2008年5月12日我国四川省汶川发生里氏8.0级特大地震，受灾人数达到了4000多万，无家可归的群众有百万之多，直接经济损失8451亿元人民币。灾后有专家提出住宅建筑可以适当考虑采用轻钢结构。在国外，轻钢结构已被许多欧美发达国家广泛采用。但在国内，轻钢结构住宅建筑还较少为人们所接受，设计和施工仍然存在不少问题。本文希望通过研究与探讨，有助于推动轻钢结构在我国住宅建筑中的应用与发展。
1轻钢结构和轻钢结构住宅
1.1轻钢结构的含义
所谓轻钢结构是指承受相对较轻的荷载，构件截面相对较小，自重相对较轻的全钢结构。其承重结构主要采用冷弯薄壁型钢、焊接薄壁型钢、轻型热轧型钢构件及由以上构件拼接而成的组合构件。维护结构通常采用各种轻质高性能保温隔热板材。结构的用钢量指标相对较低。它的配件均在工厂制作，在施工现场安装。
1.2轻钢结构住宅的特点
轻钢结构住宅是指以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢管、轻型热轧型钢及以上各构件拼接、焊接而成的组合构件为主要受力构件，大量采用轻质围护隔离材料的单层和多层住宅。轻钢住宅结构体系主要由支撑骨架、围护骨架、轻质隔墙、装饰外墙、楼层板、屋面板和门窗及楼梯组成。它与传统的砌体结构、混凝土结构和普通钢结构房屋的差异主要表现在：
（1）结构自重轻，节约钢材。在外荷载、结构形式、跨度相同的情况下，轻钢结构要比普通钢结构节约钢材40%以上。
（2）强度高，抗震性能好。轻钢结构采用材质均匀，塑性、韧性好的钢材，结构安全可靠。
（3）施工速度快，建设工期短，工业化程度高。轻钢结构的构件均在工厂制作，现场安装，施工周期短，并且主要为干作业，有利于现场文明施工。
（4）建筑造型简洁、美观，空间灵活。轻钢结构房屋构件截面远小于混凝土结构，内墙多为非承重墙，用户可以根据需要灵活划分使用空间。
（5）生产和使用过程中能耗低，污染少。轻钢结构房屋拆除后可回收再利用，属于“绿色建筑”，有利于环境保护，符合科学发展观的要求，能够实现人与自然的和谐。
1.3常见的轻钢结构住宅承重体系
（1）H型钢骨架住宅。采用H型钢梁、柱（加轻型支撑）的框架（框架支撑），简称H+H型钢骨架体系。H型钢可采用热轧型或高频焊接型。国内生产厂商众多。
（2）C+C型钢骨架住宅。采用C型钢梁、柱加轻型支撑。C型钢冷弯成型，厚度为1.6mm～8mm，高度50mm～452mm。相对于H型钢而言，C型钢优点是钢材消耗量小，缺点是截面不稳定，需考虑时效变形。
（3）方钢骨架住宅。框架柱采用方形和矩形钢管，框架梁采用H型或U型钢梁加轻型支撑。方钢冷弯成型，高频焊接，厚度为1.5mm～200mm，边长为20mm～200mm，在日本使用广泛。优点是截面稳定，节点布置方便，缺点是钢材消耗量大，因此国内使用较少。
（4）冷轧轻钢骨架住宅。冷弯成型，作为承重龙骨，其厚度一般为0.84mm～2.46mm，边长为60mm～305mm。冷轧轻钢骨架体系住宅在欧美国家使用极为广泛。国内非承重轻钢龙骨生产能力很大，但能生产承重轻钢龙骨的厂家不多。
2轻钢结构在国内外住宅建筑中的应用状况
2.1轻钢结构住宅在国外的应用状况
由于环保意识强和木材短缺，许多国家如美国、日本、英国、澳大利亚，正积极地推动中低层轻钢结构住宅的应用与发展。
澳大利亚早在20世纪60年代就提出了“快速安装预制住宅”的概念，但由于市场尚未成熟，并未得到很好发展。1987年，高强度冷弯薄壁钢结构出现。1996年，澳大利亚与新西兰的联合规范AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范发布实施。这种钢材承载力高，与相同承载力的木材相比，重量只有木材的1/3，表面经镀锌处理后其耐久性可达75年。
轻钢结构在美国发展最快。1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场的15%，1990年上升到53%，到2000年该比例高达75%。住宅用构件标准化、系列化、专业化、商品化、社会化程度很高，几乎达到100%。各种施工机械、设备、仪器等租赁化非常发达，商品化程度达到40%。轻钢结构公司业务范围包含设计、加工、安装和售后服务等众多环节。可见在欧美发达国家，轻钢结构在住宅建筑中的应用已十分广泛和深入。
2.2轻钢结构住宅在我国的应用状况
过去，我国民用钢结构发展缓慢，主要是因为钢产量不高。尽管现在我国钢年产量已达3亿多吨，但是传统意识认为钢结构造价比较高，使得钢结构的发展受到了一定的限制。我国在轻钢住宅方面也进行了一些大胆的尝试。20世纪80年代我国从日本引进几百栋轻钢结构低层别墅，90年代国外某些公司为推广其产品在北京、上海等地建造了多层轻钢结构住宅楼，但是大规模的研究开发、设计制造、施工安装还是在近几年才逐步发展起来的。目前北京、天津、上海、广州和深圳等地开始并建成了一批低层、多层和高层轻钢结构样板住宅。很多科研单位和钢结构公司也在轻钢结构住宅的理论研究方面进行了有益的探索。
2.3我国轻钢结构住宅存在的一些问题
目前轻钢结构住宅在我国的应用仅局限于极少数的高档别墅和多层住宅建筑，还没有得到广泛的推广和应用。在农村市场和小城镇建设等方面几乎是一片空白。探究其原因主要有以下几个方面：
（1）缺乏相关规范。尽管《冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018—2002》是一本用于指导冷弯薄壁型钢结构设计、施工与质量验收的综合技术标准，但其主要是针对工业厂房屋面体系的檩条设计，在其构造条文中，明文规定“冷弯薄壁型钢结构构件的壁厚不宜小于1.5mm，主要承重结构构件的壁厚不宜小于2mm”。行业标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中也涉及到一些有关冷弯薄壁型钢结构的条文。同样，在其有关构造条文中，也规定“用于凛条和墙梁的冷弯薄壁型钢，壁厚不宜小于1.5mm”。这主要是由于我国过去极少将2mm以下的薄钢板用作主要承重结构的构件， 对于国外大量采用的壁厚0.8mm～1.6mm的镀锌轻钢龙骨承重体系，既缺乏使用经验，也缺少相应的理论研究。
（2）材料供应不足。能生产承重冷轧轻钢骨架的厂商总体较少。冷弯薄壁型轻钢住宅的梁柱均采用壁厚1mm左右的C型钢和U型钢，目前国内能够生产此种构件的厂家仍然不多，产量不足，从而导致造价过高，与传统结构形式相比优势不明显。
（3）缺乏相应工程技术人员。由于国内高校的建筑工程类专业教学内容中未涉及或者很少涉及轻钢结构住宅体系，因此我国工程技术人员对这一结构体系了解不多，相应的熟练技术工人也比较缺乏。
（4）受传统观念影响较深。由于大量采用轻型屋面材料和墙体材料，轻钢结构住宅的突出特点就是“轻”。面对一个很“轻”的建筑，由于缺乏相应的建筑理论知识，我国的普通购房者可能首先会关注结构的安全性，即房屋是否坚固。另外钢材容易锈蚀且耐火性差，也是人们长期以来对钢结构的固有认识。
3工程实例
以笔者工作单位大门传达室为例。以下为该工程主要技术参数：建筑面积34.53m2，建筑高度5.0m，总长12.9m，总宽4.2m，地上1层。原设计采用钢筋混凝土框架结构，梁、柱、屋面板混凝土强度为C25，柱基混凝土强度为C30，墙体材料采用加气混凝土砌块，土建和水电安装总造价约为20万元。
后经实地考察调研，决定采用轻钢结构（见图1）。结构龙骨使用截面为89×41×11×0.75的镀锌C型轻钢（见图2），其厚度仅为0.75mm，但强度却高达550MPa。墙体围护材料为0.22mm厚双层彩钢板内填40mm厚496型A级防火水泥发泡板（见图3）。屋面采用89×41×11×0.75（mm）C型轻钢龙骨 + 12mm厚OSB板（定向刨花板）+3mm厚防水卷材+ 2mm厚沥青瓦。室内除卫生间外吊顶为1220×2440×12mm石膏板，卫生间吊顶为910×1820×6mm水泥纤维板。墙体围护材料通过螺钉或螺栓、膨胀螺栓与地面连接，墙体之间通过自攻螺钉或者螺栓连成整体形成支撑结构系统。由于房屋自重较轻，基础无需采用钢筋混凝土柱基，只需在简单处理后的地基上浇筑一层15cm厚的C15素混凝土垫层即可。工程完工后，经测算总造价约为12万元，取得了一定的综合经济效益。
此外，同原设计相比，轻钢结构住宅还显示出如下特点：
（1）构件截面小，从而增加了房屋室内净高和实际使用面积。
（2）由于自重较经，房屋在相同设防烈度和场地条件下承受的地震作用较小，地震灾害也随之减轻。该房屋生产厂家采用新西兰FRAMECAD PRO软件进行结构受力计算。该软件专门用于别墅设计。新西兰的结构设计者们做过实验研究，结果表明此类房屋抗震等级能够达到8级以上。
（3）梁柱构件便于开孔或者孔洞较多，容易形成“空腔”，大大方便了水电管网线路的布置。
（4）现场施工速度快，周期短，无需搭设脚手架和模板，并且可轻易拆卸、易地安装。
图1 图2 图3
4轻钢结构住宅的不足与发展前景
4.1轻钢结构住宅不足之处
（1）防火性能有待进一步提高。国内有学者通过有限元软件ANSYS对火灾下低层轻型钢结构住宅进行了分析，研究了有楼板连接并由C型钢柱和梁组成的框架的温度场分布，结果表明随着温度的升高，C型钢柱会产生明显的弯扭屈曲，而且柱靠近节点处会产生明显的局部变形。
（2）防水性能有待改进。与其他结构形式的房屋类似，有些轻钢结构住宅在使用过程中会不同程度的出现渗水现象。
（3）容易锈蚀。若没有对轻钢结构材料采取一定的防锈措施，在使用过程中会很容易出现锈蚀现象。所以在施工及后期维护阶段都应重视防锈处理，例如在材料表面涂抹防锈油漆或者合成油脂。
4.2轻钢结构住宅发展前景
轻钢结构住宅尽管存在一些不足之处，但是在我国还是拥有广阔的发展前景。目前我国是一个产钢大国，发展轻钢结构住宅有很大的潜力。随着我国钢铁企业冶炼技术的不断提高，适合市场需求的特种钢必将不断的涌现。广大科研人员和工程技术人员可以通过技术改进，使钢材的表观结构及金相组织发生变化，从而提高钢材本身的耐火性和耐候性。多种新型建筑用钢的出现将大力推动轻钢结构住宅的发展。此外，轻钢结构住宅容易实现工业化生产、标准化制作。与之配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料。因此它属于绿色环保建筑，符合国家可持续发展的战略。
5建议
5.1科研单位、高校和企业要积极开展轻钢结构住宅结构体系及构件的理论和试验研究，特别是在防火性能和结构动力特性方面加大研究力度，大力研发计算机辅助设计、制造软件，对国外已经成熟的技术进行吸收、改进和创新，并将研究成果最终以规范、标准的形式确定下来，作为工程师设计此类房屋的依据。
5.2政府部门要积极倡导有实力的企业开发建设轻钢住宅，并给予企业和购房者政策优惠和价格补贴。通过建立样板房，让民众亲身接触体验，从根本上改变人们对轻钢结构住宅的传统观念。
5.3以轻钢结构特点为本，结合我国传统民居建造工艺和地域资源特点，创造富有地方特色的现代轻钢结构生态墙体，例如采用改性后的竹编墙、毛石墙、木板墙等，这样可以降低生产设备成本，让非专业者都能参与施工，有利于在我国广大农村和小城镇推广使用轻钢结构住宅。
6结语
轻钢结构住宅满足经济可持续发展和资源节约型社会的要求。随着我国钢结构建筑行业的迅猛发展，轻钢结构必将与其他结构形式一道在建筑体系中百花齐放、百家争鸣。
