轻钢结构住宅体系介绍及应用浅析
【关键词】住宅轻钢结构，结构体系
随着我国新型住宅的开发和市场经济的发展，轻钢结构的应用越来越广泛。轻钢结构建筑体系用于住宅建筑，从其在发达国家多年的实践中及我国一些研究单位、高校的研究资料上分析，其建筑物的重量与其它类住宅通用体系相比可减轻30%，特别是在地质承载力低和地震烈度较高的地区，其综合经济效益优于一般住宅建筑体系。在我国土地资源匮乏而钢产量相对充裕的现实情况下，国家倡导轻钢结构住宅的建设是十分适宜的，且钢结构体系亦与可持续发展的“绿色住宅”理念相符。
1轻钢结构住宅及优点
轻钢结构住宅是以经济钢型材构件，包括冷弯型钢、热轧或焊接H型钢，T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件作为住宅承重骨架，以轻型墙体材料作为围护结构所构成。轻钢结构住宅体系主要包括以钢结构为主、钢木混合、钢木和混凝土混合结构三种。与传统的住宅结构相比，轻钢结构住宅优点有：
（1）建筑空间布置灵活，能满足不同住户对住宅的多种功能要求；
（2）采用材料轻质高强、抗震性能好、安全性高；
（3）可以实现住宅建设的工业化和产业化；
（4）施工方便快捷，建设周期短；
（5）符合国家环保和可持续发展的要求；
（6）综合经济效益好。
2轻钢结构住宅的主要结构体系
从结构方面来讲，我国常用的轻钢结构体系有:纯框架结构体系、框支结构体系、框架剪力墙结构体系、错列桁架体系、钢一混凝土组合结构体系和轻钢龙骨结构体系。
（1）纯框架结构体系
纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。框架结构的平面布置灵活，可提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大的延性，自振周期较长，抗震性能好。但侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，因此不宜建的太高。
（2）框支结构体系
纯框架在风、地震荷载作用下，侧移不符合要求时，可以采用带支撑的框架，即在框架体系中，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构，能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移。
（3）框架剪力墙结构体系
在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，平面布置灵活、使用方便，又有较大的刚度，可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积(如楼梯间、电梯间和卫生间)周围设置，就形成框架多筒体结构体系，这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度，成为主要的抗侧力构件，承担大部分水平荷载，钢框架主要承受竖向荷载。如图1。
（4）错列桁架体系
图2为错列桁架体系。错列桁架体系是19世纪60年代中期，由麻省理工学院在美国钢铁公司的赞助下开发的一种结构体系。主要用于多、高层住宅中。目前，这类结构体系在国内应用较少。
（5）钢一混凝土组合结构体系
钢--混凝土组合结构体系是由钢管混凝土柱、钢骨混凝土梁、抗侧力支撑、双向轻钢密助组合楼盖和复合外墙板等构件组成的钢结构框架支撑结构体系。
（6）轻钢龙骨结构体系
轻钢龙骨结构体系主要用于低层住宅或别墅，可分为两类，一类为冷弯C型钢组成的龙骨体系，另一类以小型热轧型钢组成的龙骨结构体系。
3轻钢住宅围护结构体系
为发挥轻钢结构的优势，围护墙体应采用轻质材料，以形成轻型结构体系，如自承重式的空心砌块、加气混凝土块、非自承重的压型钢板夹芯板、蒸压轻质加气混凝土板(ALC)、以及玻璃幕墙等。墙梁优先选用冷弯薄壁槽钢、卷边槽钢、卷边z型钢，通过螺栓与主体框架连接。
（1）钢骨构件
低层住宅结构用钢的强度指标一般达到230Mpa或340Mpa，厚0.46mm~2.5mm，由钢板压制成C型、U型或者L型。
与钢结构体系相适应的围护墙体材料的选择是制约钢结构住宅发展的一个非常重要的因素。它要求：①工厂化程度高，与钢结构易于连接，②材料轻且强度高，③防水、抗渗、抗冻性能强，④保温、隔热、节能，⑤外饰面，⑥耐火，⑦耐久性，⑧经济指标易于接受，等等。
（2）保温隔热、隔音材料
轻型钢骨结构住宅所采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，当墙面做外保温时，比较多地采用刚性挤塑成型发泡材料，这些保温隔热材料同时也是较好的隔音材料，一般隔音效果可达到40分贝以上，大大减少了房屋的环境噪音污染。楼层板隔音一般采用双层保温层做法。
（3）外墙及屋面防水材料
外墙体通常采用单向透气透水的建筑纸或其它优质防水卷材或涂料，并辅以防水外挂装饰材料。屋面采用各种轻质的金属或非金属挂瓦、板材或贴面材料。色彩多样、成本低、维护方便、防漏性能好。
4轻钢结构住宅的应用
（1）轻钢结构住宅体系国外应用
在美国、日本、意大利、澳大利亚等国家和地区，早己把钢结构用于住宅，轻钢结构建筑则是一种常见的结构体系。在美国普通的低层民用住宅中，采用轻钢结构，特别是采用镀锌轻钢龙骨作为承重结构体系应用于住宅建造所占的比例，从20世纪90年代初的5%己发展到现在的25%左右，且技术己经成熟完善，例如典型的北美轻钢住宅。
北美钢结构低层住宅是一种轻型钢骨结构体系，一般为4层以内，也可以建造6-7层的房屋。
（2）轻钢结构住宅体系在我国的应用
我国轻钢结构住宅的研究和应用试用于20世纪90年代末，目前还处于研究和试点工程阶段。目前全国已进行了大量的试点项目，如下：
(1)上海现代房产实业有限公司建造了几万㎡低层和高层轻钢结构住宅试点工程。
(2)1999年新疆库尔勒建造了一幢8层错列桁架体系钢框架住宅楼。
(3)马鞍山钢铁公司建成了2层的轻钢试点工程，全部采用马钢生产的热轧H型钢。马钢光明新村也将兴建2幢16层支撑框架结构的住宅试点楼。
(4)北京西三旗水电工程宿舍为6层H型钢-剪力墙结构体系，压型钢板组合楼面，自承重砌体外墙，钢筋混凝土独立基础加连系梁，防火为防火涂料加砂浆覆面。
(5)湖南长沙远大集团建造了一幢7层轻钢框架住宅样板楼，柱网3.6m×6.0m，120mm厚压型钢板混凝土组合楼面，耗钢量46kg/㎡。
(6)北京某综合办公楼为5层，局部6层，为轻钢结构，用钢量约55kg/㎡，按现行定额标准，其造价比钢筋混凝土结构方案略低。
(7)江苏江阴京江轻钢房屋公司试验楼，5层轻钢框架结构，ALC板做外墙，柱下独立基础，结构用钢量约50kg/㎡。
(8)山东莱芜钢铁股份公司在莱芜钢城建造H型钢住宅样板小区。
5轻钢结构住宅发展存在的主要技术问题
目前，国内针对轻钢结构住宅发展的主要研究及技术热点问题有：
（1）轻钢结构的防锈、防火技术及新型防火材料的研制和相应设计规程的制订还不能满足市场要求。
（2）轻钢住宅典型连接节点及其抗震性能研究;轻钢住宅中围护结构及隔断体系研究与开发。
（3）轻钢住宅中防火、防腐和保温技术。
（4）轻钢住宅配套使用建筑设备的经济性研究；轻钢住宅的施工技术与施工措施研究。
轻钢住宅体系是一个综合复杂的技术系统，除结构本身外，还涉及到墙体材料、屋面保温防水材料、橱卫设备和管线系统等其它配套体系。只有采用适合轻钢结构的配套体系，才能最充分地发挥轻钢住宅的优势，造福于民。
结语
通过对轻钢住宅结构体系的研究和工程试点表明，逐步开发和完善安全舒适、功能优越且成本低廉的轻钢住宅，可以考虑将来作为部分富裕农村地区的建筑形式，可以加快国家和城市的发展速度，还提高了住宅质量和人们的居住水准，它作为一种商品具有较高的综合经济效益，同时还促进了社会的可持续性发展，给社会带来了良好的社会效益，这也是发展轻钢结构住宅的重要意义。
参考文献：
【l】陈明轻钢建筑系统使用手册，同济大学出版社，2004.3
【2】北欧现代建筑发展历程简述[J]一世界建筑，1997.4
【3】轻钢结构住宅在我国的发展前景[J]长江建筑，2001.4
【4】轻型钢结构体系在我国住宅建筑中的应用前景[J]建筑技术开发，2000.10
【5】侯兆欣.我国住宅钢结构体系推广应用中的几个问题[J]施工技术，2000.7