輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的應(yīng)用綜述

李廣慧 丁雅豪 張 攀 栗 鵬

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450046）

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的應(yīng)用綜述

李廣慧 丁雅豪 張 攀 栗 鵬

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450046）

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是我國推廣的建筑新技術(shù)之一，對其進(jìn)行研究有利于推動我國住宅建設(shè)的發(fā)展。本文對輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)進(jìn)行分析，論述了輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，通過國內(nèi)輕鋼住宅研究及應(yīng)用的介紹，探討輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展存在的問題，并預(yù)測輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景。

鋼結(jié)構(gòu)住宅；綠色建筑；應(yīng)用前景

隨著住宅技術(shù)的不斷發(fā)展，我國住宅建筑形式及住宅建筑風(fēng)格呈現(xiàn)出多樣化趨勢。但建筑結(jié)構(gòu)體系仍是以磚混結(jié)構(gòu)或者鋼混結(jié)構(gòu)為代表的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，這兩種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的共同特點(diǎn)主要是抗震性能差、空間利用率小、施工速度慢、自重大，且粘土磚、水泥的大量生產(chǎn)會造成大氣污染，破壞植被等，不符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。因而，開發(fā)一種新型的、建造迅速、環(huán)保節(jié)能、堅(jiān)固耐久的住宅結(jié)構(gòu)體系是未來住宅建筑的發(fā)展趨勢。2016年，《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》提出力爭用十年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%，積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑，減少建筑垃圾和揚(yáng)塵污染，縮短建造工期，在具備條件的地方倡導(dǎo)發(fā)展現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑。該條款明確指出推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系，使我國住宅建設(shè)向節(jié)能環(huán)保、智能化、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系應(yīng)運(yùn)而生。

1 國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展及輕鋼結(jié)構(gòu)試點(diǎn)工程

在國外，鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展較早且推廣迅速。目前，在許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家，鋼結(jié)構(gòu)住宅已經(jīng)普及。例如：澳大利亞鋼框架住宅占其全部住宅數(shù)量的50%；日本鋼結(jié)構(gòu)建筑占其全部建筑的50%以上；芬蘭、瑞典、丹麥等國家均已形成了相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)住宅體系。美國的多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)是一項(xiàng)集輕鋼結(jié)構(gòu)、節(jié)能保溫、新型建材、設(shè)計(jì)施工于一體的綜合技術(shù)。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在美國的發(fā)展已較完善，且多層公寓、酒店等多采用輕鋼結(jié)構(gòu)。1990年，美國開始設(shè)計(jì)了第一幢多層輕鋼住宅，截止到1996年，鋼框架住宅在美國達(dá)到了20萬幢，約占其住宅建筑總數(shù)的20%。在意大利，新意大利鋼鐵公司和熱那亞大學(xué)合作研究設(shè)計(jì)了新型房屋建筑體系BASIS工業(yè)化建筑體系。該建筑體系采用CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和CAM計(jì)算機(jī)輔助制造，并且具有結(jié)構(gòu)受力合理、抗震性好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，在歐洲、非洲等地區(qū)推廣應(yīng)用［1］。這些國家在鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑材料、結(jié)構(gòu)性能、設(shè)計(jì)施工等方面的研究均已處于世界領(lǐng)先水平。

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系在我國的發(fā)展相對較晚，直到20世紀(jì)80年代中期，我國改革開放，從日本引進(jìn)了輕鋼結(jié)構(gòu)低層別墅。近年來，又引進(jìn)了加拿大、澳大利亞等國家的輕鋼龍骨住宅體系構(gòu)件。1994年建于上海的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是我國最早的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，其主要采用U型冷彎薄壁組合梁和冷彎成型矩形鋼管段組成框架。國家建設(shè)部從1990年開始積極倡導(dǎo)在全國范圍內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，建設(shè)部還組織了關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及關(guān)鍵技術(shù)研究課題，并相繼在天津、上海、深圳等地開展多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑試點(diǎn)工程。最引人關(guān)注的鋼結(jié)構(gòu)住宅當(dāng)屬1999年長沙遠(yuǎn)大公司3個月建成的8層H型鋼框架和壓型鋼板組合結(jié)構(gòu)，并且配合整體浴室、中央空調(diào)等新進(jìn)設(shè)備的集成住宅，充分體現(xiàn)了預(yù)制、集成、裝配的特點(diǎn)，展現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅的良好前景［2］。

2 輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)體系

2.1 輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

輕鋼結(jié)構(gòu)是一種年輕且極具生命力的鋼結(jié)構(gòu)體系，其憑借自身特點(diǎn)，在多高層住宅建筑、辦公樓、別墅、體育館等大跨徑建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，其還可以用于舊房加固、改建和工期緊、運(yùn)輸不便的地區(qū)等。輕鋼結(jié)構(gòu)主要有以下特點(diǎn)。①輕鋼結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)是自重輕，大約為傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重的10%甚至更低，與普通鋼結(jié)構(gòu)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)的自重也僅僅為其50%甚至達(dá)到30%［3］。結(jié)合輕鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕的特點(diǎn)，可以優(yōu)先考慮在地基軟弱地區(qū)使用以便能節(jié)省地基處理費(fèi)用。②鋼結(jié)構(gòu)住宅空間布置靈活，可增加使用面積5%～8%，且墻體薄，建筑有效使用面積大，管線穿越方便，避免穿墻打洞對結(jié)構(gòu)的破壞。③因鋼材是一種延性材料，且強(qiáng)度高，溫度變化并不會使其產(chǎn)生裂縫，對于沉降導(dǎo)致的裂縫也會大大減少；輕鋼結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了鋼材強(qiáng)度高、塑性韌性強(qiáng)、延性好等特點(diǎn)，具有較好的抗震性能。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系憑借其抗震性能好等特點(diǎn)可以用于抗震烈度7度以上的地區(qū)。④輕鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場濕作業(yè)少，粉塵污染少，噪音小，對周圍環(huán)境影響小，大力發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，大量使用鋼材減少混凝土的用量，也減少了開山挖石量，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，符合建筑環(huán)保的要求。⑤輕鋼結(jié)構(gòu)建筑因其構(gòu)件單一，可以進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，從而減少現(xiàn)場吊裝、運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)量，節(jié)省人力、物力和財(cái)力，縮短工期，綜合效率明顯高于傳統(tǒng)住宅。從整體來說，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能環(huán)保，是能循環(huán)使用的綠色建筑，符合我國可持續(xù)發(fā)展的要求。

2.2 結(jié)構(gòu)體系

①冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系，因其抗側(cè)力剛度較小，只適用于1-2層的低層建筑或者是別墅。②框架結(jié)構(gòu)體系更適用于高層建筑，而純框架結(jié)構(gòu)體系適用于低層住宅。通常情況下，住宅層數(shù)超過3層、抗震設(shè)防烈度在7度以上的，應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐。③框架剪立墻結(jié)構(gòu)適用于10～20層的建筑，由于開間小、造價高、施工復(fù)雜，不適合大跨度房屋設(shè)計(jì)。④框架結(jié)構(gòu)支撐體系對位移減震效果較好，具有較強(qiáng)的抗震性，適合在中等以上強(qiáng)度地震作用下使用，框架結(jié)構(gòu)支撐是中高層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)體系。阻尼支撐框架結(jié)構(gòu)體系對框架柱內(nèi)力的減少效果更為明顯，更適合在強(qiáng)震地區(qū)使用。

3 我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)存在的問題

我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)總體上主要借鑒了歐美等國的經(jīng)驗(yàn)。目前，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅處于發(fā)展階段，鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展和研究方面還有一些問題亟需解決。①鋼結(jié)構(gòu)住房推廣難度大。受傳統(tǒng)建筑觀念的影響，人們在設(shè)計(jì)單層和多層廠房時，多會選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。隨著鋼材的大量生產(chǎn)及建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)周期短，且與鋼混結(jié)構(gòu)造價基本持平，其逐漸被人們所接受，但多層、高層鋼結(jié)構(gòu)住房推廣仍較為困難。②缺乏完整的適用于鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)住宅的各種方案造價相差較大，從而使人們對鋼結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生偏見，認(rèn)為其造價遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混凝土結(jié)構(gòu)。③目前，我國已經(jīng)出臺了較多鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等，但并未編制專門統(tǒng)一的鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)規(guī)范和施工技術(shù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；輕鋼結(jié)構(gòu)住宅憑借其自重輕、可循環(huán)再利用、開間布置靈活等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，但如何解決鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防火、防腐蝕等仍是面臨的主要難題。④住宅產(chǎn)業(yè)化程度不高，住宅產(chǎn)品部件生產(chǎn)規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化滯后。因此，應(yīng)做好市場調(diào)查，準(zhǔn)確定位，對鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行進(jìn)一步的研究，逐漸研究出一套完善的技術(shù)措施和生產(chǎn)體系以符合我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展運(yùn)作模式。

4 結(jié)語

輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑是以輕型高效能鋼材組成的美觀、舒適且適用性強(qiáng)的多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。輕鋼建筑技術(shù)先進(jìn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良，屬于綠色建筑，又可再生利用，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，必將成為未來住宅體系發(fā)展的主要方向。

［1］吳云，王云龍.鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)研究［M］.蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2009.

［2］黃續(xù).淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑住宅的應(yīng)用和發(fā)展［J］.中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2006（4）：32-34.

［3］陳銀.多高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)與研究應(yīng)用［D］.邯鄲：河北工程大學(xué)，2013.

Application of Light Steel Structure Residential System

Li GuanghuiDing Yahao Zhang Pan Li Peng
（Zhengzhou University of Aeronautics，Zhengzhou Henan 450046）

The light steel structure residence is one of the new construction technologies promoted in Chi?na.The research on it is helpful to promote the development of housing construction in our country.The structure system of steel structure characteristics was analyzed in this paper,and discussed the structural systems of light steel residential,through the research and application of domestic light steel housing,dis?cussed the existing problems in the development of light steel structure,and forecast the application pros?pect of light steel structure.

steel structure residence；green building；application prospect

TU392.5

A

1003-5168（2017）12-0083-02

2017-11-01

新型工程結(jié)構(gòu)與材料鄭州市科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃（131PCXTD603）。

李廣慧（1970-），男，博士，教授，研究方向：結(jié)構(gòu)可靠性與地震易損性。

丁雅豪（1992-），女，碩士在讀，研究方向：結(jié)構(gòu)可靠性評價與決策。