【钢结构·动态】国外钢结构及薄壁轻钢住宅建筑的发展
钢结构尤其是轻钢结构房屋建筑体系诞生于20世纪初，在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军事建筑设施；40年代出现了门式刚架结构；60年代开始大量应用由彩色压型板及冷弯薄壁型钢檀条组成的轻质围护体系。近些年来，世界钢铁总量的增加和国际军需用钢量的下降，一些钢铁生产大国和经济技术发达的国家，如欧洲、北美、日本和澳大利亚等，不断拓展钢结构使用范围，建设各种钢结构住宅，根据他们的生活习惯，主要建设以1-3层为主的低层独立住宅，随着各国土地资源的减少和人口数量的增加以北美、欧洲为代表，开始多层轻钢结构住宅的研究和开发。各国建筑用钢量在钢材总耗量中的比例明显提高，日本在50%左右。美国、瑞典、日本等国家钢结构用钢量已占钢材产量的30%以上，钢结构面积约占到总建筑面积40%以上。
1．欧洲
20世纪50年代，欧洲由于受“二战”的严重创伤影响，对住宅需求非常大，为解决房荒问题，欧洲一些国家采用了工业化程度较高的钢结构建筑体系，建造了大量住宅，形成了一批完整的、标准的钢结构住宅体系，并延续至今。在芬兰、瑞典、丹麦、法国等国,各种钢结构建筑体系变得非常普及，其中瑞典的钢结构尤其是轻钢结构最为发达，轻钢结构住宅预制构件达95％，同时也是当今世界上最大的轻钢结构住宅制造国，生产供应欧洲各国。
2．北美和澳洲
在美国、加拿大以及澳大利亚，用镀锌轻钢龙骨代替传统的木结构的轻钢结构住宅建筑体系，发展至今已有30多年的历史。1996年，美国的住宅建设中轻钢结构住宅达20％的比例；加拿大则有30％左右的比例；澳大利亚钢结构住宅建造数量约占50％。但是，这种结构形式主要应用于低层的小住宅。90年代后期以来，多层轻钢龙骨住宅在北美地区迅速发展，至今已建成约300万平方米。除住宅外，这种体系也用于养老院、假日旅馆、小学校等建筑。
轻钢结构住宅建筑体系是用镀锌冷弯薄壁型钢制作的型材作为结构承重部分，常用于建造2-3层的低层住宅。镀锌冷弯薄壁型钢所使用材料的屈服强度为Q235或Q345。其墙体钢龙骨按照一定的模数排列，一般中心距为400mm或600mm；冷弯薄壁型钢截面在93-200mm之间，钢板厚度在0.84-1.91mm之间。其楼层结构的钢龙骨截面一般在150-300mm之间，钢板厚度在0.84-2.56mm之间，楼层最大跨度目前可达8-9m。屋架可采用轻钢棱条直接搭接的方式。
轻钢结构住宅的外墙常采用节能、轻质复合夹芯墙，内墙可采用石膏板；厨房及卫生间墙面采用防水石膏板或水泥加压板；楼板采用轻质结构板材；屋面可采用多彩瓦、彩板瓦等屋面材料。
（1）加拿大轻钢结构住宅体系
加拿大的轻钢构件通常由镀锌或镀铝锌合金的薄钢板冷弯滚压成型,其截面形状通常C型和槽型，钢板的厚度可根据结构的要求而变化,其构件长度可视所需而决定。轻钢构件制作精确,在其制作过程中通常在构件上有规律地穿孔,以利于水电线路和管道及横向加强构件的通过.虽然,一块薄钢板本身的承载力并不高,但通过冷弯成不同形状(如C型)后, 其抗弯抗压的能力成倍提高。因此, 轻钢构件的承载力主要是取决于其截面形状,而不是板材的厚度。这就构成其轻质高强的特点。
低层住宅：
结构体系
住宅结构通常由楼面,墙体及房顶等体系组成。轻钢住宅的结构形式通常采用线内支承的板肋体系，轻钢构件可应用于不同的房屋构件，采用轻钢构件可以大大简化结构体系，同时又提供有效利用结构体系及构件的承载力，设计的灵活性及施工便利。
楼面体系
作为楼面托梁的轻钢龙骨其截面高度通常为150至300毫米之间,其钢板厚度大约在0.84至2.56毫米之间，楼面托梁常见支撑形式是简支或连续梁，多跨连续梁即可采用单一构件的形式，也可采取多构件搭接的形式。一般说来多构件搭接的形式较单一构件具有更大的灵活性,同时在运输上也很方便。楼面托梁龙骨的腹板通常给予等间距的冲孔,以方便水电管线的穿越。
墙体系统
用于墙体的轻钢龙骨可分为承重和非承重两种，承重的C型龙骨其截面高度一般在93至200毫米之间，钢板厚度通常界于0.80至1.91毫米之间；非承重龙骨的截面高度在41至150毫米之间，其钢板厚度为0.45至0.84毫米，作为一种非常经济实用的墙体体系,这种由轻钢龙骨与石膏板(若作外墙还需加结构板材)组成的板肋墙体也普遍地应用于高层住宅建筑。
屋架
不同截面形式及厚度的轻钢构件，可为各式各样的房顶形式及体系提供广泛的用途。屋架即可由轻钢椽梁直接构成，也可用轻钢桁架构成。轻钢桁架既可现场制作也适合于工厂大规模集成生产，跨度较大的情况下，采用轻钢桁架尤为经济。
中低层住宅：
轻钢板肋结构体系通常适用于六层或六层以下的住宅建筑，但目前也有应用到八层的旅馆建筑实例。中层住宅建筑,其底层轻钢龙骨厚度可达2.6毫米，龙骨间距常为305毫米，上部楼层的龙骨材料厚度可随荷载的减小而减少。楼面结构可根据其跨度的长短选择下列体系：轻钢楼面体系，由压型钢板和混凝土构成的钢承复合楼板,钢筋混凝土预制或现浇楼面。特大开间可采用轻型空腹钢桁架，压型钢板和混凝土组成的复合楼面，抗侧向荷载的体系常由轻钢拉条构成X型斜向支撑体系，或由抗剪板材与轻钢龙骨组成的剪力墙体系构成。屋架多由轻钢椽梁或桁架构成。
高层住宅 ：
在加拿大,轻钢结构已广泛地应用于在包括住宅在内的各种高层建筑,其主要用于内外填充墙,隔墙,幕墙,外维护墙及屋架,屋顶体系.高层住宅的承载结构常由H型钢或钢筋混凝土的框架体系组成,由轻钢构件构成的轻质内外墙体系非常便于与承重结构的框架体系融为一体。
（2）美国的轻钢结构住宅
美国像其他西欧国家一样，轻钢结构主要用于低层住宅建筑，近些年来，美国也开始进行多层轻钢结构住宅体系的研发，最早一幢多层轻钢住宅于1990年开始设计，至目前总面积发展到约30万平方米。并取得许多成熟的技术和经验。
美国的多层轻钢结构住宅技术是一项综合的技术，集轻钢结构、建筑节能保温、建筑防火、建筑隔声、新型建材、设计施工于一体的集成化技术，社会化分工明确，各种产品的生产商、施工方、设计方紧密合作，发展多层轻钢结构住宅技术，最关键的问题是其结构本身的性能，楼盖结构要具有适当的跨度并尽可能轻，并希望有较好的楼盖平面内刚度，墙体结构在承担竖向荷载（自重与楼面活荷载）的同时还要承担横向荷载（风荷载与水平地震作用）。
美国多层轻钢结构住宅的特点为：
轻质楼盖系统其楼盖由C型的轻钢搁栅与铺于搁栅上的薄板组成。搁栅一般跨度为3.6米～4.8米，搁栅高为254毫米（搁栅的最大跨度可达11米），搁栅间距为 600毫米。搁栅在腹板上开有大孔，这样对于管线的穿越与布置极为方便。楼面有三种做法，分别为：高密度木纤维水泥板；满铺压型钢板再浇筑20毫米的陶粒轻骨料混凝土；满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。在这些轻质楼盖上每平方米可承受316～365公斤的荷载。该楼盖结构体系重量仅为国内传统的混凝土楼板体系的四分之一到六分之一，但其楼盖的结构高度将比普通混凝土板高100～120毫米。
竖向墙体结构一般将内横墙作为结构的承重墙，墙柱为C形轻钢构件，其壁厚根据所受的荷载而定，通常为0.84～2毫米，墙柱间距一般为400～600毫米，墙柱的下端为U形开口朝上的底槽梁，墙柱上端为U形开口向下的顶槽梁，搁栅固定于上槽梁侧边。为提高墙柱的稳定性，一般墙柱高度范围内设三道轻钢拉条。这种墙体结构布置方式，可有效承受并可靠传递竖向荷载，且布置方便，但该墙体结构不能承受水平荷载。为抵抗水平风荷载与地震作用，美国多层轻钢结构住宅体系中有二种方式，分别为采用轻钢剪力墙或采用带十字交叉支撑的普钢框架结构。轻钢剪力墙一般布置在分户墙，采用0.5毫米镀锌薄钢板蒙于石膏板上，再固定于轻钢墙柱上，形成类似于应力蒙皮结构的剪力墙，每层之间有一个特殊的构件对上下楼层剪力墙进行连接，以有效传递水平剪力与由于水平力作用在墙柱上而产生的拉力。在地震区，为保证结构安全，采用带十字交叉支撑的普钢框架作为抗侧力结构，形成以轻钢承受竖向荷载，以普钢承受水平荷载的混合结构体系。
建筑保温节能技术美方轻钢住宅体系中，对保温节能技术十分重视，对于墙来说为确保达到保温效果，一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外，在墙外侧再贴一层保温材料，有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥；楼层之间搁栅内填充玻璃纤维，减少通过楼层的热传递；所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维，减少户墙之间的热传递。
建筑防火技术，对于轻钢结构一个最关键的问题是防火技术的应用，在墙的两侧与楼盖的天花处贴防火石膏板，对于普通防火墙和分户墙用25.4 毫米厚（1吋）石膏板保护，以达到1个小时的防火要求，另外在墙体墙柱间与楼盖搁栅间填充的玻璃纤维对于防火与热传递也起了积极的保护作用。
建筑隔声技术轻钢建筑中，美国的研发工作对于隔声处理下了较大功夫，在内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉，有效阻止了通过空气传播的音频部分，而对于通过固体传播的冲击声，在美国的多层轻钢住宅中，作了如下构造处理：对于分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体；而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨，用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播。
（3）澳大利亚冷弯薄壁轻钢结构住宅体系
构造特点:
承载结构采用冷弯薄壁轻钢骨架，采用高强、防腐钢卷板（屈服强度550Mpa，锌铝合金镀层厚度270g／m2），钢材厚度为0.75mm，通过电脑辅助制造专用设备按设计要求，直接轧制成各种不同类型的结构构件。竖向承重构件采用密排柱，最大柱中距600mm。平面承重构件：屋面采用桁条网，网格尺寸为600X600mm，楼（地）面采用桁架式梁，最大中距1200mm，门窗过梁采用小桁梁。
墙体围护结构采用轻质高强围护材料或纤维水泥板。
屋面、楼面、内外墙采用防水、保温材料。
屋面楼面系统采用防水玻纤瓦、防水卷材、保温材料棉、桁条、吊防火石膏板。
施工特点:
钢结构的生产制作采用电脑辅助制造技术，生产制作的全过程是以电脑软件控制的专业设备完成，保证构件制造的精确度误差在人工难以达到的半毫米以内。除基础施工外，其余全为干作业施工安装。
设计特点:
冷弯薄壁轻钢结构体系是澳大利亚的成熟技术。设计中使用了特殊的CAD技术-轻钢结构建造设计软件，由此生成的设计文件可以直接输入到加工设备进行自动加工。
3．亚洲各国轻钢结构：
由于西欧发达国家的经济扩张以及亚洲诸国的经济崛起，印度、日本、韩国等国也在二十世纪初开始研究和发展钢结构住宅建筑，日本钢结构建筑占建筑总量的50%左右，韩国钢结构建筑占建筑总量的20%左右，并且钢结构用钢总量中H型钢占50%～60%左右。
日本钢结构建筑的历史有100年左右。目前日本的各种建筑结构中，钢结构的建筑数量最多，占住宅建筑总面积的20％左右，其中多数为低层独立住宅。使用轻型钢的低层小规模住宅已系统化，轻钢结构住宅竣工的占住宅总数的25%～28. %，主要生产企业有新日铁、丰田、积水、大和、三泽住宅株式会社，其中新日铁的KC住宅体系尤为突出。
KC结构体系强调的冷型钢与结构用板材共同形成抵抗横向荷载的整体墙板，类似于钢筋混凝土结构中的剪力墙。每层楼板都搁置安装在该层的墙板之上，墙板在竖向都被各层楼板隔开，竖向墙体在结构上无法构成连续的墙体。因此技术上就要通过贯通楼板的抗拔锚栓将上下层墙板连成整体，同时靠抗剪螺栓将墙板与楼板连接在一起。
结构板材一般采用OSB（定向刨花板）、结构合成板、水泥纤维加压板等。这种板材解决了原有纯木质板材在防火、防水以及结构整体强度不足的缺陷，这种替代产品，解决了原来木质板材在防火、防水、以及结构整体强度方面的不足，提高建筑体系的整体性能。
防火采用耐火性能较高的板材，如不燃水泥基结构用板材、耐火石膏板等作为基本材料。以延长墙体耐火时间，增强耐火完整性。
隔热措施通过在复合外墙中增设反射层，提高墙体对辐射热的反射作用，大大降低了辐射热对建筑室内的热环境的影响，经测试比较和实践证明，节能效果明显，热稳定性也有所提高。
