(3)消費(fèi)者的傳統(tǒng)觀念。由于大量采用輕型屋面材料和墻體材料，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的突出特點(diǎn)是“輕”，面對(duì)一個(gè)很“輕”的建筑，我國的購房者可能首先會(huì)關(guān)注結(jié)構(gòu)的安全性，即結(jié)構(gòu)是否堅(jiān)固，是杏足以阻擋外物入侵和自身財(cái)物的安全等。鋼材容易銹蝕，也是人們長(zhǎng)期以來對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的固有認(rèn)識(shí)。
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展前景廣闊，但前面所述這些問題必須得到解決。
4 鑒于述存在的問題，提出幾點(diǎn)建議
(1)引進(jìn)國外應(yīng)用成熟，并經(jīng)過研究能適應(yīng)中國地區(qū)的冷彎薄壁型鋼構(gòu)件體系和生產(chǎn)流水線，生產(chǎn)出重量輕、截面特性好的真正的“輕鋼”構(gòu)件，在國內(nèi)大規(guī)模推廣。
(2)科研單位、高校和企業(yè)要積極開展冷彎薄壁型鋼住宅各部分構(gòu)件的理論和試驗(yàn)研究，對(duì)國外的輕鋼結(jié)構(gòu)體系技術(shù)進(jìn)行吸收、改進(jìn)和發(fā)展，提高我國的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)生產(chǎn)能力和發(fā)展能力。并將研究成果最終以規(guī)范的形式確定下來，作為工程師設(shè)計(jì)此種類型房屋的依據(jù)。
(3)在各個(gè)地區(qū)建立樣本房，通過一個(gè)點(diǎn)帶動(dòng)整個(gè)面，讓人們親自參觀、感受一下這種高科技住宅比之傳統(tǒng)的住宅的優(yōu)勢(shì)之所在，從根本上改變?nèi)藗儗?duì)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的傳統(tǒng)印象，使輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點(diǎn)深入人心。
可以預(yù)見，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在21世紀(jì)的中國必將得到廣泛的發(fā)展。
