冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中的應(yīng)用

李彥宏

（酒鋼集團(tuán)甘肅筑鼎建設(shè)有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 概述

裝配式住宅是綠色建筑的一個(gè)代表。大量的研究和實(shí)踐表明，通過(guò)裝配式住宅的廣泛應(yīng)用，能夠在提升我國(guó)住房功能性、安全性及穩(wěn)定性的同時(shí)，滿足當(dāng)前我國(guó)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)的需求，從而為我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展水平的提升及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

裝配式住宅采用產(chǎn)業(yè)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(yè)化施工技術(shù)在建筑工地形成現(xiàn)代化住宅，整個(gè)過(guò)程機(jī)械化操作，施工干作業(yè)，住宅全過(guò)程的開發(fā)建造轉(zhuǎn)變?yōu)樽≌圃臁?/p>

2 冷彎薄壁型鋼發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 冷彎薄壁型鋼的發(fā)展現(xiàn)狀及概述

我國(guó)冷彎型鋼的生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代，第一臺(tái)專業(yè)化輥式冷彎成型機(jī)組于1958年10月投產(chǎn)，1987年中國(guó)正式出版了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ18-87），2011年推出了《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》（JGJ227-2011）[1]。

冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品是一種經(jīng)濟(jì)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(guī)格多達(dá)千余種，截面特性系數(shù)如慣性矩和抵抗矩相對(duì)較高，因此可以通過(guò)截面優(yōu)化來(lái)提高構(gòu)件的承載力，使得構(gòu)件受力更為合理和適用。

2.2 冷彎薄壁型鋼的優(yōu)點(diǎn)

裝配式住宅的建造是冷彎薄壁型鋼的主要應(yīng)用領(lǐng)域，目前冷彎薄壁型鋼裝配式住宅結(jié)構(gòu)體系的研究和應(yīng)用基本趨于成熟。通常來(lái)說(shuō)，冷彎薄壁型鋼具有以下特點(diǎn)：

（1）適用性強(qiáng)，可以應(yīng)用于較小跨度和較小荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；

（2）可以通過(guò)改變截面形狀，獲得最佳的強(qiáng)度重量比；

（3）可以為電力和管道提供密封式構(gòu)件；

（4）質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛度大，力學(xué)性能良好；

（5）適用于構(gòu)件預(yù)制和量化生產(chǎn)；

（6）運(yùn)輸便利、施工組裝方便、綠色環(huán)保、材料可回收利用；

冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本可以實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制，甚至可以實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)拼裝；施工現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行簡(jiǎn)單的裝配，真正實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、成品化、產(chǎn)業(yè)化。

2.3 冷彎薄壁型鋼應(yīng)用推廣中存在的問(wèn)題

1）現(xiàn)階段冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品的應(yīng)用正在快速拓展，但主要應(yīng)用于低層房屋及鄉(xiāng)村住宅用房。我國(guó)傳統(tǒng)建筑中，結(jié)構(gòu)體系以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)為主，冷彎薄壁型鋼建筑的墻體因結(jié)構(gòu)構(gòu)造的原因，通常填充保溫材料，雖然節(jié)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(tǒng)住宅的使用習(xí)慣不一致[2]；

2）冷彎薄壁型鋼建筑結(jié)構(gòu)體系是由磚木結(jié)構(gòu)演變而來(lái)的輕鋼結(jié)構(gòu)體系，通常適用于兩層及局部三層以下的獨(dú)立或聯(lián)排住宅，單元住宅的長(zhǎng)度通常不超過(guò)16m，寬度不超過(guò)10m，高度不超過(guò)3.2m。因結(jié)構(gòu)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(jié)點(diǎn)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(diǎn)是承載能力小，同時(shí)截面應(yīng)力集中，對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度有所削弱；

4）防腐和防火性能有待進(jìn)一步提高。我國(guó)南方氣候潮濕多雨，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的防腐具有較高要求；北方冬季寒冷，很多農(nóng)村采用火炕取暖，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的防火、耐高溫性能具有一定的考驗(yàn)。

3 有關(guān)冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中應(yīng)用推廣的論述

3.1 必要性論述

3.1.1 建筑技術(shù)方面

與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)相比，冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）冷彎薄壁型鋼具有重量輕、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，其自重是鋼筋混凝土建筑的1/4，建筑使用面積比傳統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的抗震性；

3）冷彎薄壁型鋼能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，施工工期可縮短30%，符合建筑產(chǎn)業(yè)化的要求；

4）冷彎薄壁型鋼鋼材可以回收利用，是綠色環(huán)保建筑產(chǎn)品。建造和拆除對(duì)環(huán)境污染較少，固體廢棄物減少45%以上，符合發(fā)展環(huán)保節(jié)能住宅的國(guó)家政策；

5）冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸相對(duì)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(jié)構(gòu)構(gòu)件不燃燒，不霉變，不蟲蛀，降低了人工維護(hù)成本，房屋構(gòu)件更換維修更加方便。

3.1.2 國(guó)家政策方面

國(guó)家現(xiàn)在大力倡導(dǎo)發(fā)展裝配式建筑，冷彎薄壁型鋼是裝配式住宅的“心臟”，國(guó)家層面來(lái)講，相繼出臺(tái)了許多文件和制度，對(duì)發(fā)展裝配式住宅進(jìn)行了明確和規(guī)范。

1)2001年12月19日建設(shè)部印發(fā)了《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》，該文件明確鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)發(fā)展的基本原則，是鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑發(fā)展的指導(dǎo)性文件[3]；

2)2001年至2002年，建設(shè)部立項(xiàng)了40多個(gè)鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，并頒發(fā)了《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)則》，用以指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)住宅研發(fā)；

3)2011年，建設(shè)部推出了《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》；

4)2013年1月，國(guó)務(wù)院轉(zhuǎn)發(fā)了國(guó)家發(fā)改委、住建部《綠色建筑行動(dòng)方案》，明確提出了推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)等建筑體系，加快發(fā)展建設(shè)工程的預(yù)制和裝配技術(shù)，提高建筑工業(yè)化技術(shù)集成水平；

5)2016年，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，提出我國(guó)要力爭(zhēng)用10年左右時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)30%。在政策支持下，冷彎薄壁型鋼產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)重大機(jī)遇[4]。

3.1.3 市場(chǎng)前景方面

國(guó)家倡導(dǎo)綠色建筑，循環(huán)利用及建筑產(chǎn)業(yè)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(chǎn)商、投資者關(guān)注和推動(dòng)的新型產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)目前冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)住宅占比不超過(guò)5%，而發(fā)達(dá)國(guó)家占比超過(guò)50%，因此，我國(guó)冷彎薄壁輕鋼建筑還處于起步階段，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅還有很大的發(fā)展空間。據(jù)權(quán)威部門市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告，未來(lái)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)有望撬動(dòng)數(shù)萬(wàn)億元綠色建筑市場(chǎng)，前景極為廣闊。

3.2 可行性論述

在建筑技術(shù)方面，冷彎薄壁型鋼建筑技術(shù)經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展，已經(jīng)趨于成熟，并且經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，在適用性、安全性方面，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，并逐漸形成完整的建筑技術(shù)體系。

在市場(chǎng)開發(fā)方面，目前我國(guó)對(duì)冷彎薄壁型鋼建筑的應(yīng)用研究還處在推廣階段。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)逐步得到市場(chǎng)的認(rèn)可，由于該建筑產(chǎn)業(yè)化程度較高，未來(lái)發(fā)展前景廣闊，所以市場(chǎng)占有率預(yù)計(jì)會(huì)有明顯提高。

3.3 經(jīng)濟(jì)型論述

冷彎薄壁型鋼建筑的綜合造價(jià)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)建筑要低，施工周期短、綠色環(huán)保、抗震性好。具有良好的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)對(duì)建筑功能布局、建筑節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化，有望使該產(chǎn)品的建筑造價(jià)進(jìn)一步有所降低。

冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品的綜合造價(jià) （含內(nèi)外裝修）相比傳統(tǒng)建筑降低20%。住宅、鄉(xiāng)村別墅等居住建筑的開發(fā)建設(shè)通常具有較大規(guī)模，因此，冷彎薄壁型鋼建筑的成本優(yōu)勢(shì)將會(huì)隨著項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模的增大而顯著提升。

4 冷彎薄壁型鋼在裝配式住宅中應(yīng)用的具體內(nèi)容

通過(guò)對(duì)冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品的力學(xué)性能、耐久性、適用性的研究，同時(shí)進(jìn)行材料比選、力學(xué)分析、試驗(yàn)比對(duì)等方法實(shí)現(xiàn)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到以下目標(biāo)：

1）通過(guò)對(duì)冷彎薄壁型鋼建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化，降低拉鉚釘或自攻螺釘連接產(chǎn)生的截面削弱，保證連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能的可靠性，嘗試節(jié)點(diǎn)的焊接連接的可行性；

2）對(duì)冷彎薄壁型鋼建筑的外圍護(hù)墻體和內(nèi)隔墻進(jìn)行優(yōu)化，在經(jīng)濟(jì)、美觀、適用、節(jié)能保溫、有效隔音的基礎(chǔ)上，嘗試使用多種墻體圍護(hù)材料，并開發(fā)適合傳統(tǒng)使用習(xí)慣的墻體構(gòu)造；

3）嘗試使用更為合理的防火構(gòu)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(yīng)用預(yù)期達(dá)到的效果

1）通過(guò)對(duì)冷彎薄壁型鋼力學(xué)性能的研究，獲得更大的強(qiáng)度重量比，降低主材用量6%以上；

2）與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式建筑相比，降低房屋建設(shè)成本20%，施工階段固體廢棄物減少40%；

3）通過(guò)對(duì)金屬耐腐蝕性能和防火材料、節(jié)能保溫材料的深入研究，優(yōu)化建筑產(chǎn)品的耐久性能和適用性；

4）優(yōu)化建筑節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行抗震性能分析，優(yōu)化施工作業(yè)流程，提高建筑抗震性能，施工工期縮短30%以上；

5）實(shí)現(xiàn)建筑功能布局的多樣化、產(chǎn)品風(fēng)格的多樣化，以滿足不同的市場(chǎng)需求；開發(fā)包括低、多層公共建筑、低層別墅、構(gòu)筑物、防護(hù)圍欄和廣告牌等多種建筑產(chǎn)品；

6）在實(shí)踐中形成冷彎薄壁型鋼建筑產(chǎn)品的若干專利。

6 結(jié)論與展望

伴隨著社會(huì)與技術(shù)的進(jìn)步，人們的生活方式和價(jià)值觀念的轉(zhuǎn)變，對(duì)居住空間舒適性、適應(yīng)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(yīng)用在我國(guó)現(xiàn)在和將來(lái)的住宅建設(shè)中蘊(yùn)含大的潛力。相較于傳統(tǒng)的建筑方式，冷彎薄壁型鋼推廣和使用過(guò)程中，能夠有效地節(jié)省建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，從而提升建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。