1. 轻钢住宅在我国的发展

我国轻型钢结构有着20多年经历发展历史，虽说起步并非晚，然而因为经济以及技术层面缘故，致使多层轻钢住宅发展遭受限制。国内最早出现的轻钢结构住宅为由94年11月建于上海浦东北蔡的8层钢结构住宅，它运用冷弯成型的矩形钢管混凝土柱以及U型冷弯型钢组合梁构成框架。其具备的特点是选用稻草板当作外墙以及楼板的组件，单位面积用钢量为34kg/m2.

我国住宅产业化探索基地之一，是天津经济开发区太平村。来自15个国家和地区的95名参展商，分别为中国、日本、美国、加拿大等。这些参展商展示了各自产品，其中展位上的钢结构住宅，均采用框架结构。楼板以及墙体、屋顶，均属于复合结构。其构建方式是通过工厂预制，再到现场进行安装，如此一来，便缩短了施工工期。

那由长沙远大集团所建造的8层钢结构公寓，被称作是集成化建筑，该建筑装配有中央空调一体化机组，还有整体浴室，以及“五表”远传系统等现代化设备，其室内设计十分考究，展现出了钢结构住宅的风格与质量，彰显出了钢结构住宅有着良好的发展前景，表1记录的是若干轻钢住宅得以构成的数据指标。

当前，国家把住宅产业当作国民经济新的经济增长点，为居民供给高质量的契合市场需求的商品化住宅乃必然趋势，国家予以鼓励发展 。

被列入优先发展的高新技术领域中的“新型建筑体系”，指的是国务院在1999年颁发的72号文件所涉及的相关体系。 ，。

提出要发展钢结构住宅产业，在沿海大城市限期停止使用粘土砖，建设部标准定额研究司正在编制与修改和多层钢结构房屋密切相关的技术规程，建设部科技司在今年上半年分别召开了“钢结构住宅产业化技术导则编制研讨会”和“钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题立项评审会”，通过了18个包括钢结构住宅建筑体系及其关键和试点工程的立项，国家政策为钢结构住宅开发创造了条件，钢结构产业化住宅有望在近期迎来值得瞩目的进展 。

2. 多层轻钢住宅的优势

以往我国大量开发的多是那种小开间砖混结构为主的住宅，这种住宅体系，因为使用实心粘土砖，所以浪费土地资源，又因建筑物自重大，对对抗震不利，另一方面，鉴于结构体系自身有着限制，住宅也就是平面布局大多是封闭式的小开间，没办法去适应不断变化的居住模式需求，跟传统住宅比起来，多层轻钢住宅显然有着明显的特点还有优势，正日益受到重视。

自重是比较轻的，抗震这类性能着实相当不错。所运用的乃是高效轻型薄壁型材，构件的截面特性是优良的，相对而言那份承载力可是较高的，受力性能呈现良好态势，整体体现出刚度极大的特点，因而抗震性能良好，能够大量节省材料，减轻结构方面的重量，降低基础、运输以及安装费用。所以呀，对于地震区域、地质条件差的区域以及运输不便的区域，其具备的优越性显得更为突出且明显。

（2）其外形具备美观的特质，建筑物造型呈现出并非单一而是兼具简洁与丰富的特点，构件截面的 size小小，净使用aera得以增加。钢材的强度高高，能够给予较大规模的柱网layouts安排；要是考量楼板方面的组合作用，选用组合梁又或者扁梁之际，便能additionally增加净高。这般开放式住宅不但为建筑师给予了设计层面的回旋空间，还为住户赋予了灵活分隔室内空间的潜在ability，。

第一，供货速度快，第二，安装便捷，第三，相比混凝土结构，至少能将工期缩短一半。在当下贷款利率居高不下的金融形势状况下，尽早实现投产，进而早日回收投资，这对于致使降低工程的总体造价，促使增加投资所带来的效益幅度而言，是极为重要的 。

（4）干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

（5）轻钢结构于生产之时，能源消耗低，原材料消耗亦低，使用过程中，建筑垃圾少，出现的粉尘少，产生的噪音低，具备很高的可重复使用性，拥有可循环性，所以是一种绿色环保结构。

3.多层轻钢住宅的体系与结构特点

3.1抗侧力结构体系

适用于多层轻钢住宅的体系分类众多，其中包括，那种完全由钢材构成框架的体系，由框架再加支撑结构组成的体系，钢框架搭配混凝土剪力墙的体系，及围绕着建筑周边具备抵抗侧向力功能的体系等等各有特点也各有不同之处。

纯框架体系多被用于4至8层的住宅，它主要是由宽翼缘的H型或者箱形柱以及工字型梁所构成，也能够采用热轧H型钢，这种体系有着相对灵活的空间布局，然而侧向刚度比较弱，相较于框架－支撑体系，用钢量比较大，纯框架体系大多采用双向刚接，如此能够加大结构自身的侧移刚度，减少抗侧移构件内力，加强耗能机制，提高建筑物的延性，可节点形式较为复杂，因为建筑美观的要求，端板连接不适用于多层轻钢住宅。

（2）框架－支撑体系，主要是由焊接工字型梁柱构成的。多数情形下，这种体系是进行横向承重的。梁柱节点在横向上，呈现为刚接的状态；在纵向上，属于铰接的状态。所以，结构在纵向类似于排架，其抗侧移刚度是很低的，需要设置侧向支撑来抵抗水平荷载，以此限制结构的水平变形。支撑能够使用槽钢，或者角钢，又或者是圆钢杆，具体的形式可以结合建筑立面，或者门窗洞口的需求，采取单斜杆、X 型、K 型，亦或是偏心支撑。单斜杆具备简洁明了的特点，不过必须设置两组不同倾斜方式的支撑，从而确保结构在两个方向上拥有同样的抗侧力能力。X型支撑具备颇为良好的侧向刚度，然而交叉点那里的细部构造繁杂程度是比较高的。偏心支撑拥有相当出色的抗震耗能成效。它的工作原理这般为：在中、小地震发挥作用之际，支撑给予主要的抗侧力刚度，跟中心支撑相类似；在大地震产生作用之时，确保支撑不会出现受压屈曲的状况，而是让耗能梁段屈服进而消耗能量。它是专门针对抗震设计所提供的支撑形式 。

（3）框架与钢筋混凝土剪力墙一同构成的所谓框架－钢筋混凝土剪力墙 ，也就是框架－钢筋混凝土剪力墙（筒）体系通过使用墙体部分或者全部地取代了钢支撑 ，进而形成了框架－钢筋混凝土剪力墙（筒）体系 这种体系比较适用于小高层住宅 ，通常会把楼梯或者电梯间设计成为钢筋混凝土墙（筒）。这样一来既非常有效地去加强了楼房的侧向刚度又很妥善地解决了楼梯间的防火问题 ，要是结构刚心偏移过大从而出现扭转的问题 ，可以在适当合理点位设置钢支撑 。

（4）周边抗侧力体系，此体系于欧美国度的商业及民用建筑里颇为盛行，其特性为刚架柱强轴同与之相交的建筑轴线呈垂直状态，从而构成外筒，用以抵御水平荷载，并将其传递至基础，它适用于建筑外形近似正方形的结构，能够把这种思路运用至框架－支撑体系中，去除纵向的支撑，把原有位置的刚架柱扭转90度，使梁柱由铰接转变为刚接，如此一来，刚架柱同时发挥抗风柱与竖向支撑的作用。

在于多层轻钢民用住宅体系挑选项时，别非得拘泥拘泥于某一个特定体系，能够按照建筑平面设计需求，灵活予以处理，综合运用不同抗侧力体系。

3.2 楼面屋盖结构

满足楼面和屋盖有足够强度、刚度以及稳定性的情况，同时要尽可能减少楼板厚度从而增加室内净高。压型钢板－混凝土组合楼盖是当前在应用方面较为广泛的一种形式。它具备的优点有施工速度快多层钢结构住宅，平面刚度大的特点，还有能增加房屋净高。具体的做法是先在钢梁上面铺设压型钢板，之后还需要再浇筑100～150mm混凝土。要在钢梁实现焊接足够数量的带有剪力的连接件，以此使得钢梁跟混凝土共同协作从而构成组合楼盖。这样的做法存在耗钢量比较大的情况，并且还需要进行防火处理。能够采用预应力钢筋混凝土薄板来代替压型钢板。此外，预应力圆孔板、迭合板、组合扁梁也是常用形式。

3.3 墙体结构

各种具备良好保温、隔热以及隔声性能的轻质墙体材料，受到了开发商的青睐，目前墙体主要划分成自承重式和非自承重式，自承重墙体主要涵盖用于外围护结构的加气混凝土块、太空板、轻钢龙骨加强板等，还有用于内墙的轻混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等，外挂的非自承重式墙体材料主要有彩色压型钢板、彩色压型钢夹芯板、玻璃纤维增强外墙板等，采用非自承重式墙体材料时，需设置用以悬挂外围护结构的墙梁，门窗洞口上下均要布置，。墙梁常常会选用 C 型或者 Z 型的冷弯薄壁型钢，其尺寸究竟是依据什么来确定呢？它是取决于跨度，也就是咱们所说的刚架间距，以及墙距，也就是板跨呀。

3.4 多层轻钢住宅的防火

钢材是那种不耐火的材料，当温度处于400 °C的时候，钢材的屈服强度会降低到常温时分的一半，而温度达到600 °C时，钢材基本上就丧失掉全部的强度以及刚度了。所以呢，钢结构不但得进行结构的抗火设计，而且还要采用防火措施去加以保护。目前常用的防火措施存在下边这四种方法，（1）防火涂料法。就是把有着一定厚度的防火涂料直接喷印在钢结构构件之上 。防火涂料主要分成两类，一类是涂层厚度在8～50mm之间，具有粒状表面，密度相对较小，耐火极限为1～3h 的厚涂型防火隔热材料；另一类是涂层厚度为3～7mm，遇火时会膨胀增厚，耐火极限是0.15～2h的薄涂型防火隔热材料。喷涂法具有造价比较低，操作较为简便，施工速度比较快的特点，然而构件表面会不平整，进而影响美观。（2）隔离法是把防火材料或者防火砖沿着构件的外围，对构件进行包裹，以此与外界隔离开来。这种方法具有美观，无污染的优点，不过施工速度比较慢，适用于外露的构件。（3）实心包裹法。把钢构件灌注到混凝土里面，有一种膨胀漆覆盖法，即着将具备一定厚度的膨胀漆，通过喷涂、抹以及刷的方式，附着在已做过处理的构件表面，其抗火极限最高能够达到2h，覆盖法施工操作简便，然而不适用于潮湿的环境状况，仅仅适用于干燥的室内环境。

4. 工程实例

4.1 工程背景介绍

有一座示范楼，其建筑面积为4665平方米，它是5层的纯钢框架结构，长度是67米，宽度为13.5米，每层层高3米，该楼采用焊接工字形梁、纵横双向刚接H形柱，楼面活荷载是2.0kN/m2，屋面活荷载为0.3kN/m2，轻型屋面恒荷载是0.3kN/m2，基本风压为0.25 kN/m2，设计地震烈度是7度，处于Ⅱ类场地。屋面是冷弯薄壁C型檩条所铺设的双层镀锌压型钢板夹着100mm厚保温棉的屋面系统，外墙采用的是200mm厚陶粒混凝土空心砌体墙，分户墙是180mm厚菱镁土板，户内隔墙是90mm厚菱镁土板。其采用条形基础，柱与基础是刚接。

示范楼存在四个呈现居住功能的单元，具备以两种不同种类存在的建筑平面布局形式，其建筑面积分别是143平方米以及102平方米. 其中一单元呈现为大两室两厅的格局形状，除一单元外的第二、第三以及第四单元呈现为小两室两厅的布局样貌。一单元之中的客厅凭借组合扁梁达到房屋高度的降低，达成梁和楼盖一体化局面。针对处在正常极限状态时机体的组合扁梁，通过把钢和混凝土两种不同材质构成的组合梁截面转化为都隶属同样一种材质的截面，之后依据弹性理论展开计算过程。为了楼板能够安置，扁梁往下的翼缘通常比较宽，需要对施工时出现的偏心荷载进行检验。通常会将扭矩简化成，已存在于扁梁上下翼缘的、大小相等且方向相反的力，以此来削减设计工作量。关于详细的分析方法，可查看文献。

4.2 计算方法与基本要求

针对多层轻钢住宅，虽说采用单向板，然而因纵横向都存在墙体荷载分布多层钢结构住宅，故而适宜采用三维空间计算模型。此工程选用普通楼板，不考虑楼盖对钢架梁刚度增大发挥的作用，忽视楼板的空间联系作用，空间模型属于纯框架结构。计算分析借助有限元分析软件ANSYS达成。在结构计算里采用三维梁单元，质量单元用以计算结构自振周期以及进行静力分析。

于工业建筑来讲，多层民用建筑的荷载工况是简单且明晰的，主要考虑这三种工况：

工况一：1.2×恒载标准值＋1.4×活荷载标准值

工况二，是这样的情况，有1.2乘以恒载标准值，再加上0.85乘以1.4乘以括号里的风荷载加上活荷载标准值 。

工况三：1.2×重力代表值＋1.3×水平地震作用标准值

在多层轻钢住宅地震荷载计算这一情况当中，鉴于楼层是比较低的，且因为结构布置呈现出对称的状态，所以采用底部剪力法便能够达成要求 。

多层轻钢住宅侧向位移具体要求如下：

在风荷载施加作用的情况下，顶点处的水平位移跟总高度相比较的比值，不适合大于五百分之。一，句号。

（2）层间相对位移与层高之比不宜大于1/400.

（3）在常遇地震作用下，层间侧移不超过楼层高度1/250.

多层轻钢住宅，它还得满足刚架柱构件稳定性的要求，同时还要满足钢框架整体稳定性之类的要求。

4.3 计算分析

因活荷载跟基本风压都比较小，故而工况三是控制工况。计算设计期间把两种方案予以了比较，不改变刚架梁的截面形式，仅仅只是对刚架柱作出改动。有方案一，该方案里刚架柱是工字形；还有方案二，此方案中刚架柱为箱形。

两种方案里的刚架柱，在强轴方向的惯性矩是一样的，也就是说在横向结构方面的刚度相等，所以横向主自振周期，还有地震作用之下的横向最大层间位移，基本是一致的。

（2）本工程的长与宽的比例是5，存在横竖两个方向且均为刚接的情况，所以对于方案一而言，当横向的侧方向刚度能够满足相应要求之时，纵向的刚度同样也可以达到要求。

（3）在符合规范要求这一条件之下，方案一能够节省钢材用量，单位面积钢材使用量减少大致10％，经济性良好。所以，于设计当中选用了工字形刚架柱。而因为轻钢体系刚架柱的腹板非常薄，为避免因局部失稳致使结构失效，刚架柱适宜在纵向梁柱刚接之处做成局部箱形柱。

5. 结论

从示范楼的实例能够看出，在与传统住宅相比较时，这种新体系传力清晰明了，计算简便易行，具备良好的延性。此外，因组合扁梁得以应用，能够达成楼盖与钢梁的一体化效果，进而使楼层高度得以降低。拥有综合经济效益出色的多层轻钢住宅，将会拥有广阔的应用前景。