□ 刊发于《中外建筑》
2005年第4期
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钢结构住宅应用分析
沈黎元 刘建兵
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钢结构住宅应用分析
Application analysif of steel structure residence
沈黎元 刘建兵 Shen Liyuan Liu Jianbing
摘 要：本文论述了钢结构住宅的特点，介绍钢结构在住宅中的应用现状，总结了我国发展钢结构住宅应解决的基本问题。
关键词：住宅，轻钢结构，造价
Abstract:First, the features of steel structure house are discussed in this paper; then the application of the steel structure in dwelling construction at home and abroad is present; finally the problems requiring further research are summarized.
Key words: housing, lightweight steel structure, cost of building
中图分类号：TU391
文献标识码：A
文章编号：1008-0422(2005)04-0061-02
研究开发钢结构节能住宅，采用节能、工厂化生产的墙体材料代替粘土砖，采用新型高效的采暖供热系统，使住宅建筑向舒适化、功能化、智能化、工业化发展，是顺应我国经济发展的需要，也是住宅建筑行业二十一世纪的主导方向。
1 钢结构住宅的特点
钢结构由于在高层建筑和大跨度高耸结构方面的优越性，使其在非居住建筑领域得到了广泛的应用。国家经济实力的增强和住宅商品化、产业化的要求，促进了住宅新技术和新材料的研究、应用，钢结构是建筑中最适合创新的住宅结构体系。
钢结构住宅与传统结构相比，在建筑形式、结构体系，制作施工，综合经济以及环保方面具有优势。
1.1建筑形式
传统住宅由于所用材料的性质，限制了空间布置的自由。如果开间过大，就会造成楼板厚度大，梁柱截面过大，不但影响室内美观，而且加大结构重量，增加土建投资。钢结构住宅可以利用钢材强度高的特点，采用大空间柱网布置，使建筑平面分割灵活。同时，利用钢结构连接简单的特点，在垂直平面内比传统结构更好地应用错层、跃层结构。由于钢结构住宅的构件截面尺寸小，可以增加使用面积，提高得房率。钢结构住宅的墙体薄，墙体占用面积小，与砖混结构相比，可减少墙体占地面积60％左右，有效地增加使用面积。
1.2结构体系
高层钢结构住宅中的结构体系一般为钢框架与混凝土筒体（墙体）混合结构体系，钢框架支撑体系等；多层钢结构住宅多采用钢框架结构体系；对于钢结构别墅，应用较多的为轻钢龙骨体系。这些钢结构体系承载强度高，抗震性能优越。
在抗震设防区，钢筋混凝土结构有许多不足之处，而钢结构重量轻，六层轻钢住宅的重量仅相当于四层砖混结构的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，钢材具有高延性，有较好的耗能能力，因此，抗震性能好，结构安全度高。
1.3制作施工
现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，可以将前期设计和现代工业的生产手段相结合，通过网络计算机和数控机床结合，使设计人员在工作室中完成设计后，即由工厂的生产线完成产品制作，具有极高的效率和精确度，可以大大减少项目建设周期。
现浇混凝土连续施工，在我国北方地区受到施工季节的影响。钢结构的施工现场作业量小，减少了施工临时用地，与传统建筑材料相比，对周围环境污染小，提高施工的机械化水平。由于钢结构本身可作为劲性结构承担结构荷载和施工荷载，施工时可以节省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。
1.4综合造价
钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，自重轻，地基的处理比较容易。由于基础在工程造价中占有比重比较大，从而减少整个项目的投资。钢结构施工机械化高的特点，从另一方面减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。钢结构住宅能做到设计生产一体化，制造工期短，快速有效的收回投资。
1.5环保与可持续发展
钢结构适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，将设计、生产、施工安装一体化，提高住宅的产业化水平。今后随着城市建设的发展，城市改造需要拆除大量的旧建筑，钢结构比传统结构的拆除更容易实施，钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小，符合可持续发展的要求。钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，是绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略。
2 钢结构住宅的应用现状
目前，在许多工业发达国家，如美国、日本、英国、澳洲等，正积极推动钢结构的中低层住宅。在澳大利亚，2000年钢框架住宅占全部住宅数量50％。在芬兰、瑞典、丹麦以及法国，钢结构住宅越来越普及，也形成了相当规模的产业化住宅体系。
2.1日本
在日本，常用的住宅体系为：6层以下的低层建筑采用纯钢结构，6～16层采用钢筋混凝土结构，16层以上的底部采用钢筋混凝土结构，上部采用纯钢结构的较多。
钢结构住宅在日本称为工业化钢结构住宅(图1)。60～80年代，日本经济处于大发展阶段，钢结构建筑也得到飞速发展，其建筑面积超过混凝土结构，其中也包括大量住宅。
由于近年经济发展趋缓，对大规模的钢结构住宅开发已趋低潮，但对高层钢结构住宅研究仍然重视。多层钢结构住宅的框架多采用方钢管混凝土柱。
2.2 美国
1996年，美国已有了20万幢钢框架小型住宅，约占住宅建筑总数的20％。美国高层和多高层建筑广泛采用钢结构体系，作为住宅主要开发2~3层的别墅，采用轻钢结构体系(图2)。也有6~8层的群体住宅建筑，结构形式采用交错桁架体系，该结构体系新颖，目前在澳大利亚等国也在开发应用。
2.3 国内情况
国内的钢结构住宅尚处于起步阶段。随着国内钢产量的增加，建造高层、多高层钢结构的住宅已提上日程，中国开始试验建造的钢结构住宅，最早是在1994年，上海现代房地产公司建于上海北蔡的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。1999年还在新疆和上海分别建造了8层和5层钢结构住宅。
20世纪80年代中期，随着我国改革开放的深入，工业化的轻钢别墅也进入我国，上海龙柏饭店、大连桃园山庄、北京光明公寓等从日本引进几百栋工业化轻钢结构低层别墅。近几年苏州、广州又从澳洲、加拿大等引进二、三层别墅，这些房屋的骨架和维护结构、设备等全套从国外引进，中方只负责基础、地坪及房屋部件组装。目前国内一些单位也在进行轻钢结构别墅的试点（图3）。
3 钢结构住宅的研究问题
目前，低层别墅式的钢结构住宅体系的技术已经比较成熟，在我国也有越来越多的成功应用。但我国人多地少，多高层住宅有更大的市场需求，但目前在多高层住宅体系中使用钢结构还存在诸多难点需要解决。
3.1建筑形式
多高层住宅的建筑布置灵活，房型变化多，要真正体现钢结构“以人为本”的设计理念，钢结构住宅应该提供能广泛满足用户需求的实用的房型。
3.2结构体系
承重钢结构体系的研究有待于进一步深入。包括结构方案的分析比较、结构节点的构造方式、结构构件的截面形式和构件的工厂化生产；计算模型的优化及优化设计等方面；在多高层钢结构住宅中，因为承受较大的荷载作用，因此钢结构梁柱构件的尺寸会比较大，这些构件是否会影响住宅的使用也是必须明确的问题。
3.3维护部件与设备管线
住宅是使用要求最高的民用建筑，墙体维护材料的选择至关重要。需要研发具有保温、轻质、坚固、饰面效果好、符合环保要求、便于装配式施工、经济合理的理想墙板。目前国内虽已有多种新开发的产品，但多不尽人意。
多高层钢结构住宅内水、电、暖通管线繁多，设备管线如何与钢结构的结构构件及墙体配合，是影响钢结构住宅使用性能的一个重要内容。
3.4制作施工
钢结构住宅的建设应向产业化的目标发展，研究全装配化的结构设计，最终达到构件工厂生产化、施工机械化。
3.5经济指标
多高层钢结构住宅必须具有良好的经济指标，其造价应不高于传统的住宅体系。
总之，钢结构体系住宅形成成套的技术与施工安装体系后必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。
参考文献：
[1] 钢结构住宅建筑产业化技术导则. 施工技术. 2002 No.8
[2] 高光虎. 多高层轻型钢结构住宅设计. 建筑结构 2001年8月
[3] 弓晓芸 严虹. 国外工业化钢结构住宅应用探讨. 工业建筑 2001第31卷第8期
作者单位：上海建科建筑设计院有限公司
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