建筑工程论文--轻钢结构的现状及发展

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-02-27 17:29 关注：(1)

陈军
摘 要：轻型钢结构很好的发展势头和发展优势，它以其自身卓越的优越性，已在工程中得到越来越广泛的应用。经济的发展为轻型钢结构提供历史性的发展机遇，但仍需科研和生产部门共同努力，不断提高科研、设计、制作和安装能力，使轻型钢结构有较快的发展。
关键词：轻钢结构；建筑；发展

轻钢结构体系建筑的发展可以说是顺应了城市化急速发展和劳动技能明细协作化而出现的，作为体系建筑的本身必须具备后续发展的能力和突出的优点。装配式轻钢的简易建筑一般称“活动房屋”，它具有可装可拆根据需要可任意搬迁，质量轻，拼装方便的特点。
在一些原有的平顶屋面利用轻钢结构装配成一些临时建筑，还可以达到节约用地之目的。“活动房屋”目前多用于生产车间、仓库，但在一些超市、办公、旅馆等建筑中也逐步有所开展，认真设计使成体系，装配式轻钢建筑将大有作为，目前已涉及各个领域，在现代化大生产的今天，它的优越性越来越显著。
一、装配式轻钢结构建筑概况
世界上对装配式轻钢结构建筑早在四十年代初开始，近半个世纪以来，发展比较快，质量也越来越高，目前已涉及多个领域。
在一九三三年，美国就由汽车制造商生产第一栋装配建筑。一开始只是流动工人、巡回的钻探工、军事和土建施工人员使用，这种房子下面有轮子可以移动，五十年代出现了可以固定的装配式建筑，而且有一半用作住宅，并设有煤卫等各种设备，逐步形成了各种体系。
日本的装配式轻钢结构建筑发展较快，在六十年代，日本为了从根本上解决战后的房荒，改革了依靠传统手法的单一生产，创造了通过工厂把建筑部件预制加工，使现场施工省力，并且缩短工期。与此同时提高部件的标准化和尺寸的精确度，并通过大批生产来达到降低成本这一目的。四十多年来，日本除了开发木结构钢筋混凝土结构装配式建筑以外，主要是发展装配式轻钢结构建筑。他们比较注意科学研究，不但形成科学体系，而且注意了标准化和多样化的统一。
我国的装配式轻钢结构建筑开始于六十年代末，当时国家建委制作了标准图集，进行了部分试点。由于当时技术力量薄弱，产品质量较难保证。目前保留的大多还是用作临时用房和工棚、仓库等。自九十年代中期，随着科学技术的发展，特别是电子计算机的普遍应用，装配式轻钢结构建筑又有了很大的发展。各种类型的装配式轻钢结构建筑不断涌现，如部分发达地区的工业厂房、超级市场等。
二、装配式轻钢结构建筑体系类型和特点
大体分以下几种：
（一）板式结构：建筑的围护结构、承重结构、空间分隔都是按照一定的规格，一定的模数制成的定型框架在现场装配而成。承重和围护可同时作用的建筑物。这种体系具有构件类型少，制作规格统一方便等优点，但一旦建成后很难改变，因为墙体都是承重的。板式体系又分纵向承重、横向承重和混合承重。
（二）框架体系：承重和围护由两组不同的构件分担，支撑功能由框架承担，框架的空间则由非承重的板材封闭之。这种体系受力明确，平面分隔灵活，能隔成大空间，适应面广。
三、装配式轻钢结构建筑的优越性和特点
　 轻型钢结构，特别是轻型门式钢架结构，经过了近半个世纪的发展，已形成一种固定的结构形式，形成自己的系列。
（一）采用这种结构具有以下明显的优点：
　　1、轻型门式刚架被称为工业化全装配式结构，从屋面、墙面、墙架、保温层和承重结构，形成完整的体系，具有高度的系列化和装配化，因此它可以象其它商品一样批量生产。
　　2、供货迅速、安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。如有完善的报价、设计系统和制作上的程序管理，短时间即可供货。
　　3、外形美观，内部空旷，比一般结构更符合使用要求。厂房和库房内部可以实行任意分隔。
4、重量轻，轻型钢结构重量是混凝土结构的1/8～1/10，是普通钢结构的1/2～1/3，围护结构采用压型金属板，每m2用钢量3～15kg，因此，对地震区、地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。
　　5、轻钢结构造价相对较低，特别是对轻型厂房和仓库等类建筑，能取得较好的经济效果。
6、安装方便，施工速度快，不需大型起重设备，结构构件和围护结构在现场采用螺栓、自攻螺丝、拉铆钉连接，焊接工作量少，无湿作业，不受季节影响。
　　7、为了更好地利用自然光线，轻钢结构系统大量使用采光带，既满足了生产上对光线的要求，又降低了造价。通风设备根据生产车间工艺要求，可采用自然通风或机械通风。
　　8、轻钢结构安装方便，拆除也容易。
（二）轻钢结构建筑的建筑表现也有以下四个方面的特征，即规模、线条、色彩和变化
1、 建筑规模：轻钢结构建筑在建筑规模的表现上，特别是一脊双玻或带儿
墙的大跨度轻钢结构建筑，具有恢弘的建筑气势。
2、 金属压型钢板的线条：线条是表现轻钢结构建筑的风格最独特的特征这
种匀称的线条，或横或纵，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，与传统的混凝土建筑相比较形成极大的反差,体现了强烈的现代工业的气息。轻钢结构建筑，由于可以大量使用屋面采光板采光，从而减少墙面开窗的数量，这样就可以非常有效地既保证建筑采光又不破坏墙板的线条。
3、 建筑色彩：多种色彩的金属压型钢板使得轻钢结构建筑表现得丰富多彩，
特别是大胆使用跳跃性色彩和冷色调，可以给人一种明显区别于传统建筑的耳目一新的感觉。色彩的表现包括两个部分，一部分是屋面、墙面板的色彩表现，另一部分是收边泛水等饰件的色彩表现。
4、 建筑变化：规模较小的建筑在追求建筑风格方面，可借鉴小规模混凝建
筑的建筑风格，包括混凝土建筑的装修装饰表现方法。虽然规模小，但多富变化，使得小规模建筑表现出灵动的建筑风格。
轻钢结构建筑由于使用材料的原因，其装饰效果远比混凝土建筑丰富，这也是轻钢结构建筑更具表现力的主要原因之一。轻钢结构建筑的装饰物一般具有双重功能的特点，既有使用功能，又有装饰功能。比如外天沟，它既是天沟有组织排水的功能，又是建筑屋檐重要的装饰物。尤其是雨蓬处的两个转弯的落水管可作成优美的弧形变化， 使之成为轻钢结构建筑一道亮丽的风景线。其他如收边、泛水等，都可以有很多种变化。
四、轻型钢结构的应用范围
　　（一）单层工业厂房：轻型结构门式刚架建造大、中型厂房可设置1～3t的悬挂吊车，或起重量小于20t的中轻级工作制的单梁或桥式吊车。建成后的厂房结构轻巧、厂房明亮，造型美观大方，一改过去工业厂房笨重、呆板的模式。如由我院设计的新疆金风科技股份有限公司总装车间悬挂吊车为32t，但是轻巧的外观设计使整栋建筑并不显得笨重、呆板。大玻璃窗使得车间内部通风采光均良好。
　　（二）单层库房：由门式刚架作成的库房外形美观、库内空间大，适用于仓库和工厂的各种库房。造价低、安装方便，而且施工速度快。
　　（三）现代商业、文化娱乐设施和体育馆：各种商业建筑如超级市场、贸易中心，农贸综合市场以及各种名义的商业城，要求建筑物跨度大，视野开阔。这些建筑最合理的结构形式就是轻型门式钢架，它具有兴建快、改建或转向容易、造价低和适应性强等特点。
　　（四）多层工业厂房：受工艺条件的限制，大多具有以下特点：
1、体型复杂不规则；
2、活荷载大，并伴有动力荷载，而且分布不均匀；
3、层高变化大，不均匀；
4、楼板开洞率高。这些都给结构设计带来一定难度。
轻钢结构充分体现“轻”这一特点，且抗震性能好，在多层工业厂房中发展和应用轻钢结构，将是今后相当长一段时期内的发展趋势。
　　（五）轻型钢结构住宅：在住宅建设中采用钢结构承重，使住宅建设用材更加多样化。钢结构承重构件更适于系列化、标准化和工厂规模生产，产品成本低、建设周期短。钢结构住宅更能满足节能、节地、节材，提高住宅功能质量、优化居住环境的要求，促进我国住宅建设工业化水平的提高。
　　（六）旧建筑的翻修改造与加层：随着经济的发展，旧建筑的翻修与改造的业务将不断增加，如轻质隔墙和高级装修的内外墙面，在原有建筑物上加层等，都离不开轻钢结构。
五、发展轻型钢结构具备了必要的物质基础
　　如前所述，我国轻型钢结构经过了40多年的发展历史，虽然起步并不晚，但由于各种原因使轻型钢结构的发展受到制约。改革开放以来，我国钢产量大幅度增加，品种质量也有很大的提高，为钢结构的发展提供了强大的物质基础；其次，各种压型金属板的出现为轻型钢结构提供了色彩丰富、轻质而耐久的围护结构材料。建筑用压型金属板，目前主要材料是镀锌钢板、彩色涂层钢板、铝合金板和镀铝锌钢板，其中彩色涂层板应用最为广泛，经辊压冷弯成型。它具有轻质、高强、抗震性能好、耐腐蚀等优点，压型金属板作围护结构还可以增强结构的空间刚度。金属压型板具有工业化生产、快速施工、安装维修方便以及防水、耐久等特点，它可适应不同气候条件和多种功能需要，并可做成保温和非保温两种围护结构。上海、武汉、广州等地生产的彩色涂层钢板，年生产能力已达90万t左右，为发展轻型钢结构提供了必要的条件。
与轻型钢结构建筑配套使用的轻质高效保温材料，近几年来也有较快的发展，品种不断增加，质量逐步提高，能满足建筑节能要求。80年代以来，我国已能生产轻型钢结构建筑所需的各种连接件、零配件及密封和嵌缝材料等。
轻型钢结构的发展，带动建筑业产品结构的调整，促进建筑结构向轻型化、系列化发展。轻钢结构的普及将提高我国钢结构的总体水平，是我国现代建筑技术发展的新趋势。
六、对发展我国轻型钢结构的建议
（一）重视钢结构和扩大钢结构的使用范围是钢铁工业发达国家的重要技术政策。我国钢产量居世界首位，扩大钢结构的使用范围，发展应用广泛的轻型钢结构，不仅加快我国经济建设速度，促进建筑业的现代化，并为钢材消费提供了可观的市场。我国每年建筑钢结构有多少，难以有一个确切的统计数字，有人估计，其用钢量大约80～100万t，仅占钢材年产量的1%。发达国家建筑钢结构的用钢量占钢材产量的5%～10%，我们与国外的差距很大。至于轻型钢结构，发展潜力更大。建设部门和冶金部门通力合作，进行钢结构体系的研究开发，优先进行轻型钢结构的推广与应用，发展建筑钢材，研究耐候性好、防火性能强、强度高的新钢种，积极发展H型钢，T型钢、薄壁型钢、闭合型钢等经济断面型材，促进轻型钢结构的发展。
（二）当前钢结构行业的发展既面临机遇，又有严峻的挑战，面对我国经济建设的迅速发展和巨大的钢结构市场，美国、日本、澳大利亚、英国等从事钢结构生产的公司，都加强了对我国市场的开发与占领，这是市场开放后的必然过程。外国公司给我国带来了先进的技术和设备，也带来了新的经营管理模式，但他们的报价仍然较高，不易被我国的中小业主接受。中国钢结构市场的回旋余地很大，我国钢结构企业，包括企业家、工程技术人员应通过实践和努力，不断提高研究开发能力，掌握国外先进技术，积极参与国内外市场竞争，开拓钢结构市场，在竞争中求发展，我国钢结构行业的全面发展指日可待。
（三）与国外相比，我国在轻型钢结构设计上存在一定的差距，发布实施的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102∶98)缩短了与当前国际先进水平的距离，为我国企业参与市场竞争提供了基础条件，将推动我国轻型钢结构的发展。根据国外的经验，轻型钢结构公司应实行销售、设计、制作、安装一体化服务，提高钢结构加工的生产效率，降低成本，保证产品的可靠性，增强市场的竞争力。
（四）实施钢结构教育计划，提高从业人员自身的素质。钢结构人材缺乏，人员素质偏低，是当前发展中一个普遍性问题。对在校建筑专业的学生增加钢结构课时，使其具有钢结构设计、制作、安装的系统基本知识。同时，有关高等学校和钢结构协会等行业组织，应不断地举办各种类型的短期培训班，对在职的钢结构技术人员进行继续教育。
七、论文结束语
当前，轻型钢结构具有很好的发展势头，它以其自身卓越的优越性，已在工程中得到越来越广泛的应用。经济的发展为轻型钢结构提供了发展机遇，但仍需科研和生产部门共同努力，不断提高科研、设计、制作和安装能力，使轻型钢结构有较快的发展。