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导言 一、序言 我以前在冷轧轻钢建筑理论和建筑实践上的探索都是低层（三层以下），很少涉及多高层冷轧轻钢建筑。这是因为低层（三层以下）冷轧轻钢建筑实践耗资不大，一栋房子也就几十万，最多也就是几百万，一般企业（老板）都能够承受得起技术和市场这双重风险。 但是，一栋多层或高层冷轧轻钢建筑动不动就要耗费几千万，甚至是上亿的资金。老板决策时既要考虑技术风险，还要考虑市场风险。即便是毫无技术风险，巨大的资金风险也不是随便一个老板就可以承受得了的（所以我至今还没有玩过多高层冷轧轻钢建筑）。因此，发展多高层冷轧轻钢建筑决策难度最大的是市场风险，而不是技术风险。 关于低层（三层以下）冷轧钢材（CFS）骨架建筑，我已经有很多专著（包括纸质书籍、刊物，以及博客、微博、微信公众号文章等）介绍。 低层（三层以下）冷轧钢材（CFS）骨架建筑的设计计算理论我已经介绍很多，不但有纸质书籍，也有博客、微信公众号作专门介绍。在这些书籍和文章中，我不但介绍了允许应力设计（ASD）方法，也介绍了荷载和抵抗系数设计（LRFD）方法，甚至还介绍了直接强度设计（DSM）方法。 但是，对于多高层冷轧轻钢建筑的设计理论方法，国内基本没有研究和介绍过（包括我）。 本系列文章是专门针对冷轧钢材（CFS）骨架在多、高层装配式建筑（甚至包括现浇混凝土建筑）中的应用而写的，其中少量涉及多高层冷轧轻钢建筑的设计理论方法。更加详细的多高层冷轧轻钢建筑设计理论，我还会继续跟进国际先进的冷轧轻钢建筑设计理论，并逐步介绍到中国建筑市场。 二、冷轧钢材（CFS）骨架的其它常规应用 当采用结构钢（重钢）、混凝土或砌块来建造结构时，会采用冷轧钢材（CFS）构件来建造许多耐火建筑物组件。这些组件包括内墙和隔墙、吊顶天花板、檐口装饰、女儿墙，以及作为砌块装饰外挂板所用的背墙。外部保温和装饰系统（EIFS），玻璃纤维加固混凝土（GFRC），金属板，以及各种各样的薄石材挂板系统。建造内隔墙，以及其它非承重应用的冷轧钢材（CFS）构件正确地说法应该是非结构金属框架（装修业者平常称为“轻钢龙骨”），而本文所说的冷轧钢材（CFS）构件则是专指用在结构上和外墙挂板系统上的冷轧钢材（CFS）构件（尽管二种类型的构件事实上都是冷轧的）。 冷轧钢材（CFS）柱子可以和混凝土结合起来，生产薄而坚硬的墙板系统。可以制造适合于住宅和轻型商业建筑使用的承重和非承重墙板。可以有各种各样的生产方法，一般包括在钢材柱子骨架上浇筑大约50mm厚混凝土面层。可以现场浇筑（在建造现场）混凝土，或预先浇筑（在工厂里）。可以通过各种各样的装置，把预先埋设在混凝土里的柱栓焊接或用螺栓连接到钢材柱子上，例如柱锚栓、薄金属抗剪带、焊接钢丝网，或金属网。在承重应用中，混凝土板提供了抗剪能力（平面内荷载），而钢材柱子则承载了大多数重力荷载，以及垂直作用于板表面的风荷载（平面外荷载）。 图1 在建筑物外墙上构建冷轧钢材（CFS）柱子墙， 整个楼面和屋顶骨架都是结构钢材。 图2 在这些围合建筑物结构钢材骨架的全高墙上， 明显看到的笔直的钢材柱子
图3 工人紧固最后一颗螺钉， 完成了冷轧钢材（CFS）屋顶桁架的连接。
图4 安装钢材屋顶桁架。 在不考虑燃烧的情况下，有时在同一建筑物内会混合金属和木材轻骨架。一些建造商发现使用木材来建造外墙、楼面和屋顶会更经济。有时内部和外部所有墙都采用冷轧钢材（CFS）骨架，楼面采用木材骨架。在木材骨架墙上使用冷轧钢材（CFS）构件制造的钢材桁架。在这些混合应用中，必须要特别小心的设计详图，确保木材收缩不会产生无法预料的受力或损坏装修材料。在很多白蚁的损坏风险地区，也可以采用冷轧钢材（CFS）骨架替代木材。 三、冷轧钢材（CFS）骨架结构的初步设计 ■ 根据建筑物的外墙到山墙或四面坡屋顶屋脊板的水平（无坡度）距离，以及单面坡屋顶支撑之间的水平距离来估计椽子构件的腹板高度。估计椽子的腹板高度为跨度的1/24，按照50mm尺寸四舍五入取近似值。 ■ 冷轧钢材（CFS）屋顶桁架的高度通常是基于要求的屋顶坡度。对于6/12屋顶坡度，典型的高度是建筑物宽度的四分之一。 ■ 估计冷轧钢材（CFS）楼面托梁的腹板高度为跨度的1/20，按照50mm尺寸来四舍五入取近似值。 ■ 对于承重柱子，施加到柱墙上的荷载等于楼面和屋顶混凝土板的总宽度承载。92mm，或102mm柱墙可以支撑大约18m的综合宽度，并且152mm，或203mm墙柱可以支撑大约45m的综合宽度。 ■ 对于最大高度3.7m的外挂板背墙，估计可以使用92mm柱子，最大高度5.8m的外挂板背墙，估计可以使用150mm柱子，最大高度9.1m的外挂板背墙，估计可以使用200mm柱子。对于易碎的挂板材料，例如砖石，选择的柱子深度要超过这些数字50mm。 所有骨架构件通常都是600mm中心间距。 这些近似值只对初步建筑布局目的有效，一定不是最终所选择的构件尺寸。他们正常的应用范围为居住类建筑。对于制造和仓储类建筑，要采用稍微大一点的构件。 更加详细的冷轧钢材（CFS）骨架构件理论计算（这里特指多高层冷轧钢材（CFS）建筑，至于低层冷轧钢材（CFS）建筑，我已经在相关书籍中详细介绍了理论计算方法），我将在今后的微信公众号文章中逐步介绍。
四、冷轧钢材（CFS）骨架的优缺点 冷轧钢材（CFS）骨架优于木材轻骨架的最大优点：它是多用途和灵活性；需求简单；工具便宜；为公用设施和热力保温提供内部空腔；并且接受非常广泛的外部和内部装修材料。另外，在建筑规范要求的不燃结构建筑物里使用冷轧钢材（CFS）骨架，就可以把它延伸到那些耐火程度要求高的大型建筑物中。 在结构等效情况下，冷轧钢材（CFS）骨架构件重量要比木材构件轻很多，一个优点是常常把冷轧钢材（CFS）柱子、托梁，以及椽子的中心间距从400mm加大到600mm。冷轧钢材（CFS）托梁和椽子的跨度比同样深度的常规50mm木材构件距离稍微大一点，并且它们有着比较稳定的尺寸，因为它们不受湿度变化的影响。尽管如果把它们裸露在湿气中超过一段时间可能会腐蚀，实际上在海滨位置，冷轧钢材（CFS）骨架构件不会成为白蚁的危害或腐烂。 与石材建造的墙和隔墙相比，采用冷轧钢材（CFS）柱子的等效墙和隔墙骨架重量较轻，容易保温，并且空腔可以更加容易布置电气配线，以及上下水和制热管道。可以在潮湿或寒冷的天气下进行冷轧钢材（CFS）骨架施工干作业，这时砌块施工就很困难了。然而，砌块墙往往比冷轧钢材（CFS）框架墙更坚硬，更能抵抗声音的传播。 冷轧钢材（CFS）骨架构件的热传导要比木材高。在寒冷地区，冷轧钢材（CFS）骨架应该具有热断桥，即采用高热阻材料来切断热流动，例如泡沫塑料覆盖，或在柱子和覆盖层之间贴上保温边缘垫隔离，以防止通过冷轧钢材（CFS）构件快速失去热量。不采取这些措施，墙或屋顶的热力性能就会大大降低，能源损失大大增加，并且骨架空腔里的水分会结露，或者在建筑物内部表面可能会出现结露，随之就损坏材料，病菌和霉菌滋生，以及表面涂饰变色。必须特别注意设计细节，以阻止框架各区域的过量热流。例如，在一座冷轧钢材（CFS）框架房子的屋檐下，如果没有保温边缘垫隔离，或在天花装修材料和托梁之间贴泡沫保温板，天花托梁会沿着长度方向，从暖和的内部天花快速把热量传导到冷的檐口 五、冷轧钢材（CFS）骨架和建筑规范 尽管冷轧钢材（CFS）骨架构件不会燃烧，但如果把它们暴露到明火中，会快速失去结构强度和刚度。因此，必须按照建筑规范要求，把它们与明火隔离开来。采用石膏盖板铺盖和石膏墙板，或石膏来提供适当的保护，在图1.2显示的建筑规范里，把冷轧钢材（CFS）建筑分为类型I或类型II建筑物，使其适用于各种建筑类型和尺寸。 国际规范委员会在《一到二个家庭住所国际住宅规范》中，已经包括了冷轧钢材（CFS）骨架住宅建筑说明性要求。在许多情况下，这些要求带有它们的结构表格和标准详图，允许建造商设计和建造冷轧钢材（CFS）骨架住宅，而不需要雇佣结构工程师或建筑师。 六、冷轧钢材（CFS）骨架装修 在木材轻骨架建筑里使用的任何外部或内部装修材料都可以用于冷轧钢材（CFS）骨架建筑。然而，常常是用钉子把装修材料紧固到木材骨架上，而冷轧钢材（CFS）骨架只能使用螺钉。木材骨架装修是使用带有很小钉头的装修钉子，同样，冷轧钢材（CFS）骨架装修是使用特殊的带有很小钉头的装修螺钉来固定木材装饰部件。
图5 石膏覆盖板已钉在这座大型商业大厦的大部分底层墙上。
图6 一栋冷轧钢材（CFS）柱子、托梁和椽子骨架的住宅， 墙上覆盖了大片刨花板（类似于OSB的木材板产品）。
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