工业化村镇建筑：轻钢房屋发展与应用现状

近20余年，冷弯薄壁型钢结构房屋体系（也称为冷弯薄壁型钢结构CFSF体系）在欧美、澳大利亚、日本等国家得到广泛应用，但主要用作三层以下的别墅住宅、公寓及其他民用房屋。相较于木结构而言，冷弯薄壁型钢结构房屋体在住宅产业化、环保、抗震防灾、加速房屋建造周期等方面具有优势。因此，国外采用CFSF房屋体系替代传统的木结构房屋。

1.冷弯薄壁型钢结构房屋体系在国外的发展历史

冷弯薄壁型钢在建筑领域中的应用始于19世纪50年代的英国和美国，并于20世纪40年代在欧美、澳大利亚等发达国家、地区开始得到广泛应用。

1939年，美国的康奈尔大学在乔治·温特教授领导下，开始对冷弯薄壁型钢结构进行研究。研究工作得到了美国钢铁协会（AISI）的资助，短短几年，温特教授取得了一系列的研究成果。1946年，基于温特教授的研究成果，AISI发行了允许应力设计（ASD）规范《冷弯薄壁型钢结构构件设计规范》，这也是世界上最早的关于冷弯薄壁型钢结构方面的规范和准则。正是这个规范的制定，为冷弯薄壁型钢在美国的推广和发展提供了设计依据。此后，AISI分别于1956年、1960年、1962年、1968年、1980年和1986年对该规范进行了修订。如今，美国已将将AISI相关冷弯薄壁型钢设计标准上升为国标，其中包括：《冷弯薄壁型钢结构总则》《低层轻钢住宅指定性建造方法标准》《冷弯薄壁型钢桁架设计标准》《冷弯薄壁型钢过梁设计标准》《冷弯薄壁型钢抗侧力体系设计标准》。

加拿大标准协会（CSA）于1967年也发布了《冷弯薄壁型钢结构设计规程》。在轻钢龙骨结构低层住宅方面，加拿大有比美国更为细致的技术规范与手册，如加拿大薄壁钢建筑结构协会（CSSBI）发布的《轻钢住宅结构施工细则》《轻钢住宅构件选样标准表》《轻钢住宅结构设计指南》《低层轻钢结构施工细则》等。更为重要的是加、美两国成立了北美钢框架联盟（NASFA），最终实现了北美冷弯薄壁型钢结构设计标准的统一。

同时，欧洲钢结构协会（ECCS）完成了一系列用于建筑冷弯薄壁型钢结构测试及设计的文件。20世纪末，欧洲标准化委员会发行了用于冷弯薄壁型钢构件和钢板的欧洲规范3中的1～3部分（Eurocode3：Part1-3），这标志着欧洲在冷弯薄壁型钢结构方面也有了统一标准。

冷弯薄壁型钢结构技术在大洋洲的发展主要是以澳大利亚和新西兰两国为主，澳大利亚的Hancock教授是继美国的温特教授之后又一位杰出的大师级人物。在他的主持领导下，大洋洲于1996年统一了冷弯薄壁型钢结构技术标准（“Australian Standards/New Zeal Standards on Cold-Formed Steel Structure”，AS/NZS 4600，1996）。

亚洲冷弯薄壁型钢结构的发展始于20世纪80年代。进入90年代，日本加大了在这一领域的研究与开发。1995年，日本钢材俱乐部成员以新日铁为首的六大钢铁企业联合开始研发冷弯薄壁型钢结构房屋体系（后称为KC技术体系）。2002年，日本钢铁协会薄板轻钢委员会颁布了《薄板轻量型钢造建筑物设计手册》，此后上升为国家标准。

2.冷弯薄壁型钢结构房屋体系在国外的应用现状

美国在1992年初期，仅有500栋冷弯薄壁型钢住宅，1993年建造了15000栋，1996年75000栋，而1998年达到12万栋，2000年达到20万栋的规模，约占住宅建筑总数的20％，2002年后约占住宅市场份额的25％。为加快这种房屋体系在美国的应用，由全国住宅房屋研究中心（NAHBRC）、美国钢铁学会（AISI）和美国城镇住房开发部（DHUD）等机构，组织并编制了冷弯薄壁型钢结构房屋体系（1～3层）设计、建造标准，并实现了设计标准化、图表化。冷弯薄壁型钢结构房屋体系经过十余年的应用与发展，作为三层以下低层建筑，无论从结构的安全可靠性，还是制造、安装各种工法已基本完善。在北美，这种结构还被越来越多地运用到多层建筑领域，图3-6、图3-7为北美钢框架联盟（NASFA）及加拿大板钢材料建筑协会（CSSBI）在建的多层冷弯薄壁型钢住宅，另据建设部住宅中心考察报告称，北美冷弯薄壁型钢多层住宅已实施将近300万m2。

图3-6 NASFA某多层冷弯薄壁型钢住宅(www.xing528.com)

图3-7 CSSBI某多层冷弯薄壁型钢住宅

在日本，冷弯薄壁型钢结构住宅（日本称薄板钢骨住宅）份额也呈逐年上升趋势。目前年建造数量都在一万栋以上，并被国家大力推广使用在独立式住宅、别墅、学生公寓、汽车旅馆、超市、儿童活动室、老人福利院、医务室等不同类型建筑中。2002年，日本的新日铁公司启动了多层冷弯薄壁型钢结构技术的研发。

从全球范围看，多层冷弯薄壁型钢房屋体系在各国应用的实例不多，但从一些不完整资料或介绍中看到，北美地区已成功将冷弯薄壁型钢房屋体系用于三层以上的多层房屋住宅中。

3.冷弯薄壁型钢结构房屋体系在国内的发展和应用

与西方发达国家相比，我国冷弯薄壁型钢结构技术的发展起步较晚。20世纪80年代初期，国内以西安冶金建筑科技大学（现西安建筑科技大学）的何保康教授、哈尔滨建筑工程学院（现哈尔滨工业大学）的张耀春教授为代表的一批钢结构领域的学者赴美国康奈尔大学师从乔治·温特教授，这是我国冷弯薄壁型钢结构领域研究的开端。1987年，我国发布了第一部冷弯薄壁型钢结构设计标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB J18—1987），1998年开始全面修订，并于2002年9月27日发布修订的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）。由于近年来冷弯薄壁型钢结构试验方面不断取得进展，原规范主要承重构件壁厚适用范围2.0～6.0mm将可能扩展至0.4～6.0mm。此外，我国住房和城乡建设部于2011年1月28日发布了《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（JGJ 227—2011），该规程于2011年12月1日正式实施，亦可作为冷弯薄壁型钢结构设计、施工的技术参考。

市场方面的发展落后于技术领域。20世纪80年代中后期尽管一批学者从美国学成回国，又出台了冷弯薄壁型钢结构的国家标准，但市场并无大的发展，在沉寂近十年后的90年代中期才率先在工业厂房、仓库等工业建筑中开始使用门式刚架等冷弯薄壁型钢结构技术。这是一次遍及全国的门式刚架厂房热，包括门式刚架，冷弯型钢檩条、支撑，压型钢板屋面和墙面等冷弯薄壁型钢构件被大量地使用在这种新型结构厂房中。20世纪末至21世纪初，一批国外成熟的低层冷弯薄壁型钢结构住宅技术进入中国，如日本的新日铁、澳大利亚的博思格、美国的华星顿等企业都开始涉足中国建筑市场。

近几年，随着建设部大力推行钢结构住宅政策，国内先后成立了多家专业从事冷弯薄壁型钢房屋设计、施工的企业，如上海美建钢结构有限公司、北新房屋有限公司、上海绿筑住宅系统科技有限公司、北京豪斯泰克钢结构有限公司、上海钢之杰钢结构建筑有限公司等。这些企业分别在全国多地建造了一批以日本新日铁工法和北美体系为代表的三层以下冷弯薄壁型钢房屋建筑，如图3-8所示。部分企业还从自身经营考虑编写了企业标准，如北新房屋有限公司于2003年编制的《薄板钢骨建筑体系技术规程》、上海绿筑住宅系统科技有限公司于2005年编制的《低层冷弯薄壁型钢结构施工质量验收规程》等。

图3-8 国内建造的北美风格的轻钢房屋

目前，我国冷弯薄壁型钢房屋结构每平方米的建筑造价已从原来的3000余元拉低至如今的1200元。钢结构以外住宅市场如砖混一般造价为800～1000元/m2、钢筋混凝土结构住宅为1000～1200元/m2。近年来我国经济持续快速发展，“三农”问题的解决、农业税的取消等都将使得劳动力成本不断上升成为必然趋势。这对于产业化程度高的冷弯薄壁型钢建筑而言，成本的竞争力反而呈现增强的趋势，加上该技术大大缩短建设工期，这又将大大降低项目的整体运行成本，因此，与传统住宅结构相比，冷弯薄壁型钢房屋建筑的综合经济效益日益凸显，所以从加快我国住宅建设产业化进程的角度出发，编制一套适合我国的冷弯薄壁型钢房屋国家标准和行业标准是必要而迫切的。