谈冷弯薄壁型钢结构的应用与前景

林 娇 梁栓柱 李成亮 孙璟玥 郑 丹

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

谈冷弯薄壁型钢结构的应用与前景

林 娇 梁栓柱 李成亮 孙璟玥 郑 丹

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

阐述了冷弯薄壁型钢结构在国内外的研究状况，介绍了冷弯薄壁型钢结构所具有的结构自重轻、抗震性好、节约成本等优势，并结合实例分析了冷弯薄壁型钢在建筑工程中的应用前景，以供参考。

冷弯薄壁型钢，轻型钢材，结构，建筑工程，环保

1 概述

随着社会的进步，可持续发展成为当今的主题，对建筑行业的环保要求越来越高。钢结构体系在国家提倡绿色环保经济建设背景下，已成为一种绿色环保的新型结构体系。

1.1 国外研究状况

冷弯薄壁型钢是指用钢板或带钢在室温下弯曲成的各种断面形状的成品钢材，具有良好的延性和结构性能，被广泛用于围护结构、屋盖中的檩条、墙板中的内柱、框架、桁架等。20世纪40年代，美国、欧洲等一些发达国家就已经将冷弯薄壁型钢结构应用于建筑领域，美国钢铁协会也制定了相关规范。目前在英国新建的90%的单层和60%的多层非居住类房屋建筑中均采用轻钢结构[1]。在美国用冷弯薄壁型钢作为原材料的建筑已经占美国建筑类钢结构用钢量的45%以上，主要应用于1层～2层的民用建筑，如别墅，学校，医院，商业建筑等。承重体系为薄壁构件，厚度较小，故此类建筑的使用寿命一般定为20年[2]。

日本是个地震多发国家，为了减少地震带来的人员伤亡以及经济损失，这种轻型钢结构在日本民用建筑中广泛应用。日本的冷弯薄壁型钢虽然起步相对欧美较晚，但是在引进和吸收欧美的经验基础之上，对冷弯薄壁型钢住宅体系有全面系统的研究。目前日本有专门的企业去进行冷弯薄壁型钢的研发、设计、构件加工、施工安装及售后服务等。

1.2 国内研究状况

20世纪60年代由于援外工程的需要，我国才开始研究冷弯薄壁型钢结构的设计方法。70年代初上海交通大学，湖南大学进一步对其进行研究，在这期间我国建造了一大批冷弯薄壁型钢的仓库和单层厂房，为我国冷弯薄壁型钢研究积累了宝贵的经验。20世纪90年代，冷弯薄壁型钢作为主要构件被引入房屋建筑中，如中低层住宅结构，中等跨度的门式钢架[3]。我国在2002年引进了北美冷弯薄壁型钢结构体系，并且制定了相应的标准，先后开发建设了北京纳帕溪谷、昆山纳帕尔湾等知名项目，并且取得了良好的成果[4]。但是目前，我国建筑行业还没有推出完整的冷弯薄壁型钢结构体系，也没有统一的设计标准，个别的工程实例仍需单独设计，所以，对冷弯薄壁型钢结构的研究十分必要。

2 冷弯薄壁型钢结构的优点

1)结构自重轻。

冷弯薄壁型钢结构的自重为钢筋混凝土结构的1/3～1/4。由于结构整体自重小，为基础减轻负担，减少了基础的沉降，可以降低基础处理费用，也使得冷弯薄壁型钢可以更好地应用于软土地基等。

2)抗震性好。

冷弯薄壁型钢结构一般采用焊接连接，钢框架受力，结构整体性较好。钢材本身具有的均匀性和强韧性，可以有较大的变形，且其自身刚度较大，地震作用下产生的水平作用力较小，能很好的承受动力荷载，有利于抗震。良好的抗震性能，能有效的保证人们的生命财产安全[5]。

3)经济性好。

钢材是100%可回收再利用的材料，属于绿色环保节能材料，符合可持续发展的理念，目前的钢管和C型钢的价格在4 000元/t～4 500元/t，回收价格在2 500元/t，具有巨大的潜在经济效益。钢材本身的保温，隔热性能良好，建筑过程中无需提供保温结构，节约资源。冷弯薄壁型钢结构的施工周期短，故相应的工程贷款利息和管理费用大大降低，节约成本。

4)工厂化生产及施工。

冷弯薄壁型钢结构的构件，都是提前在工厂预制好的，在施工时直接由工厂运到施工现场，在施工现场直接进行安装，钢结构施工简单，施工速度快，施工现场整洁，产生的建筑垃圾少，施工过程中产生的噪声也小，有利于环境保护。

3 冷弯薄壁型钢在建筑工程中的应用

冷弯薄壁型钢结构用于低层住宅起源于北美，并已经形成了经典的体系。早在19世纪30年代，日本阪神淡路地震时，美国向日本捐赠了300套钢构房。而如今在日本、澳大利亚等地区也都已形成各自的结构体系，广泛运用于居民住宅建设中。我国低层冷弯薄壁型钢住宅发展较为缓慢，但也开始大量从国外引入，并逐渐投入研究使用。北京纳帕溪谷别墅区、昆山纳帕尔湾别墅区都是典型的北美体系低层冷弯薄壁型钢住宅房。

昆山纳帕尔湾项目在昆山市建设冷弯薄壁型钢结构联拼住宅278套，结构主体为冷弯薄壁型钢结构，采用的是Q345钢，外墙龙骨为550C20(140 mm厚)，内墙龙骨为350C20(89 mm厚)，墙体龙骨间距、楼面梁间距和屋面梁间距均为610 mm，门窗洞口、结构柱部分采用组合柱用螺钉连接，进行局部加强。冷弯薄壁型钢的运用减少了结构自重，增强了抗震性。而且结构墙板附有OSB板、石膏板和波纹板，使构件的实际受力、变形均比平面体系设计减少10%～15%。这样的结构体系减少了施工的复杂性，节约了时间，还节省了钢材，增大了住宅的使用面积(见图1)。

位于山东阴蒙县的蒙山会馆是冷弯薄壁型钢应用于公共建筑的一个典型实例(见图2)。该会馆是地下两层、地上两层的酒店综合楼，建筑高度为9.20 m。地上两层均采用冷弯薄壁型钢龙骨结构，以轻型冷弯型钢作为承重骨架，轻型墙体材料作为围护结构，构件之间用自攻螺钉来连接。冷弯薄壁型钢龙骨结构自重轻、经济性好、施工方便快捷的优点在低层建筑结构中得到充分的发挥[6]。

工业建筑用冷弯薄壁型钢建设厂房厂棚也更加常见，我国很早就有这方面的实践。峰峰集团的万年煤矿，位于河北邯郸市。该矿区36.8 m跨度的机厂设备棚采用的是平面拱结构，主要承力的构件拱和拉杆，以及次要构件檩条和支撑结构均采用的是冷弯薄壁型钢结构。由于拱主要受轴向压力和平面弯矩作用，所以拱架和拉杆加设了缀板，构成主要承力构件，两拱之间架设冷弯薄壁型钢檩条，同样也减轻了自重[7]。

4 发展前景及展望

由于经济建设和可持续发展的要求，社会发展越来越需要绿色环保的建筑技术。冷弯薄壁型钢具有截面合理、用量经济、自重小、模板成型、施工简便、抗震性好、力学性能良好等特点，恰恰可以满足经济发展需求。而它在与其他材料组合后，体现出更加优越的性能，适用范围更加广阔。例如冷弯薄壁型钢—混凝土组合构件，更好的稳定性和强度可以运用于桥梁工程、多层住宅和高层楼盖结构[8]。轻型冷弯型钢的研究会成为今后建筑技术的发展热点。

5 结语

冷弯薄壁型钢结构具有良好的建筑综合效益和独特的优点，相比普遍的钢筋混凝土结构，冷弯薄壁型钢结构减轻了自重，抗震性好，提高了建筑的经济效益，节约资源，符合国家可持续发展的战略，并且因冷弯薄壁型钢预制程度较高，对促进建筑产业预制化发展有着重大意义。目前在住宅建筑、公共建筑和工业建筑已有较广泛的应用，未来应以科技进步推动冷弯薄壁型钢在有更高要求的桥梁工程、高层建筑等领域广阔发展。

[1] 沈祖炎.冷弯薄壁型钢结构技术规范的发展[J].钢结构,2009(7):55-58.

[2] 南晶晶.冷弯型钢在国内外的发展及其在建筑结构中的应用[J].水利与建筑工程学报,2009(6):117-135.

[3] 钟国辉.冷弯薄壁型钢在房屋建筑中的研究与发展[J].建筑钢结构进展,2002(4):31-38.

[4] 郭晓炜.低层冷弯薄壁型钢住宅体系的应用[J].浙江建筑,2014(8):5-7.

[5] 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):455-458.

[6] 孙同丽.冷弯薄壁型钢龙骨结构体系应用中若干问题的分析与研究[D].上海:同济大学,2007:61-64.

[7] 曹 宏.冷弯薄壁型钢结构在建筑工程中的应用[J].煤炭工程,2004(11):58.

[8] 黄文欢.薄壁型钢—混凝土组合梁抗火性能试验研究[D].厦门:华侨大学,2008:3.

On application and prospect of cold-formed thin-walled steel structure

Lin Jiao Liang Shuanzhu Li Chengliang Sun Jingyue Zheng Dan

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniv.,Harbin150040,China)

The paper describes the cold-formed thin-walled steel structure research conditions at home and abroad, introduces its advantages including light self-weight, good seismic resistance performance and cost saving and so on, and analyzes its application prospect in building engineering by combining with examples, with a view to provide some guidance.

cold-formed thin-walled steel structure, lightweight steel, structure, building engineering, environmental protection

2015-02-12

林 娇(1995- )，女，在读本科生； 梁栓柱(1993- )，男，在读本科生； 李成亮(1994- )，男，在读本科生； 孙璟玥(1994- )，女，在读本科生； 郑 丹(1993- )，女，在读本科生

1009-6825(2015)13-0052-03

TU391

A