1、浅析冷弯型钢的发展与应用【摘要】近年来，钢结构在传统冶金工业厂房、高层和超高层以及大跨度结构中的优点越来越明显，加之自然资源的枯竭和贫化，钢结构在国内获得超常规发展，应用更趋广泛，影响快速扩大。本文通过对冷弯型钢的特点分析以及历史发展的分析，说明冷弯型钢建筑的进一步推广应用将对我国住宅产业的发展、改造传统建筑结构体系、推动钢铁企业向高层次发展具有重大的意义。 【关键词】钢结构；冷弯型钢；工程应用 Abstract in recent years, steel structure and advantages in the traditional metallurgical industrial
2、 buildings, high-rise and super high-rise and long-span structures is more evident, and the depletion of natural resources and depletion, steel structure to obtain ultra-conventional development in domestic, used more widely, effects of rapid expansion. Through analysis of cold-formed steel characte
3、ristics analysis and historical development, illustrate the further application of cold-formed steel construction in the development of housing industry in our country, the transformation of traditional building structure system, promote the iron and steel enterprise development to a higher level of
4、 great significance. keyword steel structure; cold-formed steel; engineering application 中图分类号：TU393.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 钢结构与冷弯型钢 相比其他材料的结构，钢结构有很多优点戴国欣. 钢结构M.武汉：武汉理工大学出版社，2007.1-10.：首先是建筑钢材强度高，重量轻，塑性、韧性好。钢材容重大、强度高、塑性好，适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构，但做成的结构却比较轻，在一般条件下不会因超载而突然断裂，只增大变形，故易于被发现。韧性好，适宜在动力荷载
5、作用下工作，因此在地震多发区采用钢结构较为有利。其次是材质均匀和力学计算的假定比较符合。钢材组织比较均匀，接近各向同性，为理想弹性-塑性体。钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。另外，钢结构制作简便，施工工期短。小量钢结构和轻型钢结构可在现场制作，吊装简易。钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。 具备如此多的优点， ，近年来钢结构在国内获得超常规发展，如新建、扩建的各大中心城市机场航站楼，新建、扩建的体育文化中心场馆、大剧院、会展中心、中央电视台新楼、鸟巢、水立方等都选择了钢结构。 其中，冷弯型钢更是正在被人们广泛接受。冷弯型钢(cold-formed steel)指将 0.53
6、.5mm 厚的薄钢板或带钢在常温状态下通过辊轧或冲压冷弯成各种形状的截面型钢，它用相对较少的材料承受较大的外载，不是单纯用增大截面面积，而是通过改变截面形状的方法获得，称之为高效截面型，也称为钢制冷弯型材或冷弯型材。 冷弯型钢与传统建筑材料相比的主要区别有南晶晶,凌利,田国平. 冷弯型钢在国内外的发展及其在建筑结构中的应用J.水利与建筑工程学报, 2009, 7(2):117-119.： 在室温下弯曲成形，截面弯角部分由于钢材的冷弯效应即强度提高、塑性下降，其强度高于平板部分。 (2)型钢壁厚较薄，截面板件宽厚比较大，容易出现局部屈曲。冷弯型钢结构允许发生局部屈曲，因为板件局部屈曲并不意味着板
7、件的破坏。由于其存在薄膜效应，可以继续承受外荷载，这就是板件的超屈曲。 (3)冷弯型钢构件的残余应力、连接方式与热轧型钢不同。冷弯型钢的残余应力是由于常温弯折形成的，而热轧型钢主要是由于冷却不均匀引起收缩变形的不均匀而产生的残余应力，二者的分布和影响均不相同陈绍蕃. 钢结构设计原理M. 北京:科学出版社, 2005.。热轧型钢构件主要通过焊接和螺栓连接，而冷弯型钢构件，因薄板焊接技术要求高。(4)截面成型灵活，规格多达千余种。冷弯型钢被广泛应用于建筑、交通运输、汽车及拖拉机制造 、机械制造、造船、电力等行业。建筑业应是冷弯型钢的最主要的用户。 (5)结构整体性好，安全可靠，抗震性能好。由于冷弯
8、型钢的自重轻，设计中地震作用基本不起控制。 (6)可实现建筑结构的工业化生产，生产周期短。冷弯薄壁构件基本可实现工厂标准化生产，保证其质量稳定可靠，有利于降低成本。工地现场拼接安装，安装方便，施工速度快，精度高，且不受季节限制。 二、冷弯型钢应用历史 将冷弯型钢应用于建筑结构已有百余年的历史。冷弯型钢构件在建筑中的应用始于 19 世纪五十年代的美国和英国。现代轻钢建筑体系诞生于 20 世纪 20 年代初，由于汽车工业的发展，最初被用于建造私人汽车库的简易房屋。20 世纪 40 年代出现了门式钢架结构，1940 年冷弯型钢开始广泛地应用于建筑领域。到 20 世纪 60 年代，开始大量应用由彩色压
9、型钢板及冷弯薄壁型钢檩条组成的轻质维护体系，随即出现的 H 型钢和冷弯型钢也极大的推动轻钢结构的发展。目前轻钢结构已成为发达国家的主要建筑形式之一。 我国冷弯型钢生产起始于 20 世纪 50-60 年代，主要服务于农机业。20 世纪 80 年代，是第一次发展高潮，服务范围也扩大到货车、客车、建筑门窗、公路护栏、货架、电器等行业，但都限于中小型机组，品种规格较少，约 2000 种。然而，在同一年代，国外冷弯型钢品种规格一般为8000-10000 种，材质多元化，合金化钢种占 50-70%，冷弯型钢产量占钢材总产量的比例一般为 5%。因此，我国冷弯型钢发展的空间很大。20 世纪九十年代国外的轻钢生
10、产厂家将整套的结构体系推向我国市场，同时随着我国钢产量的提高都极大地推动了轻钢结构在我国的发展。截至目前，我国的冷弯型钢生产能力有了很大的提高，尤其是各种新兴产业对冷弯型钢的需求呈现“量广面大”的态势。 三、冷弯型钢的工程应用 冷弯型钢是经济的截面轻型薄壁钢材，广泛应用于国民经济的各个领域，其用途大约可以分为公路护栏板、钢结构、汽车、集装箱、钢模板和脚手架、铁道车辆、船舶和桥梁、钢板桩、输电铁塔、其他等等 10大类。钢结构是冷弯型钢最大的用户，其应用范围是建筑的承重骨架，围护板件和屋架檩条、单体构件等。另外，利用冷弯型钢与钢筋混凝土形成组合梁、板、柱的冷弯型钢混凝土组合结构也成为工程领域一个新
11、的研究方向。 对于单层大跨度轻型房屋，主体钢结构采用平面受力特征的门式钢架，次结构采用冷弯薄壁型钢构件，围护结构采用压型钢板是近 20 年来国内发展最快、应用最多的一种新型结构形式，传统钢结构和钢-混结构相比，这种结构具有 2 个最为显著的优点：其一，次结构具有极好的构件整体稳定效果，通过次结构与主体刚架的连接使主结构得到很好的空间稳定效果；其二，荷载轻，构件轻巧细长，地震作用力小，不控制设计，不必为了抗震耗能要求使构件做成小宽厚比和小长细比类的笨重构件。 钢结构住宅属于轻钢结构中的一种，它有其种种优越性，如： (1)自重轻，节约钢材。 (2)施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由加
12、工厂制作现场拼接安装。 (3)综合经济效益好：施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；建筑物本身的自重轻，一般情况下不需要做桩基，可以节省投资。 (4)抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害程度，极有利抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。2008 年 5 月，四川汶川大地震后，冷弯型钢结构体系在灾后重建中发挥了积极的作用，获得了充分的肯定。 (5)房屋外形美观，使用空间大。 (6)有利于生态环境保护，符合环保绿色建筑要求。 (7)易于拆卸搬迁：整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，而这是钢
13、筋混凝土建筑所无法具备的。 从发达国家轻钢结构的发展历程以及中国轻钢结构的发展现状来看，我国在不久的将来终将迎来一个轻钢结构大发展的时代。但是由于基础和系统研究不够，还有设计、施工、制造等专业技术人员缺乏等等，这些问题的存在必将制约着冷弯薄壁型钢在我国的发展，我国应根据具体实际情况对冷弯薄壁型钢建筑，无论是结构体系还是配套材料都应进行国产化，要吸收和借鉴国外钢结构成果。总体来说冷弯薄壁型钢建筑的推广应用将有利于我国住宅产业的发展，有利于改造传统建筑结构体系也能够为环保节能做出贡献，对推动钢铁企业向高层次发展具有重大的意义。 参考文献： 戴国欣. 钢结构M.武汉：武汉理工大学出版社，2007.1-10. 南晶晶,凌利,田国平. 冷弯型钢在国内外的发展及其在建筑结构中的应用J.水利与建筑工程学报, 2009, 7(2):117-119. 陈绍蕃. 钢结构设计原理M. 北京:科学出版社, 2005.
