小议轻钢结构在我国的应用与发展对策

1、轻钢结构建筑体系
轻型钢结构是由彩色压型钢板制成墙面和屋面,由5mm以上钢板焊接成H型作为承重结构。目前，轻型钢结构研究和开发的主要结构形式包括:①单跨或多跨刚架结构体系；②薄壁型钢桁架结构体系；③型钢房屋钢网架或网壳结构体系；④多层房屋轻型钢结构建筑体系。轻型钢结构建筑具有居住舒适、美观洁净而适用性很强的特点，且轻钢结构属环保绿色建筑体系，轻型、快速,高效赋予了轻钢结构建筑体系极强的生命力，已成为继大跨钢结构建筑和高层钢结构建筑之后在我国发展最迅速的新型钢结构建筑体系
2、轻钢结构体系起源与发展
现代轻钢房屋建筑体系诞生于20世纪初，于二战期间得到快速发展。其间多用于对施工速度要求很高的战地机库、军营等。40年代出现了门式刚架结构， 20世纪60年代以来，国外建筑钢材的发展有了很大突破，彩色压型钢板以及H型钢和冷弯型钢的出现，极大地推动了轻型钢结构的发展，承包商能够在较短时间内按业主的意图保质保量的完成并交付使用，基于轻型钢结构的这种高质量的快速供货方式，使业主感到十分满意，轻钢结构得以迅速发展。目前，欧美各国由轻钢结构体系建造的非居住单层建筑物占50%以上，日本新建的1- 4层建筑大多采用轻钢结构。外国轻钢公司大部分都具有自己的轻钢结构系列，各公司的轻钢结构系列大同小异。
轻型钢结构在我国的发展较缓慢，到了8O年代，随着国际门式轻型钢结构的发展潮流及钢材本身随着钢材防腐、防火等涂料的不断改善，生产工业化程度的不断提高、成本的降低而被广泛应用。
3、轻型钢结构的优点
轻钢结构的用途广泛，优势明显，其特征有:
(1)重量轻。重量轻是轻钢结构房屋最大的优点其承重结构采用轻型焊接H型钢、冷弯薄壁型钢，这种型钢截面形状可以按照实际受力情况和使用特点进行设计，比普通的工字钢、槽钢、角钢截面受力合理，截面利用系数高，单位重量轻，可节省钢材20%一50%，屋面、墙面围护结构彩色压型钢板，每平方米也仅3-15 kg，以建成的工程为例，其自重是同类钢筋混凝土结构的1/30- 1/20，是普通钢结构的1/ 3-1/2。房屋上部结构重量的减轻大大降低了基础工程的材料用量和工作量，对于较低承载力的地基，这一点尤为重要。因此，对于地震区、地质条件差和运输不便的地区其优越性更为明显。
(2)供货迅速、安装方便。其材料的工业化大生产以及其重量轻等优点决定了其供货迅速这一优点。由于其采用螺栓、自攻螺丝等连接，现场焊接工作量少，无湿作业，不需支模，无需养护期，冬季工期不受影响，所以，根据以往的工期经验，可以比混凝土结构至少缩短一半以上的工期。
(3)施工周期短。轻钢结构中所有构件均可以工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需1至2个月，而若采用钢筋混凝土结构则需要10- 12个月左右。
(4)抗震性能好。由于钢结构属于柔性结构且自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。与砖混结构相比轻钢建筑自重仅相当于砖混结构的1/4- 1/6，墙体龙骨在封闭完结构板材和石膏板后形成非常坚固的板肋结构体系，从而提供了更强的抗震及抵抗水平荷载能力，轻钢建筑可以抗御达8级强度的地震。
(5)造型美观，节奏明快，内部空间大，比一般的结构更容易分隔空间，从而可以方便地进行扩建和改建，可灵话布设各种工业管线。
(6)经济效果好。由于这种结构的构件都是采用工业化的大批量生产，所以其质量容易控制，采用这样的建筑结构体系要比混凝土结构造价低，经济效果要好得多。
(7)钢材强度高、塑性和韧性较好。轻型钢结构所采用的钢材强度高、塑性和韧性较好，所以能保证结构在使用期间不会发生突然破坏，受冲击作用时不容易脆断，承受动力荷载的性能较好、可靠性较高，抗震性能好最适宜于地震区及主要的建筑物。
4、轻型钢结构的应用状况
由于上述轻钢结构的种种优越性，在发达国家已被广泛应用于一般工农业建筑，商业、服务性建筑，标准办公楼、学校、医院建筑，别墅、旅游建筑，各类仓库性建筑，娱乐、体育场馆，地震区建筑，活动式可拆迁建筑，建材缺乏地区的建筑，工期紧的建筑，旧房改建、翻修等建筑领域。近20多年来，我国轻钢结构得到飞速发展，建筑面积达几百万平方米，大批的工厂仓库、农贸市场拔地而起，国内已有几百个厂家生产轻钢结构，外国厂家纷纷进来找代理办工厂，轻钢结构行业十分红火，竞争也越来越激烈。
但是，轻钢结构用于住宅的建造，在我国还有待发展，而美国、日本、澳大利亚等国家，早已采用轻钢结构特别是采用镀锌轻钢龙骨作为承重体系应用于住宅建造，在美国普通的低层民用住宅中，钢结构住宅所占的比例由20世纪9C年代初的5%已发展到现在的25%左右，而且应用技术更加成热、完善。轻钢结构是一个新兴产业，我国每年总体增长近200万平方米，相当于20世纪8O年代我国轻钢结构的全部建筑工程量。然而与世界上一些发达国家相比，还存在一定的距离。据统计，目前我国钢结构建筑所用的钢材还不到全国钢材总产量2%，远不如美国、日本等国家。瑞典是当今世界上最大的轻钢结构住宅制造国，许多欧洲国家都到瑞典去定制住宅，通过集装箱发运。由此可见，住宅已经进入了工业化时代。1999年，经国家经贸委批准，将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为建筑业用钢的突破点，并正式列入国家重点技术创新项目，轻钢结构住宅由此引起各界广泛关注，这将为轻钢结构的发展提供了良好的机遇。
5、发展轻钢结构的紧迫性
5. 1资源、环境问题促发的紧迫性
面对资源严重短缺、环境日益恶化的问题，建筑界责无旁贷，建筑材料是建筑业的基础和先导，从可持续发展的战略考虑，选用对资源和能源耗尽可能少、对生态环境影响小、循环再利用率高的生态环境建筑材料是我们在21世纪发展新型建筑体系的趋势，轻钢结构的发展带来了解决问题的突破口。首先，钢材属于生态环保绿色材料，并且是一种高强度, 高效能的材料，具有很强的再循环价值，边角料也有价值；其次，轻钢结构的抗震性能好，使用灵活，施工既不需要耗费大量的木材、模板和水，也不会产生强大的噪音和污染；再次，轻钢结构的发展会带动一系列轻质高强屋面和墙体材料的发展，同时为绿色环保建材的发展创造条件。
5. 2全球化商业竞争导致的紧迫性
进入WTO以后，意味着中国建筑业将面对一个更加开放的市场。目前已初露端倪，90年代初美国等发达国家的钢结构公司开始进入我国，从初期在我国上海等沿海开放城市设立销售点到最后在我国设制造厂销售、设计、制造、安装一条龙，抢占了我国轻型钢结构市场，国家或地方的许多重大项目大多旁落外人之手。近几年来在借鉴国外经验的基础上我国开始自己设计、制造和安装轻型钢结构建筑。由于这类房屋具有自重轻、造价低、建造速度快、外表美观等优点在建筑市场上很有竞争力，在我国发展很快。但由于我国以前没有自己的轻型钢结构规范，设计没有统一标准。此外由于制造水平高低不一、安装没有经验这些原因导致我们在竞争日剧的建筑市场中处于不利地位。
6、发展轻钢结构的有利条件
6. 1政府对发展钢结构的有利政策
1996年建设部编制的《1996- 2010年建筑技术政策》提出:发展钢结构、开发钢结构制造和安装施工新技术；1998年10月建设部发文《关于建筑业进行推广应用10项新技术的通知》其中推广的新技术的第八项为钢结构技术，其主要内容包括轻钢结构技术；2000年5月建设部、国家冶金工业局建筑用钢协调组在北京召开了全国建筑钢结构技术发展研讨会，会议讨论了国家建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要及建筑钢结构工程技术政策，提出“十五”和“2010"年建筑钢结构用材分别达到全国钢材总产量的3%和6%的目标。
6. 2中国钢材产量和品种的不断增加的有利条件
改革开放的二十年，中国钢产量从1978年的3. 178万吨增加到1999年的12. 395吨，以每年300万吨以上的增长速度发展，成为世界上的产钢大国。用于土木建筑的钢材品种扩大到有线材、冷弯型材、薄板、带钢、硅钢片、焊接钢管及部分型材和中厚板等，钢结构的防腐蚀技术、防水、防火涂料技术取得了一定进展，基本能满足轻钢结构的发展需要。
7、发展轻钢结构存在的主要问题
1）设计计算理论、施工规程和规范跟不上轻钢结构实际发展的需要，至今我国对减少用钢量指标的一些主要因素，如结构的蒙皮效应、空间工作和宽腹工形截面的屈曲后强度以及薄板局部屈曲后的塑性设计还研究得不够深入；专用于轻型钢结构的设计、施工及验收规范尚不健全，这些因素严重地阻碍了轻型钢结构建筑体系在我国的发展和推广
2)设计、制造质量不高，构、配件，功能材料搞的还是分散的单体构件，未形成一个体系，不能适应房屋建筑商品化体系的发展。不可否认的现实是，我国绝大多数设计员对钢构设计是生疏的，甚至不知从何着手，因而缺乏设计的积极性，设计质量可想而知；对轻钢结构建筑在制作、安装过程中产生的一些问题，如屋面系统温度变化率的影响等，由于缺乏实际经验，往往处理不当，导致一些安全隐患；轻型钢结构建筑，结构和非结构附件较多，如胶条、带橡皮垫圈的螺钉、隔热材料、天沟、采光带等等，这些附件的制作加工部分还是利用冶金建设公司的设备进行加工，没有专门的工厂和生产线，因而质量、工期难以保证。
3)缺乏对轻钢结构的教育和普及工作，多年来土建类专业的《钢结构》教学内容主要由材料、连接、基本构件及桁架诸章节构成，课时安排仅60学时，远不及50年代的300多个学时，教学内容偏窄，不够系统，理论计算不够连续，衔接不够好，工作后又没有这方面的后继教育，因而难以开展这方面的工作。
4)轻钢结构在工业建筑领域有一定市场，但在民用建筑领域的市场有待开发。
8、解决问题的对策
针对上述情况建议今后我国在发展轻钢结构房屋体系时应尽快采取以下措施：
(l)建立推广轻钢结构房屋体系的机制，有组织地开展引进、消化、吸收和改造的工作，发展符合我国国情的轻钢结构房屋体系。在消化吸收的基础上，大力开展相关研究项目，制定前导性、指导性、应用性具佳的轻钢结构设计，施工规程和规范，完善学科体系。
(2)在巩固扩大工业建筑领域应用的同时，开发民用建筑系列，尤其是轻钢住宅房屋建筑。建设部叶如棠副部长最近指出，要研究开发适用于不同建筑类型的钢结构建筑体系，尤其要重视轻钢结构住宅体系的研究开发，发展钢结构建筑尤其是对国民经济有重大推动作用的住宅钢结构有利于迅速提升住宅产业化程度，推进我国建筑用钢的技术创新和产业结构，调整目前要解决住宅钢结构造价的合理定位，建筑设计完善创新、优化钢结构体系和相应节点构造，发展配套建材和设备，特别是外墙材料，开展试点工程，进行技术交流，特别要解决钢材防火、防腐、保温、隔声、抗震等性能。
(3)开展课题研究，适时组织国内外开展学术、技术交流，形成有关轻钢结构房屋体系的各类学术、行业协会，以便推动新材料、新技术、新体系在轻钢建筑领域内的应用，促进轻钢结构技术发展。
(4)加强轻钢结构的教育和普及工作，高校应增加有关轻钢结构的专业教学选修课、编撰有关轻钢结构的统编教材，培养更多钢结构专业毕业生；在社会上开办有关轻钢结构的各类讲座，出版轻钢结构方面普及型及专业型的书刊，普及轻钢结构的基本知识，通过培训、考试上岗提高在职专业人员的技术水平。
(5)提高钢材质量，扩大钢材品种，目前结构用钢主要是Q235，还应增加高品质钢材，积极研制开发与轻钢结构配套使用的高效功能材料，包括保温隔热、吸声隔声、防火以及连接材料等；积极研制开发与轻钢有关的各种组合结构，扩大轻钢的使用范围以取得较好的经济技术效益满足用户的不同要求。
(6)加强生态循环评估理论的研究和应用，树立环保意识，努力创造可持续发展的生态环境轻钢房屋建筑，为子孙后代留下一个可发展的空间。
9、结语
轻钢结构建筑正显示出它环保型建筑可持续发展的优势，体现出轻型、快速、高效的特点，可以预见，在21世纪，轻钢结构将在我国得到更广泛的应用。