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现代钢结构

轻钢结构建筑的应用及发展

弓晓芸

（冶金部建筑研究总院 北京 100088）
摘要：介绍了国内轻钢结构建筑的应用现状及发展，并对轻钢结构的科研、设计及施工管理提出建议。

关键词：轻钢结构 应用 发展

轻型钢结构建筑体系是指以单层非住宅 用的中小型工厂、仓库、商店、大型超市为主 要对象的建筑，这种建筑体系是采用轻型 I型钢（焊接或轧制；变截面或等截面）做成门 形刚架，2 型、J 型冷弯薄壁型钢作檩条墙梁； 压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结 构，采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连 接件和密封材料将承重结构、围护结构构件 在现场组装起来的预制装配式钢结构房屋体 系。这种轻钢结构建筑具有以下特点：（1）构 造简单，材料单一。容易做到设计标准化定 型化，构件加工制作工业化，所以现场安装预 制装配化程度高。销售、设计、生产可以全部 采用计算机控制，产品质量好，生产效率高。（2）自重轻。降低了基础材料用量；减少构件 运输、安装工作量；并且有利于结构抗震。（3）工期短。构件标准定型装配化程度高，所以现场安装简单快速，一般厂房仓库签定合 同后 2-3个月内可以交付使用。因为没有湿作业，现场安装不受气候影响。（4）可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。轻钢结构建筑体系在建筑造型、色彩以及结构跨度、柱距等方面的选择上灵活多样，给设计者提 供了充分展示才能的条件。（5）轻钢结构建 筑属于环保性、节能性产品，厂房可以搬迁，材料可以回收。（6）价格便宜。随着我国钢 产量的增加，钢材价格的下调，竞争的激烈， 轻钢结构建筑与同类砖混结构建筑相比，造价持平或略低。

1应用及发展
20年来，我国轻钢结构得到飞速发展，建工业建筑面积达几百万㎡，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。

（1）全套引进国外轻钢结构建筑技术及设备

上海宝钢集团宝成钢构 1993 年全套引 进美国华高普顿（ Varco Pruden）公司轻钢结构建筑体系及生产线。目前宝成钢构拥有 2万㎡ 厂房，两个生产车间，5条轻钢建筑产品全自动生产线，年生产能力5万t。具有国内独一无二的PLASMA 水下等离子钢板切割机，H型钢单面自动焊接设备，VP专利技术钢构件浸漆工艺（DIPTANK），C 型、Z型冷弯薄壁型钢自动 先打孔后成型设备，610-76SSR 咬边式屋面压型板成型机，800-30PR压型板成型机。同时也引进了相应的配套技术设备，如屋面通风气楼系统，屋面压型板咬边机、锁扣件、屋脊异形件成型设备以及 6m长自动控制折弯机。这套硬件技术设备在国 内是一流水平的。在引进硬件的同时，宝成钢构也引进了设计和制造软件系统VP-Command，它集销售、报价、设计、制造、计划 管理于一体，实现了真正的CAD、CAM化，确保产品高质量，生产高效率。
(2)部分引进轻钢结构体系构件及材料的加工设备
①H型钢：H 型钢按生产工艺可以分为轧制和焊接2 种。马钢、莱钢、鞍山一轧最近2年先后从德国、日本、美国等引进轧制 6 型钢生产线，设计生产能力140万t/a，规格为H100-700mm，其中部分可作为轻钢结构门形刚架用材。上海大通公司从美国引进高频焊接轻型 H 型钢生产线，生产能力 6 万 t/a，规格 H100-350mm，全部可作为轻钢结构建筑用材。
②"C 型、Z型冷弯薄壁型钢：20 世 纪80年代南京轧钢厂引进德国 C型钢生产线，90年代渭南冷弯型钢厂引进美国 R425 型全自动冷弯型钢生产线（可以开发生产建筑用 C型、Z 型钢）。
③压型钢板及夹芯板：20世纪 90年代初彩色涂层钢板生产线已先后在宝钢、武钢、鞍钢等厂家引进投产，年产量 30万 t 左右。目前一些厂家还要从日本、韩国、澳大利亚等国进口部分彩色钢板。这些国产和进口的彩色涂层钢板基本满足压型钢板和夹芯板制作的需求。但是压型板尤其是夹芯板成型设备这 几年引进的比较多（图 1）。

从图1a-1g可看出引进的压型板板型 从搭接式转向表面不露钉的咬边式，品种趋 于多样化。从图 1h-1o可看出，夹芯板板型从板缝处设工字铝转向企口插接、板面不露 钉；引进的板型断面差别不大，同一家产品比 较多；岩棉夹芯板生产线的引进使夹芯板芯 材从聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯发泡2种增加到 3种，满足了防火等级高的要求。

④其他辅助材料及配件连接件：现场复 合保温板用的隔热保温材料、玻璃棉毡及各种带铝箔纤维布等材料，上海平板玻璃厂和北京玻璃棉厂均已从德国、日本引进设备生 产多年，珠海、上海也有合资厂家；屋面墙面 用的采光瓦，南京复合建材厂和秦皇岛耀华 玻璃厂已从美国、日本引进设备，产品质量比 较稳定；国外几大自攻螺丝厂家如SFS、标迪、SCI（实保威）、北塔、喜利德均已进入我国市场；国外国内密封材料厂家生产品种很多。
综上所述，可以说目前国内已完全具有了轻钢结构建筑所需的各种材料及设备。这是 20年来最大的变化和发展。
（3） 我国的轻钢结构建筑技术及设备
改革开放以来，随着国外轻钢结构建筑及设备的引进，我国技术人员在学习、消化国外先进技术的基础上，结合我国的具体情况研制开发出了轻钢结构建筑用的各种设备。
例如：轻型焊接 H 型钢生产线（冶建总院、二十冶金属结构厂、锡山阳通、无锡华联等厂家可生产）；C 型、Z型冷弯薄壁型钢生产线（厦门黎明、牡丹江特种机械厂、上海钢铁工艺研究所、武钢汉口轧钢厂、长春冷弯型钢厂等厂家）；各种压型板成型机、夹芯板加工设备（冶建总院、厦门黎明、特丹江特种机械厂、江苏嘉定、上海包装机械厂等厂家可生产）。
图1 压型板和夹芯板产品规格示意
（a）-S60 屋面板（上海水产冷库公司1979 年由日本引进，后转冶建总院）；（b）-W550屋面板（宝钢指挥部于1978年由日本引进）；（c）-V115，V115N墙面、屋面、楼面板（宝钢指挥部于1980年由日本引进）；（d）-T75 屋面、楼面板（宝钢冷轧厂于1990年由美国引进）；（e）-T38, 墙面、屋面、楼面板（宝钢冷轧厂于1990年由美国引进）；（f）- 角弛Ⅲ型屋面板（上海宝钢彩钢建筑新技术公司于1993年由日本引进）；（g）-YX51-375-750屋面板（京冶公司于1996年由韩国引进）；（h）-屋面、墙面聚氨酯夹芯板（天津天荣公司于1985年由德国引进）；（i）- 屋面、墙面聚苯乙烯泡沫夹芯板（深圳赤晓公司于1984年由新加坡引；北京泡沫塑料厂于1987年由澳大利亚引进；福州长祥公司于1986年由德国引进）；（j）- 屋面、墙面聚氨
酯夹芯板（邯郸八塑于1986年由西德引进）；（k）- 屋面、墙面聚苯乙烯泡沫夹芯板（东莞中兴冷库公司于1985 年由澳大利亚引进）；（l）-屋面、墙面聚苯乙烯泡沫夹芯板（西安澳达公司、上海大地彩钢公司1994 年由澳大利亚引进）；（m）-屋面、墙面聚氨酯夹芯板（深圳赤晓公司于1995年由意大利引进，后转浙江华联公司；牡丹江三新建材公司于1996年由韩国引进）；（n）-屋面、墙面聚氨酯夹芯板、岩棉夹芯板，屋面板厚30-120mm；墙面板厚40-120mm（深圳赤晓公司、东南网架公司、北方赤晓公司于1996-1998 年由意大利引进）；（o）- 屋面、墙面聚氨酯夹芯板（宝钢集团宝昕公司于1998年由德国引进）
1-彩色钢板；2-聚氨酯泡沫；3 - 聚苯乙烯泡沫；4- 工字型铝；5- 外面钢板；6- 内面钢板

十几年来国内逐渐形成了具有一定规模的轻钢结构专业厂家。上海宝钢彩钢建筑新技术公司具有屋面、墙面、楼面用压型板成型机10多条，C 型、D 型冷弯型钢成型机2 条，曾经为宝钢板坯连铸提供90m 长屋面压型钢板。上海吴泰胜建设发展公司在上海温州两地投资建厂设有E 型钢、C 型钢、夹芯板、压型板生产的全套设备。西安高科彩钢也是具有多种压型板和C 型钢成型机的专业厂家。北方赤晓、深圳赤晓引进意大利生产线是生产夹芯板的专业厂家。中国京冶、北京万思达、天津万利园、杭州杭萧、浙江东南网架厂等在轻钢结构建筑领域都是很有实力的厂家。
为了适应轻钢结构的快速发展，相应的规程规范手册也逐渐编制完善。除了《钢结构设计规范》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《压型金属板设计施工规程》以外，近2年上海市标准《轻型钢结构设计规程》，建设部中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》已经开始实施。建设部中国工程建设标准协会轻型钢结构委员会正在编制《轻型房屋钢结构技术规程》。与此同时，一些单位编制的轻钢结构设计软件已经用于工程。为了加强产品质量管理，中国建筑金属结构协会于1997 年发放《建筑钢结构工程制作安装定点企业证》，上海市建委发放《轻钢结构工程施工》专业厂家资质证书。

（4）外国轻钢结构厂家在中国找代理办
工厂
据了解先后已有多家外国轻钢结构公司进入中国市场，大家熟知的巴特勒、ABC、VP、BHP、马泰力克、阿斯特朗（ASTRON）等。20年来外商开始是整套厂房卖进来安装，逐渐变成部分构件在国内加工。随着市场的扩大，这几年逐渐在中国办独资厂、合资厂。如，澳大利亚BHP公司下属的BHP建筑钢品公司已在上海、广州、香港三地建厂，在遍及全国的10 个城市设立销售办事处，在国内已销售400 万㎡ 镀铝锌压型钢板。美国ABC公司于1995 年初在华投资2000 万美元，成立上海美建钢结构公司，并在嘉定兴建了轻钢结构构件制作工厂，厂内设有梁柱、檩条、压型板等7条自动化生产线，同时还具有美国ABC公司的估价、设计与加工制作软件，即计算机辅助设计和计算机辅助制造加工系统。据ABC 公司介绍，仅在1995年10 月以后2年间在华已建成轻钢结构厂房仓库34
万53以上。美国巴特勒公司在1991年进入中国市场以来，已经完成大中型项目210余项，建筑面积达150 万平方米，1995年在上海建立独资公司并开办工厂。
（5）应用
据了解，外国公司及国内厂家承建的轻钢结构建筑工程达600 万㎡ 以上。如外国公司承建的有：72 跨飞机库、60m跨码头仓库、34m-8m药品仓库、上海浦东开发区厂房仓库、BHP厂房、苏州啤酒厂等；国内公司承建的有：72m 跨大连国家粮食仓库、60m跨大连北良国家粮食仓库、北京龙泉宾馆网球馆、北京展览中心8 号馆、22 万㎡ 冀鲁豫三省轻钢结构棉花仓库、西藏那曲地区轻钢结构粮食仓库、西安家世界大型超市、北京京西宾馆钢结构加层、铜陵港外贸码头仓库、西安高华电子公司等。
2 问题及建议
随着我国市场经济发展的需要，外国公司的拥入和技术设备的引进，大大加快了我国轻钢结构建筑体系的发展步伐。但是由于轻钢结构的科研、设计、施工管理工作滞后，所以在发展的过程中还存在不少问题，和国外轻钢结构房屋公司的技术水平相比还存在较大差距，产品质量管理还没有走上正规，市场还不规范。现通过多年工程实践和调查，对目前轻钢结构建筑存在的问题提出一些建议。
（1）加强设计研究工作
厂家往往只重视引进购买多少设备，不重视研究设计和配套技术的投入。由于钢结构以前用的不多，所以有些设计院对轻钢结构设计不熟悉，缺乏钢结构专业人才和专业培训，有些是厂家设计，让设计院盖章，这样造成国内轻钢结构设计处于无序状态。对于从外国引进的厂房，由于中间的商业行为多，两国技术人员交流少，加上审查不严格，也会产生一些问题。例如，湛江某耐火材料厂引进的30m 跨厂房一侧没有设柱间支撑，台风中厂房全部倒塌。在建筑构造、配件选择上大多数也是按厂家作法。例如，压型钢板的3种形式（搭接、咬边、嵌合），选择哪种最适合本工程；夹芯板和现场复合的哪种质量好；压型板是否都要采用镀铝锌钢板为基层的彩色钢板，彩色钢板的涂层有几种，是否应按照使用环境合理选择；连接件的强度耐久性也会影响屋面墙面质量，诸如此类问题均应全面考虑。建议有关领导单位在编制修改规程规范的同时，组织轻钢结构建筑设计的软件开发、编制通用图标准图集、经常举办培训班及技术交流会，并且应该加强轻钢结构试验研究工作。
（2）严格加工制作及安装管理
①钢构件加工：20 年来轻钢结构厂家从几家迅速发展到几百家，其人员、设备和技术管理水平相差很大。建议加强质量管理，建立轻钢行业资质审查，停办质量不合格厂家。对于加工单面焊的H 型钢厂家，更要严格审查其设备、技术水平，对焊缝质量要有检测手段；对于能够采用热轧H 型钢的（例如厂房不高、跨度不大、有吊车等）设计院应优先采用。建设部和国家冶金局有政策鼓励推广使用热轧H型钢，马钢、莱钢、鞍山一轧、上海大通均可提供各种规格的优质 H 型钢；限制重复引进，如夹芯板生产设备，目前引进的和国产的设备很多，供大于求。
②建筑配件：轻钢房屋仅有承重骨架、屋面板、墙板，满足不了防风防雨和美观的要求，配套技术是非常重要的。国外轻钢结构房屋公司具有一套完善的配件系统，例如天沟、落水管、屋脊板、包角、泛水、堵头、密封胶条、自攻螺丝、螺栓紧固件、采光瓦、通风器、门窗及各种与厂房有关的配件。这些配件都是公司自行开发形成系列，自己加工或在固定厂家生产。
③安装：轻钢结构建筑如果构件尺寸加工准确，工地安装是非常简单方便的，现场无焊接无湿作业，所以安装很快。但是由于轻钢结构构件断面大、板件薄、侧向刚度差，吊装时应特别注意防止变形损坏。为了保证安装质量，应实行一套完善的项目经理管理制度，对安装人员要进行专业培训，合格后持证上岗，施工中必须严格按照安装手册进行，这样才能保证优秀的设计得以实现。
（3）加强管理、规范市场
这2年钢材产量增加、价格下调，轻钢结构造价有所降低。但是由于外国厂家的涌入，国内厂家多、工程少，所以竞争相当激烈。另外预算定额中对轻钢结构没有明确规定，所以为了拿到工程，厂家竞相压价，这就造成一些具有先进设备的大厂竞争不过个体手工操作的小厂，使轻钢结构质量下降。要整顿轻钢结构市场，建议预算定额中尽快补充轻钢结构部分，使大家有章可循；另外要加大抓质量的力度，整顿停办一批质量不好的厂家，严格进行工程招标投标制度，规范市场，有序竞争。
（4）完善轻钢结构房屋公司机制
国外的轻钢结构房屋公司是采取集销售、设计、加工、安装、售后服务为一体的交钥匙工程。销售通过遍及各地的代理商进行，组成一个计算机销售网络。这样可以很快为客户提出方案图报价单，可以按照用户要求进行修改，交工后负责联系售后服务工作；设计、加工、制作一般在本公司内进行；安装一般委托给固定的经专业培训后的工程队；质量是企业生存的基础，公司要讲信誉就必须严格管理整个过程中的质量问题。而我国目前设计、加工、安装3个阶段往往分头进行，所以质量难以保证。国外的有些经验我们可以借鉴。
随着钢结构春天的到来，今后10年轻钢结构的发展将会更快。为了使我国轻钢结构在新世纪经济领域中发挥更大作用，缩小和国外同行的差距，除了政府部门加强行业管理以外，我们科研、设计、施工单位和轻钢结构厂家要团结合作、共同促进我国轻钢结构事业的发展。