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1、小议钢结构住宅发展状况邱振宇（西南大学工程技术学院 重庆 400716）摘要：钢材的强度比混凝土、砌体和木材要高出很多倍，荷载相同时，所需构件截面小。在钢结构住宅被世界许多国家采用并井及的今天，我国的住宅仍然是以砖混结构和钢筋混凝土框架结构为主。而目前我国提出发展钢结构住宅己经不是一个简单的决定或是对国际大趋势的盲目追求，它是我国新一代住宅发展的必然趋势。关键词：钢结构，住宅Discussion on the Development of Steel Structure HousesQiu zhenyu(College of Engineering and Technology,Southwe
2、st University,ChongQing 400716,China)Abstract:The strength of steel is many times higher than that of concrete, masonry and timber.Under the same loads, the required cross-section is smaller.There is no denying the fact that steel structure house is widely used all over the world, but in China brick
3、 houses and reinforced concrete houses are still primary. At present, China has proposed the development of steel structure houses is not an easy decision or the blind pursuit of the international trend, it is the residential development of the inevitable trend of the new generationKey word: steel s
4、tructure; houses0 引言近年来，随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的提高，我国住宅产业将在较长时间内保持迅猛的发展势头。但我国是一个人口众多，资源相对匾乏的发展中国家，据有关资料统计，我国为生产粘土砖，每年毁掉农田 15 万亩，耗煤 0.7 亿吨；而每年因生产水泥，排放 CO2 约 3 亿吨，破坏的矿山和排放的废水难以统计，更为严重的是混凝土是不可再生材料，一次性使用后形成建筑垃圾难以处理，环境破坏极为严重。2005 年 10 月， 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议提出“把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境” ，绿色环保的钢结构住宅，可
5、再生重复利用，符合可持续发展的战略。所有这些都为发展钢结构住宅提供了条件，随着住宅业成为我国经济发展新的增长点，钢结构住宅将在未来的住宅建设中发挥重要作用。1 钢结构住宅发展现状1.1 国外钢结构住宅的应用和发展在美国、日本等工业发达国家，建筑用钢在钢材总量中占据了 50%以上，钢结构用钢量占到钢产量的 3%以上，钢结构面积占到总建筑面积约 40%以上。目前，许多国家如美国、日本、英国、澳洲等，正积极推动预制装配化钢结构中低层住宅的应用与发展。美国最早采用钢框架结构建住宅，1992年仅 500 栋，而 1998 就达到 12 万栋，2000 年更达到 20 万栋的规模，约占住宅建筑总数的 20
6、%。日本的钢结构建筑数量最多，人们更喜欢钢结构住宅可以提供良好的抗震性能，其新建的 14 层建筑，大都采用了钢结构。在澳大利亚，钢框架住宅占全部住宅数量的 30%。2000 年这个比例达到 50%。在芬兰、瑞典、丹麦以及法国，钢框架体系也正在变得越来越普及。1.2 我国钢结构住宅的应用和发展建国初期到 80 年代初，由于钢材短缺而以“节约用钢”作为我国的基本国策。改革开放以后，我国钢产量大幅增长，自 1996 年起连续年产量超过亿吨，并跃居世界首位，用钢政策已经变为“积极、合理、快速地发展钢结构” 。但我国目前建筑用钢量只达到 22%一 26%，钢结构建筑所用的钢材还不到全国钢材总量的 2%。
7、我国最早的钢结构住宅是上海现代房地产公司 1994 年 11 月建于上海北蔡的8 层钢结构住宅，采用冷弯成型矩形钢管混凝土和 U 形冷弯薄壁组合梁组成框架，外墙采用稻草板。在建设部的推动下，各地纷纷投人力量探索发展途径，并开始试验建造钢结构住宅。1999 年在新疆和上海分别建造了 8 层和 5 层钢结构住宅，并试用错列桁架体系的结构形式，使用小开间取得了大开间的效果，引起了各界的重视。特别值得注意的是，长沙远大公司在 1999 年建成了 8 层 H 型钢框架、压型钢板组合结构，配合整体浴室、中央空调等先进设备的集成住宅，全部工期为 3 个月，2 个月装修，充分体现了预制、集成、装配的特色，展现
8、了钢结构住宅的良好前景。近年来，建设部在全国积极倡导钢结构住宅的应用和发展。北京、上海、天津、山东、安徽、广东等地建成了大量低层、多层、高层钢结构住宅试点示范工程。如位于北京金融街的 12 层板式钢结构住宅金哀公寓，上海中福花苑钢结构住宅、莱钢樱花园、马钢光明新村、天津建工丽苑小区、湖北昊角轻钢住宅小区等。这些试点示范工程的成功，体现了钢结构住宅发展的良好势头。目前，我国钢结构住宅产业已进人一个新的发展阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，有了一批钢结构住宅的试点和示范的建设经验和科技成果，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。2 钢结构住宅的优势全国 170 多个大中城市已
9、经在 2003 年 6 月禁止使用实心粘土砖，实现“环保、节能、工厂化、产业化、现代化”的“绿色建筑”目标已成为现代建筑业的时代潮流，将传统住宅设计方法与现代技术结合起来的钢结构住宅已责无旁贷地担当起了重任。与砖混结构、混凝土结构相比，在住宅中应用钢结构主要具有以下几方面优点：2.1 轻质高强，简单实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。传统结构(砖混、混凝土)由于受材料限制，其开间一般在 3.0m、3.3m、3.6m、4.2m。如果需要更大开间，则会造成“肥梁胖柱” ，房高也会受到影响。而在梁高相同的情况下，钢结构开间可比混凝土大 50%。在梁柱等强度条件下，可增加建筑有效使用面积 5%7%
10、。2.2 结构自重轻。根据比较，相同的建筑造型，六层钢结构住宅重量仅相当于四层砖混结构住宅的重量。建筑总质量小，地震力效应小，且延性好，相应抗展性能优良。历次大地震灾害资料对比都说明了这一点。2.3 材料各向同性，符合力学假定，提高了设计精度。2.4 由于工厂化加工制造，精度高，易于保证质量。与混凝土相比，更符合结构设计要求。同时施工速度快，工期缩短 40%以上，可使建筑物更早的投人使用，提早产生效益。2.5 可在梁腹板处开孔走管道，不像混凝土结构在梁底通过。因此在楼层高度一样的情况下，采用钢结构可提高层间净高。2.6 在设计中由于业主的要求，经常要进行变更，采用钢结构较易配合变更。施工时干式
11、作业减少了对环境的污染，且构件运输方便，费用低。综上所述，钢结构住宅可随人们的审美情趣和生活质量的提高，可随意拼构所需的造型和空间。此外，工业化的高精度、高质量、高速度又保证了建筑物的经济、安全性。3 钢结构住宅结构体系钢结构住宅结构体系大致可分为以下几种形式：3.1 钢框架结构体系框架体系是指沿房屋的纵向和横向，均采用框架作为承重和抵抗侧力的主要构件所构成的结构体系。框架纵横向大梁与柱的连接，一般均采取刚性连接。可提供较大内部使用空间，建筑布置灵活。框架杆件类型少，构造简单，施工周期短，一般用于 6 层以下多层建筑。3.2 钢框架支撑体系对于多层及小高层建筑，可设置双向交叉支撑。支撑采用角钢
12、、圆钢或槽钢，可按拉杆设计。在轻钢结构住宅中，为了增加结构刚度，也可设置支撑，此时可设计成跳格布置。对于高层住宅，支撑多半沿楼面中心部位服务面积的周围布置。沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接，形成一个支撑芯筒。常用支撑形式有轴交支撑，跨层支撑，偏交支撑。该体系特点是：整幢楼房的水平荷载是作用于结构之上。框架和支撑作为体系中的分离体所受到水平荷载大小是按两者抗推刚度的大小比例分配的。由于支撑的抗推刚度远大于框架，所以框架的抗推刚度小，因此其所受的水平荷载也小。框架分离体在其自身水平作用下的自由侧移，顶点侧移的数值是较小的。相反，支撑的顶点侧移是较大的。一般在均衡的底层的支撑结构中，剪切变形
13、最为重要，底层层间变形较大；在中高层结构中，柱子较大的轴向力和变形以及二者沿高度的大量积累使弯曲变形占主导地位，因此该结构的顶端或接近顶端的层间位移最大。3.3 框架一核心结构体系在框架一抗剪结构体系中，如将抗剪结构设置于内筒(电梯并、设备管道井等) 的四周形成封闭的核心筒体，则称为框架一核心结构体系。核心筒可设计为钢筋混凝土的或钢的，核心筒承受全部或大部水平侧力及扭转荷载。外围结构可设计铰接的框架梁、柱，也可设计成型钢混凝土结构。这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机地结合起来。由于钢框架仅承受垂直荷载，框架用钢量很低，一般仅为
14、5070kg/m2。楼盖系统多是由钢梁压型板与现浇混凝土层构成的组合结构，水平荷载将通过刚性楼盖传给核心筒。结构的破坏主要集中于核心筒，特别是结构下部筒体四角，此外钢梁与混凝土墙交界处也易遭受破坏。由于内筒平面尺寸相对较小，侧向刚度有限，对抗震不利，故不宜用于强震地区。3.4 框架一剪力墙体系剪力墙可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙及钢板剪力墙等。钢筋混凝土剪力墙刚度较大，地震时易产生应力集中现象，以至产生斜向大裂缝而产生破坏。为避免这种现象，可采用带缝剪力墙，及在钢筋混凝土墙板中按一定间距设置竖缝，在竖缝中放人两块重叠的石棉纤维板做隔板，既不妨碍竖缝处的剪切变形，还可以起防火隔音作
15、用。该墙体平时处于弹性状态，在强震时进人塑性阶段，能吸收大量地震能量。钢板剪力墙由钢框架和钢板墙组合而成。起到刚性构件的作用，钢板厚度一般为 810mm。研究表明，当水平刚度相同时，其耗钢量要比纯钢方案少。3.5 错列桁架结构体系该体系产生于 20 世纪 60 年代，由美国麻省理工学院首先提出。错列桁架结构体系由房屋外侧柱子与跨度等于房屋宽度的桁架组成。桁架与楼屋等高，在相邻柱上为上下层交错布置。楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架下弦。因为两开间布置一福彬架，且中间无柱子，所以建筑单元的布置非常灵活。该体系的水平力由桁架斜腹杆传给基础，楼层间的柱子主要承受轴力，其所受剪力，弯矩很小
16、。由于桁架有整层楼高，所以整个体系刚度很大，一般不需要增加柱子刚度以控制其侧移。由于结构体系中柱子主要承受轴力，其柱截面强轴可布置在纵向，所以纵向侧移刚度较大。在这种体系中可获得较大空间，用钢量较框架结构减少 3040%。3.6 轻钢龙骨结构体系轻钢龙骨结构体系主要用于中低层住宅和别墅。轻钢龙骨截面主要分两大类，即 C 型槽钢及 C 型主龙骨。槽钢及主龙骨宽度可分为 60mm360mm 不等。作为承重龙骨，镀锌钢板厚度一般采用1.01.2mm。该体系中板材起着重要维护和分隔作用，外墙及屋面采用定刨花板，内墙板材采用防火石膏板，保温隔热材料以玻纤绵为主。梁，柱截面组合灵活，最大跨度梁可做到 9m。钢龙骨之间的连接采用自攻自钻螺钉。该体系承重墙的龙骨间距一般 400mm 左右。墙体龙骨厚度 100150mm，楼面龙骨高一般采用30mm 高。这样墙体和楼面空间可为管网的布置提供便利条件。间距基本上为 400mm 间距密度的龙骨在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的“板肋结构体系” ，即产生应力蒙皮效应，可把建筑物自重中的集
