钢结构住宅建筑前景分析

 钢结构住宅建筑前景分析

占磊

浙江省建筑设计研究院  杭州 310000

摘要;钢结构作为一种与自然和谐共生的绿色循环低碳建筑，已广泛应用于工业和民用建筑。其具有承载力高、截面尺寸小、建筑总重轻、基础费用低和耐久性高等优点，最适宜建造高层建筑。与钢筋混凝土结构相比较，钢结构具有更大的軔性、延性、变形能力和耗能容量，是地震区高层建筑的首选类型。随着建筑技术的发展和工程实践经验的积累，钢结构高楼也从单一的全钢结构，拓展为钢－混凝土混合结构、型钢混凝土结构和钢管混凝土结构，进一步增强了高楼的抗风和抗震能力。

关键词：钢结构；住宅；优缺点

一、引文

在我国经济持续増长的促进下，近年来我国加快了对城镇化建设的步伐，增加了对住房的需求量。同时也对居住环境提出了更高的要求，在经济发展的需求下。房地产也迎来了更大的发展契机。房地产行业加速发展的同时也急切需要将住宅产业上升到技术层面，进而加快推动住宅产业化的前进步伐。政府逐步改变国内经济发展模式，由原来的粗放模式向集约效率型转变，并向建筑行业提出了绿色低碳要求和科技创新要求。该政策特别提出大力提倡选用钢结构体系住宅，充分展示钢结构体系住宅的轻巧、快速、装配等优点，完全由工厂加工、现场拼装。推进建筑行业工业化发展，实现工期短、质量好、成本低的目标。最重要的是全面推广钢结构体系住宅也正是我国现阶段国情的需要。

二、钢结构住宅的发展

国外对于钢结构体系住宅开发相比我国要早很多，他们其中大多数国家都是以工业化的基础上。进而大力推动钢结构体系住宅建筑的推广使用，在钢结构体系住宅建筑得到发展的同时。又不同程度的促进了本国工业化的提升。到上个世纪60年代，欧美、日等国家的钢结构住宅结构体系的发展基本上完整。例如框架－芯筒体系、框架－剪力墙体系、框架-筒体体系等。强大的工业基础，也推动了钢结构住宅的产业化、系统化、模数化发展。

目前钢结构已是发达国家的主导建筑结构。在欧、美、日本等地，钢结构住宅已经在住宅中占据绝对的优势，在美国，大约70%的居民住宅采用钢结构住宅，特别是别墅建筑均采用轻钢体系。钢结构在住宅中的广泛应用，拉动了建筑用钢量的不断增长，带动了相关行业的发展。

从住宅产业来看，我国住宅产业基础较为薄弱，对现代技术及产品的研究与开发起步较晚。从改革开放以来，我国住宅建设发展较快，上个世纪末，我国建造的高楼，数量较少，层数也不多。加之钢结构的用钢钢材较多，费用较大，缺少设计人才、施工工艺相对繁琐。相应配套材料品种少、质量差，所以建造的高层住宅基本上都是选用混凝土结构。进入新世纪以后，随着新技术和认识的不断引进，和对日常生活的品质的追求。对工作和生活环境表达了迫切的需求。钢结构住宅凭借其本身的特点，被越来越多的人们所认识和认可，得到小范围的推广。结构体系的研发、优秀的设计理和施工方案的传播。随着智能数控工程和物流运输的大幅扩展，为钢结构住宅的推广打下牢固的基础和渠道。

从目前我国住宅产业发展现状来看，我国住宅工业化的发展经历了曲折的历程，其过程大体是：1956年我国开始提出建筑工业化发展思路，因住宅建设量大且面广，其发展主要在住宅业50年代末出现装配式住宅，60年代出现砖壁板住宅、70年代以后开始推广模板住宅、滑升模板住宅、框架轻板住宅尽管近几年来，我国的住宅业取得了比较较大的发展，但其发展水平还处于粗放型发展阶段，住宅产业化的发展刚刚起步，具体表现在：住宅建设的工业化程度以及劳动生产率相对较低，施工周期较长：住宅部品标准化、系列化、配套性较不完善；住宅的功能质量和环境质量不高，较难满足住宅商品化发展的要求：住宅建设的能源消耗、原材料消耗及土地资源消耗，高于发达国家住宅能耗等方面。

我国最早的钢结构住宅是在1994年11月建于上海浦东北蔡的8层钢结构住宅。采用冷弯成型的弯矩钢管混凝土柱和型冷弯薄壁组合梁组成框架，并采用稻草板作为外墙和楼板的组件，单位面积用钢量34kg/nf，造价低廉。以后，对所用框架结构、楼板体系进行了多次改进，承重体系得到了明显改善。在上海又相继建造过类似体系的几栋样品房，但用钢量达到50kg/m2左右，造价有较大提高。经济的快速增长，带动人们对住宅的需求量成倍增加，促使钢产量大幅提升。近几年，我国钢材产量持续多年保持世界前列。2016年的产量达到8亿多吨，占到全球钢产量的49.8%，带动国内一批钢结构高层住宅和公共建筑的兴建。例如北京京广大厦、鸟巢体育馆、北京国家大剧院等具有代表性的钢结构建筑。

2000年，北京赛博思金属结构工程公司建成的北京西三期水电工程处宿舍，建筑面积2532m2，是一栋6层的钢结构框架，现浇钢筋混凝土剪力墙体系，采用Ｈ型钢框架，在楼梯间为现浇钢筋混凝土井筒式剪力墙，压型钢板组合楼板、压型钢板上现浇5-7cm厚钢筋混凝土。

钢结构时符合住宅要求的一种形式、结合我国钢产量和钢材市场的现状、建设部和原国家冶金局建筑用钢技术协调组订制了国家建筑钢结构产业十五计划和2015年发展规划纲要，力争在十五期间我国建筑钢结构用钢量达到全国钢材总产量的3%，到2015年达到6%。促进建筑钢结构的应用发展，对我国建筑业中新技术、新材料、新体系的发展及行业整体水平的提高能起到重要的推动作用，同时对冶金行业的发展也能起到积极的促进作用。

我国钢结构建筑前景巨大，但是建成的大多都是大跨度结构、大型仓库、超高层的建筑。钢结构建筑在全部建筑中的应用比例还非常低，不到5%，而欧美等发到国家的钢结构房屋面积达到总建筑面积的50%左右。我国大我国大多数建筑用钢多用于混凝土结构中的钢筋，钢结构用钢还不到建筑用钢的2%。因此，我国钢结构建筑在我国还是刚刚起步的新兴行业，整体实力与国外建筑行业相比，具有很大的升值空间我国钢结构住宅起步较晚，配套结构设计、碑工安装、后期维护等发展缓慢，造成国内敢于尝试的人不多，大多数人选择观望，近十年来，由于国家政策的宣传和提倡，钢结构的高层建筑和民用住宅才日益增多，并以星火燎原之势迅速发展。

三、钢结构住宅的特点

3.1钢材的强度高、塑性、韧性好

传统建材的强度比钢材的强度要低很多。受同样的荷载，采用钢结构构件支撑，可以减小截面尺寸，获得更大的空间。相同的断面面积下，钢结构构件的强度却是混凝土的两倍。

因此钢材适用于高耸建筑、大柱距厂房等。钢材塑性好，是指固体金属在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性（不断裂、不破损）的能力。钢材韧性好，能承受更多的活动承载力。所以，钢结构比混凝土工程更适合做抗震的建筑材料。在众多的地震灾害中，钢结构建筑始终是破坏最小的建筑形式。由于钢材强度高，构件轻巧也便于运输和安装。

3.2材质均匀

材质均匀是结构验算的理想目标，钢材材质经过锻压／物质均应，受到挤压时，内应力基本保持一致。因此，钢结构使用过程中的荷载与结构模拟演算最为接近。钢材在经过锻轧和加工的程序中，严格控制尺寸精度和质量，保证材质的稳定性、均匀性。

3.3施工工期短

钢材质地均匀，易于加工，钢结构所用材料大多数为型钢，可直接生产，局部构件也可以在钢材加工厂直接制作。既能保证产品的尺寸大小、还可以保证产品的品质，有利于批量生产，为实现标准化、工业化奠基基础。

钢构件运至工地现场。可按图纸设计连接点大样施工。对大一点的构件，可以在地面完成拼装后，在进行吊装，缩短施工周期。此外，对已竣工验收的钢结构住宅也方便调整空间布局，加快施工速度。

3.4钢构件占地面积小、增加使用空间

以相同的柱荷载为例，混凝土柱的尺寸通常为４００ｘ４００，而钢材强度高，截面尺寸为２００ｘ２００，是混凝土柱的占地面积的一半，增加了空间的使用面积。梁的截面尺寸也类似，避免了“柱粗笨梁”现象，室内视觉开阔，美观大方。

另外，居民住宅的线管布置错综复杂。混凝土结构住宅一般采用暗敷形式，直接预埋在楼板或墙体中，但是现实生活中，大部分住户在装修时二次更改水、电管线，直接绕梁、凿墙过线管，不仅影响了美观，还降低安全性。而采用钢结构住宅时可以直接在腹板布置线管，不影响结构安全。

3.5节能、环保

与传统的砌体结构和混凝土结构相比，钢结构属于绿色建筑结构体系。所谓绿色建筑，就是指有利于环境保护、节约资源的建筑。例如德国的法兰克福商业银行大厦，它是第一座采用自然通风的内部环境和可开启的幕墙形成一体的建筑，整个空间环境由大楼的管理系统或该大楼本身的气象中心去调节，把能源消耗到了最低。

目前钢结构房屋的墙体多采用新型轻质复合墙板或轻质砌块，如高性能NALC板（即配筋加气混凝土板）、复合夹心墙板、幕墙等；楼屋面多采用复合楼板，如压型钢板－混凝土组合板、轻钢龙骨楼盖等，符合建筑节能和环保的要求。

另外，钢结构施工方式比传统的混凝土施工要方便很多，现场施工粉尘小、噪音小，不用浇水养护，节约水资源。现场施工对砂石的需求量很小。减轻了资源浪费，对环境保护起到积极的作用。

3.6钢结构质量轻

钢材的抗压、抗拉强度比混凝土强很多。但是它的质量却混凝土轻。以同样的梁荷载举例，钢梁的重量只有混凝土的1/4。建筑的质量低，与之相伴的基础处理费用也随之降低，钢结构的基础处理费用只有混凝土基础费用的1/6左右。质量的降低，也为运输提供不少便利。

四、钢结构住宅的缺点

4.1钢材耐热性好、但耐火性差温度对钢材影响的趋势：温度升高，钢材强度降低，应变增大。当钢结构长期受到200°C辐射热时，钢材主要性能指标变化不大。达到200°C以上时，材质强度降低，发生蓝脆和徐变现象，达到600°C时，失去承载力，钢结构建筑瞬间倒塌，造成重大伤亡事故。美国“911”事件中双子楼被恐怖袭击，因双子楼采用钢结构制作，仅燃烧30分钟，便瞬间倒塌，死亡两千多人。目前国内外都在研究耐火的钢材，这样充分发挥钢结构的优势。

4.2钢材耐腐蚀性差

钢材裸露在湿度大的空气中，且含有促进腐蚀催化剂的空气中逃不出被镑蚀的结果。因此，钢结构必须进行防锈保护措施。长期与大气接触的钢结构建筑以及江边、海边建筑，要定期检查除锈、维护保养。

钢结构常用的防腐措施有刷锈漆、镀锌涂层等。施工方便，效果好。缺点就是使用期间，要定期维护，否则，达不到建筑的使用年限就报废了，增加了使用费用。近年来，耐候钢的抗腐蚀性效果显著，可以一劳永逸，国内外都在大力推广应用。

五、展望与发展

综合国内外钢结构住宅结构体系取得的经验与教训对全面推动我国钢结构住宅设计遇到的阻碍以及约束有较为理性的认识。钢结构体系住宅凭借其自重小，基础成本低，适用范围广，便于拼装，施工速度快，建设周期短，收益快，对周边环境影响小，抗震性能好等众多优点被公认为是21世纪的绿色建筑之一。国外尤其是美国在一些高端别墅以及多层建筑中选用轻钢建造的占到70%，其使用的重要构件全部由工厂加工好之后运至现场拼装。

钢结构建筑由于其具有质量轻、可获得较大的建筑空间、施工速度快、抗震性能好和绿色环保等优点，未来将会在我国工业和民用建筑中得到广泛应用。

参考文献：

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