冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中的應用

李彥宏

（酒鋼集團甘肅筑鼎建設有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

1 概述

裝配式住宅是綠色建筑的一個代表。大量的研究和實踐表明，通過裝配式住宅的廣泛應用，能夠在提升我國住房功能性、安全性及穩定性的同時，滿足當前我國環境建設和保護的需求，從而為我國建筑行業發展水平的提升及社會可持續發展的實現奠定堅實的基礎。

裝配式住宅采用產業化方式在工廠里制造各種冷彎薄壁型鋼通用部品，采用各種新的工業化施工技術在建筑工地形成現代化住宅，整個過程機械化操作，施工干作業，住宅全過程的開發建造轉變為住宅制造。

2 冷彎薄壁型鋼發展現狀及存在的問題

2.1 冷彎薄壁型鋼的發展現狀及概述

我國冷彎型鋼的生產始于20世紀50年代，第一臺專業化輥式冷彎成型機組于1958年10月投產，1987年中國正式出版了國家標準《冷彎薄壁型鋼結構設計規范》（GBJ18-87），2011年推出了《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程》（JGJ227-2011）[1]。

冷彎薄壁型鋼產品是一種經濟的截面輕型薄壁鋼材，它是在室溫下彎曲成型，冷彎薄壁型鋼壁厚較薄，截面寬厚比較大；冷彎薄壁型鋼規格多達千余種，截面特性系數如慣性矩和抵抗矩相對較高，因此可以通過截面優化來提高構件的承載力，使得構件受力更為合理和適用。

2.2 冷彎薄壁型鋼的優點

裝配式住宅的建造是冷彎薄壁型鋼的主要應用領域，目前冷彎薄壁型鋼裝配式住宅結構體系的研究和應用基本趨于成熟。通常來說，冷彎薄壁型鋼具有以下特點：

（1）適用性強，可以應用于較小跨度和較小荷載的結構構件；

（2）可以通過改變截面形狀，獲得最佳的強度重量比；

（3）可以為電力和管道提供密封式構件；

（4）質量輕、強度高、剛度大，力學性能良好；

（5）適用于構件預制和量化生產；

（6）運輸便利、施工組裝方便、綠色環保、材料可回收利用；

冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅建設中具有良好的應用前景。所有結構構件基本可以實現工廠化預制，甚至可以實現工廠預拼裝；施工現場只進行簡單的裝配，真正實現建筑產業的標準化、成品化、產業化。

2.3 冷彎薄壁型鋼應用推廣中存在的問題

1）現階段冷彎薄壁型鋼產品的應用正在快速拓展，但主要應用于低層房屋及鄉村住宅用房。我國傳統建筑中，結構體系以鋼筋混凝土框架結構和砌體結構為主，冷彎薄壁型鋼建筑的墻體因結構構造的原因，通常填充保溫材料，雖然節能保溫效果和隔音效果良好，但不適合墻面打孔和飾品固定，與傳統住宅的使用習慣不一致[2]；

2）冷彎薄壁型鋼建筑結構體系是由磚木結構演變而來的輕鋼結構體系，通常適用于兩層及局部三層以下的獨立或聯排住宅，單元住宅的長度通常不超過16m，寬度不超過10m，高度不超過3.2m。因結構體系的限制，建筑類型和建筑使用功能較為單一；

3）冷彎薄壁型鋼建筑的節點連接方式通常使用拉鉚釘或自攻螺釘，這種連接方式的缺點是承載能力小，同時截面應力集中，對構件強度有所削弱；

4）防腐和防火性能有待進一步提高。我國南方氣候潮濕多雨，對結構體系的防腐具有較高要求；北方冬季寒冷，很多農村采用火炕取暖，對結構體系的防火、耐高溫性能具有一定的考驗。

3 有關冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中應用推廣的論述

3.1 必要性論述

3.1.1 建筑技術方面

與傳統的鋼筋混凝土結構和砌體結構相比，冷彎薄壁型鋼產品主要有以下優點：

1）冷彎薄壁型鋼具有重量輕、強度高等特點，其自重是鋼筋混凝土建筑的1/4，建筑使用面積比傳統建筑提高5%～10%；

2）冷彎薄壁型鋼可具有鋼材延展性、塑性好等優點，同時具有良好的抗震性；

3）冷彎薄壁型鋼能進行工業化生產，施工工期可縮短30%，符合建筑產業化的要求；

4）冷彎薄壁型鋼鋼材可以回收利用，是綠色環保建筑產品。建造和拆除對環境污染較少，固體廢棄物減少45%以上，符合發展環保節能住宅的國家政策；

5）冷彎薄壁型鋼結構構件尺寸相對較小，布置靈活，裝拆方便。平面布局能夠合理分配建筑使用面積，增加使用空間；

6）冷彎薄壁型鋼結構構件不燃燒，不霉變，不蟲蛀，降低了人工維護成本，房屋構件更換維修更加方便。

3.1.2 國家政策方面

國家現在大力倡導發展裝配式建筑，冷彎薄壁型鋼是裝配式住宅的“心臟”，國家層面來講，相繼出臺了許多文件和制度，對發展裝配式住宅進行了明確和規范。

1)2001年12月19日建設部印發了《鋼結構住宅建筑產業化技術導則》，該文件明確鋼結構住宅建筑技術發展的基本原則，是鋼結構住宅建筑發展的指導性文件[3]；

2)2001年至2002年，建設部立項了40多個鋼結構住宅技術研發項目，并頒發了《鋼結構住宅建筑產業化導則》，用以指導鋼結構住宅研發；

3)2011年，建設部推出了《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程》；

4)2013年1月，國務院轉發了國家發改委、住建部《綠色建筑行動方案》，明確提出了推廣適合工業化生產的鋼結構等建筑體系，加快發展建設工程的預制和裝配技術，提高建筑工業化技術集成水平；

5)2016年，國務院發布的《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，提出我國要力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達30%。在政策支持下，冷彎薄壁型鋼產業有望迎來重大機遇[4]。

3.1.3 市場前景方面

國家倡導綠色建筑，循環利用及建筑產業化，冷彎薄壁輕鋼建筑作為“綠色建筑”的代表，幾乎能滿足所有要求，成為政府部門、地產商、投資者關注和推動的新型產業。

我國目前冷彎薄壁輕鋼結構住宅占比不超過5%，而發達國家占比超過50%，因此，我國冷彎薄壁輕鋼建筑還處于起步階段，冷彎薄壁型鋼結構住宅還有很大的發展空間。據權威部門市場預測報告，未來冷彎薄壁型鋼結構有望撬動數萬億元綠色建筑市場，前景極為廣闊。

3.2 可行性論述

在建筑技術方面，冷彎薄壁型鋼建筑技術經過近年來的發展，已經趨于成熟，并且經過大量實踐，在適用性、安全性方面，積累了大量經驗，并逐漸形成完整的建筑技術體系。

在市場開發方面，目前我國對冷彎薄壁型鋼建筑的應用研究還處在推廣階段。冷彎薄壁型鋼結構建筑已經逐步得到市場的認可，由于該建筑產業化程度較高，未來發展前景廣闊，所以市場占有率預計會有明顯提高。

3.3 經濟型論述

冷彎薄壁型鋼建筑的綜合造價比傳統結構建筑要低，施工周期短、綠色環保、抗震性好。具有良好的經濟性，通過對建筑功能布局、建筑節點和結構體系的優化，有望使該產品的建筑造價進一步有所降低。

冷彎薄壁型鋼產品的綜合造價 （含內外裝修）相比傳統建筑降低20%。住宅、鄉村別墅等居住建筑的開發建設通常具有較大規模，因此，冷彎薄壁型鋼建筑的成本優勢將會隨著項目建設規模的增大而顯著提升。

4 冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中應用的具體內容

通過對冷彎薄壁型鋼產品的力學性能、耐久性、適用性的研究，同時進行材料比選、力學分析、試驗比對等方法實現冷彎薄壁型鋼結構的優化，進而達到以下目標：

1）通過對冷彎薄壁型鋼建筑節點構造進行優化，降低拉鉚釘或自攻螺釘連接產生的截面削弱，保證連接節點的力學性能的可靠性，嘗試節點的焊接連接的可行性；

2）對冷彎薄壁型鋼建筑的外圍護墻體和內隔墻進行優化，在經濟、美觀、適用、節能保溫、有效隔音的基礎上，嘗試使用多種墻體圍護材料，并開發適合傳統使用習慣的墻體構造；

3）嘗試使用更為合理的防火構造和防火措施，降低加工制作成本；

5 冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中應用預期達到的效果

1）通過對冷彎薄壁型鋼力學性能的研究，獲得更大的強度重量比，降低主材用量6%以上；

2）與傳統結構形式建筑相比，降低房屋建設成本20%，施工階段固體廢棄物減少40%；

3）通過對金屬耐腐蝕性能和防火材料、節能保溫材料的深入研究，優化建筑產品的耐久性能和適用性；

4）優化建筑節點設計，進行抗震性能分析，優化施工作業流程，提高建筑抗震性能，施工工期縮短30%以上；

5）實現建筑功能布局的多樣化、產品風格的多樣化，以滿足不同的市場需求；開發包括低、多層公共建筑、低層別墅、構筑物、防護圍欄和廣告牌等多種建筑產品；

6）在實踐中形成冷彎薄壁型鋼建筑產品的若干專利。

6 結論與展望

伴隨著社會與技術的進步，人們的生活方式和價值觀念的轉變，對居住空間舒適性、適應性要求不斷提升，文中探討的冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中的應用在我國現在和將來的住宅建設中蘊含大的潛力。相較于傳統的建筑方式，冷彎薄壁型鋼推廣和使用過程中，能夠有效地節省建筑企業的經濟成本和時間成本，從而提升建筑企業的經濟效益。