轻钢结构别墅
传统的建筑材料，施工方案已经开始落伍。一种改善人类社会居住环境，实现住宅产业
工业化的轻钢结构别墅代替传统的房屋。轻钢结构别墅不仅可代替传统的住宅结构模式，还可完全使用工业化生产的建材，以钢代木、钢代砖、钢代混凝土的环保节能型住宅。轻钢结
构别墅成为改善人类社会居住环境的最佳产品。
建造轻钢结构别墅对施工单位说，除了施工省时省力，也有很多优点和方便之处。建造轻钢结构别墅不需要二次找平，只要结构完成后可随时布线穿管。无梁无柱，增大可利用空
间，大大简化装修流程，同时材料、用工成本可节约很多。生产建造轻钢结构别墅主要有四大结构：轻型钢架结构、墙体结构、楼板结构和屋面结构。钢架结构具有强度高、抗震性能好、组装施工简单快捷等特点；
墙体结构分很多品种，根据气候和地区选择不同的墙板能为
室内保温或降热带来很大作用；屋面结构采取墙体板材原理设计，达到保温、隔热、隔声、防水、防潮性能；楼板结构重量轻，隔音效果好，安装简便。轻钢结构别墅不用一个多月就能完成房屋主体建筑，轻钢结构别墅建造避免了繁琐的施工工序，减轻工人劳动强度及完成
大部分墙外装饰盒室内装饰。
轻钢结构别墅节约能源，清洁环保，建造轻钢结构别墅综合成本较低，许多人看价格容易误解轻钢结构别墅的质量。应该转变观念，大力支持应用轻钢结构别墅，让更多人了解。
1、轻钢结构别墅建筑过程
建房施工过程中，将轻型钢架焊接固定在地基上，然后，用普通锯条在板材上把门窗开好，再把各种板材依次镶嵌在钢架上，进行胶合固定，一幢建筑面积600多平方米的三层中型别
墅，只需要12个工人，用不到一个月的时间就可完成房屋主体建筑，并且完成大部分外墙装饰和室内装饰。建造施工只需要普通建筑施工工期的六分之一，并且在整个施工建造过程
中，由于建筑材料的集合利用，加上材质轻，简化了烦琐的施工工序，不必使用大型施工机
械，大大减轻了工人的劳动强度。
2、轻钢结构别墅的部件
生产建造房屋所用的主要部品部件，有4大结构：轻型钢架结构、墙体结构、楼板结构和屋
面结构。
轻型钢架结构：在工厂加工后，在现场组装，具有强度高、抗震性能好、组装施工简单快捷
等特点。采用高效防腐剂对钢构件表面进行防锈处理，保证了钢构件的经久耐用。由于钢架
结构包裹在保温墙体内，不会产生热桥。用钢量少，重量轻，每平方米用钢20到30公斤, 用钢量只有普通钢架结构房屋的60%左右，节省用钢量至少1/3。
墙体结构：有外墙板、内墙板、隔墙板、保温砌块4类品种。可根据不同地区的气候温度，
组合成不同的墙体。寒冷地区组合成既保温由隔热的复合墙体，保证室内热量不被墙体吸
收或渗漏，节能效果达到80%,也就是说，只需要普通建筑1/5的能源消耗就可达到室内保温需求。在炎热地区则采用具有中空对流作用的外墙板组合成复合墙体，太阳辐射热被墙体内流动的空气带走，从而可以保持室内舒适凉爽。
屋面结构：同样采取墙体板材原理设计，具有高标准的保温、隔热、隔声、防水、防潮性能，还可以根据房屋设计随意造型。
楼板结构：重量轻，强度高，独有的密闭微孔结构和空气隔音层，使隔声效果达到41分贝，
而且安装简便，承载力每平方米超过200公斤，远远超过普通楼板每平方米承载力150公斤
的国家标准。
3、轻钢结构别墅主要性能
环保性：钢材及大部分材料可再生利用，符合生态建筑的要求。节能性能好（保温、隔热、隔音）先进的技术使耗能仅相当于传统住宅体系的40%，大大减少耗能费用。
防腐、防虫：采用镀锌钢材，无原生木材，既防腐又免受虫蛀蚁蚀。
耐火、耐久性：所有材料均为不可燃，同时考虑防火构造，达到国家防火规范。
抗震、防风性：自重轻，抗震性能好，设计时充分考虑风荷载和雪荷载，可抵御暴风暴雪
轻钢别墅
简介
轻钢别墅，又被称为轻钢结构房屋，其主要材料是由热镀锌钢带经冷轧技术合成的轻钢龙骨，经过精确的计算加上辅件的支持与结合，起到合理的承载力，以取代传统房屋。
一、轻钢别墅相比于传统住宅，有其突出的优点：
（1）轻钢别墅的轻钢结构配件制作工厂化和机械化程度高，商品化程度高。
（2）轻钢别墅的现场施工速度快，不会影响到附近居民有利于文明施工。
（3）轻钢别墅的钢结构建筑是环保型的可持续发展产品。
（4）轻钢别墅的自重轻，抗震性能好。
（5）轻钢别墅的综合经济指标不高于钢筋混凝土结构。
（6）轻钢别墅相比砖混住宅来说，可以避免用土烧砖带来的资源浪费
（7）轻钢别墅因为轻钢结构的墙体厚度小，比砖混结构可以增加有效使用面积；
（8）轻钢别墅的与钢筋混凝土住宅相比，由于轻钢结构的钢材以后可以循环使用，但
混凝土不能循环使用，以后肯定是建筑垃圾，造成环境压力并且，混凝土要40年时间才能
全部干燥，因此容易造成室内湿气、潮湿，不利于人体健康。但是轻钢结构完全不用混凝土，
因此不存在这个问题。
（9）轻钢别墅的抗震性能好。由于地震的活动为左右和上下活动，所以用螺丝钉连在
一起的轻钢结构组成了一个安全稳定的盒子，不会因为地震的摇晃而出现墙体倒塌或楼板掉
下危及人身安全。
（10）轻钢别墅的施工采用干施工法，不会造成水资料的浪费。并且节省了费用。
二、轻钢别墅的楼面构造
轻钢别墅的楼面由冷弯薄壁型钢架或组合梁、楼面OSB结构板，支撑、连接件等组成。
所用的材料是定向刨花板，水泥纤维板，以及胶合板。在这些轻质楼面上每平方米可承受
316?365公斤的荷载。轻钢别墅的楼面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，但其楼面的结构高度将比普通混凝土板高100?120毫米。
三、轻钢别墅的屋面系统
轻钢别墅屋面系统是由屋架、结构OSB面板、防水层、轻型屋面瓦（金属或沥青瓦）
组成的。轻钢结构的屋面，外观可以有多种组合。材料也有多种。在保障了防水这一技术的前提下，外观有了许多的选择方案。
四、轻钢别墅的墙体结构
轻钢别墅的墙体主要由墙架柱、墙顶梁、墙底梁、墙体支撑、墙板和连接件组成。轻
钢别墅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，轻钢别墅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。
五、轻钢别墅的建筑保温节能技术
轻钢别墅为确保达到保温效果，在建筑物的外墙和屋面中使用的保温隔热材料能长期使用并能保温隔热。轻钢别墅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。
4.建筑防火技术
轻钢别墅一个最关键的问题是防火技术的应用，轻钢别墅的耐火等级为四级。轻钢别墅
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。
5.建筑隔声技术
轻钢别墅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，作如下构造处理：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。
轻型钢结构低层住宅的建造技术是在北美式样木结构建造技术的基础上演变而来的，经过百年以上的发展，已形成了物理性能优异、空间和形体灵活、易于建造、形式多样的成熟建造体系。在世界上被誉为人居环境最好的北美大陆，有95%以上的低层民用建筑，包括住
宅、商场、学校、办公楼等均使用木结构或轻钢结构建造（甚至包括我们的近邻日本和韩国）。北美木结构和轻钢结构在整个建筑市场占有绝对优势。当前，随着木材价格的节节攀升，北美轻钢结构体系的市场发展正以超过30%的增长率快速增长，逐步为市场所广泛接受。同时
在我们的近邻日本（在日本成为KC体系）和韩国，以及澳大利亚也被大量采用。
总结北美轻钢结构当前来快速发展的原因，可以总结为技术成熟可靠，结构体系灵活利
于建设及商业开发，建筑经济性高，技术先进符合环保节能可持续发展的潮流几个方面。
中国钢铁工业的产量已居于世界前列，但钢材在建筑业的使用比例远低于发达国家的水
平，轻钢结构低层民用住宅建筑技术符合国家对建筑业的产业导向；居其美业参与或主持建
造的每一个轻钢结构住宅项目，都引起了业内人士与各级政府相关部门的强烈反响和关注，并得到各级政府相关部门在政策上和技术上的支持。
优点
轻钢结构的技术及产品配置非常成熟，产业化程度高，是北美近百年建筑技术和建材工业发展的结晶。建筑结构使用的镀锌钢板抗腐蚀性能优异经久耐用，其在正常使用的情况下
的使用年限为275年。
轻钢结构的抗震性能远优于传统的混凝土和砖混住宅。同时，由于轻钢结构的结构自重
轻，单位面积重量仅相当于同等面积砖混结构重量的1/4，所以其基础处理简便，适用于大
多数地质情况。钢结构住宅不再像木结构住宅那样担心白蚁的危害。
由于结构所用的钢料均采用工厂化加工，所以轻钢结构别墅的结构精确度相当高，一栋别墅的结构体系由上万个构件组成，每个构件的平均误差低于2毫米，确保了房屋的品质,
是传统的建筑方式所无法达到的。
具有以下四种特点：
1、结构稳定。
2、造价低廉。
3、轻型钢结构别墅屋内空间的跨度比混凝土建筑的跨度大。
4、工期短，比常规建筑要快的多。
一、轻钢住宅抗震性：由于轻钢结构建筑自重轻，金属材料属性以及必须的剪力墙结构
形式决定了轻钢结构系统天生的抗震性能。由于地震的活动为左右和上下活动，所以用紧固件连在一起的轻钢结构组成了一个安全稳定的盒子，不会因为地震的摇晃而出现墙体倒塌或
楼板掉下危及人身安全。地震烈度为9级时，可满足不倒塌的要求。
二、轻钢住宅隔声性：①墙体隔声量 > 45db
②楼板撞击声压w 70db保温隔热根据全球气候带要求，外墙、屋面保温隔热层厚度可任意变化。
三：抗风性：抗风荷载可达到12级台风（1.5KN/怦）。
四：轻钢住宅环保性：生态可循环钢材、木材、塑料100%可回收再利用。
五：轻钢住宅安全性：永久建筑与彩板房、活动房有本质上的区别。房屋使用年限达
到国家要求的标准50年。
钢结构设计步骤和设计思路
（一）判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
（二）结构选型与结构布置
此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计", 它在结构选型与布置阶段尤
其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
钢结构通常有框架、平面（木行）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定
等。
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50 度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框
架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。结构的布置要根据体系特征,荷载分布情
况及性质等综合考虑.一般的说要刚度均匀.力学模型清晰.尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础. 柱间抗侧支撑的分布应均匀.其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线. 否则应考虑结构的扭转. 结构的抗侧应有多道防线. 比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4 的总水平力框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子.
（三）预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H 型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50 之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b 限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其
板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。
柱截面按长细比预估?通常50＜入＜150,简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H 型钢截面等.
初学者需注意，对应不同的结构，规范中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构
所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。
除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
（四）结构分析
目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，条件允许时考虑P-A ,p- S .新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的分析结构提供了
条件。并不是所有的结构都需要使用软件: 典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形. 简单结构通过手算进行分析. 复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析.
（五）工程判定
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做"工程判定"。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据"工程判定"选择修改模型重新分析,还是修正计算结果. 不同的软件会有不同的适用条件.初学者应充分明了.此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离, 为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定, 但对这种误差, 会通过"适
用条件、概念及构造"的方式来保证结构的安全. 钢结构设计中,"适用条件、概念及构造"是比定量计算更重要的内容.
工程师们不应该过分信任与依赖结构软件.美国一位学者曾警告说：“误用计算机造成结
构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。” 注重概念设计和工程判定是避免这种工程灾难的方法.
（六）构件设计
构件的设计首先是材料的选择?比较常用的是Q235（类似A3）和Q345（类似16Mn）.通常
主结构使用单一钢种以便于工程管理. 经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面. 当强度起控制作用时，可选择Q345;稳定控制时，宜使用Q235.构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面?这和结构内力计算的弹性方法并不匹配?
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将
验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级?并自动重新分析验算，直至通过，
如sap2000 等。这是常说的截面优化设计功能之一。