鋼結構住宅的發展研究

魏富敏

大元建業集團股份有限公司

1 引言

隨著中國鋼鐵產量的增加，經濟不斷發展，對可持續發展戰略的實施就要求環保建筑的提高。而目前環保建筑改變的大趨勢就是將鋼材作為主體材料結構應用于住宅。2003 年11 月18日～19日，建設部在北京發表舉行了“鋼結構住宅建筑技術發展研討會”開發研討會。全國各地建設系統領導、專家、學者會聚一堂，總結了近幾年鋼鐵結構住宅發展階段的經驗，探討了中國鋼鐵結構住宅建筑技術的發展方向和措施。借助建設系統的努力，中國鋼鐵結構住宅從研發到工程期間的發展速度比較快，步伐比較大。超過100萬平方米的核心技術研究取得了階段性的成果。符合中國實際情況的鋼鐵結構住宅體系已經形成，鋼鐵結構住宅呈現出新的面貌。

2 什么是“鋼結構住宅”

鋼結構的住宅建筑是住宅建筑的分支，磚結構、鋼筋混凝土結構、木造樣式是住宅建筑的重要組成部分，以工廠化的鋼筋、鐵柱為骨架，以新型的輕量、保溫、絕熱、強度高的墻體材料作為整個住宅結構的保護結構，由混凝土構成。

它在美國、英國等國家的發展應用具有百年以上的歷史，具有與其他結構無法相比的優勢，鋼筋住宅對住宅產業和建筑產業有著深厚的淵源，帶來了革命性的影響。

3 鋼結構住宅國內外發展現狀

3.1 鋼結構住宅國外發展狀況

鋼鐵結構住宅區在美國、日本、英國、澳大利亞等地的鋼結構住宅在海外發展已經有了數十年的歷史，其開發和應用的美國鋼鐵結構住宅區的比例從1990 年代的5%增加到了25%以上。而日本和澳大利亞的鋼鐵結構建筑從建筑整體來看已經達到了占比百分之五十以上。

3.1.1 日本鋼結構

木結構、鋼筋混凝土結構、鋼鐵結構是日本的普通住宅類型，近幾年來，結構體系的發展主要著眼于鋼鐵結構的形式，日本的產業化鋼鐵結構住宅建筑幾乎都是從高水平企業獨立出來的。建筑的工程保證了質量和安全。

目前，日本的鋼鐵住宅業界提倡新的鋼筋結構住宅體系。

（1）長14.4m，可容納200m的大空間，1到3戶可使用。（2）主體結構和設備實現空間分離，便于設備檢查。（3）柱子使用鋼管混凝土柱子，使用耐火鋼。（4）地面結合預制混凝土板和現有鋼筋混凝土板進行施工，同時容易安裝設備管道。（5）外墻采用輕薄的ALC 板和輕巧的PC 板，這堵墻的施工可以避免現場的濕氣，內堰使用有防聲音、防滲出功能的輕巧墻壁進行干式工程。

3.1.2 法國鋼結構住宅

法國鋼結構的建筑層數一般為2層或多層，型鋼的斷面多種多樣，其中I型鋼適合梁，寬翼H型鋼適合柱，L型鋼和U型鋼適合變量和變形。鐵柱使用開口部分的斷面是節點。在連接處理中，地板通常采用建筑板或混凝土的組合板來滿足規范的負荷能力和整體性等要求。

（1）大樓的面板主要為地板，現在分為地板和復合地板。面板使用了輕量的板，具有一定的自負能力。（2）內、外壁體外壁采用中部輕鋼結構，是內外安裝石膏板的結構形式。內墻板是中部輕鋼結構，內外安裝石膏板的構造。

3.1.3 意大利鋼構

根據調查研究得到的資料，從意大利1到8樓的大部分建筑都采用了基礎產業化建筑系統。意大利這種方式建造的住宅的優點是外形獨特，傳遞路徑穩定，安裝效率比較高。這種建筑方式在歐洲和相關地區得到廣泛認可。

3.2 鋼結構住宅國內發展狀況

近幾年來，中國鋼鐵結構的發展取得了顯著的成就，成功地建設了世界一流鋼鐵結構標志性項目，研發、設計、制造、安裝、出現了很多具有綜合運營能力的大企業，鋼鐵結構規范體系基本上建立了鋼鐵結構的工程技術體系。目前中國鋼鐵結構以板材為主，中國鋼鐵結構以住宅建筑為中心。2019年以后，在政策支持下，多層鋼結構發展明顯，比例明顯增加，腿部鋼結構近幾年發展不順利，腿部鋼結構較低，變化跡象不明顯，且在大橋梁上應用了，要突破橋的鐵骨結構發展的瓶頸，必須大力推廣中小型鐵橋和結合橋。

3.2.1 鋼結構行業市場格局

經過幾十年的發展，中國鋼鐵結構的發展取得了巨大的成就。鋼鐵結構建筑廣泛應用于工業工廠、平房、多層工廠、倉庫、大型公共設施等領域。我國這兩年鋼結構發展在道路、橋梁兩個方面取得了很大的發展。2018年，中國粗鋼產量9億28萬噸，比2017年大幅增加。近幾年因為可持續發展戰略的影響已經來到了鋼鐵行業史上最高利潤時期，我國作為一個資源大國，2017年鋼鐵結構產量已經突破了6400 萬噸。而據不完全的統計在2018 年我國鋼鐵結構產量已經超過7000 萬噸，近10 年來，我國鋼鐵結構產量一直以年平均增長率超過13%的速度保持持續的高速增長，目前我國鋼鐵產量根據世界鋼鐵產量統計，2018年我國鋼鐵結構產量為世界鋼鐵鋼產量近5位，或超過韓國（約7100萬噸）成為世界鋼鐵結構第一大國，組裝式鋼鐵結構是國家重點支撐產業，是全國鋼鐵結構第一大國。各城市制定裝配式鋼鐵結構建筑產業的發展目標，提高裝配式鋼鐵結構建筑的比例。部分城市20年前提出重點地區，裝配式建筑在新建建筑中所占比例在20%到30%以上，2025 年達到50%以上，部分特大城市達到100%。隨著雄安新區的建設，北京地區的組裝式建筑實現了新的突破，成為組裝式建筑的主戰場之一。在良好發展的新形勢下，加快宣傳鋼鐵結構建筑、鋼鐵結構本身的質量。不僅能充分發揮低強度、抗震性、施工周期短、利用率高的優點，還能實現從建筑現場向工廠的轉換，促進建筑行業的更新換代。另外，提高內需，刺激經濟，解決國民鋼鐵生產能力的過剩矛盾。

3.2.2 鋼結構行業發展趨勢預測

工廠制造零部件和現場的裝配化工程實現了建筑技術的集成化和產業化，提高了住宅產業化水平，提高了建筑技術含量。從合理化、環保的角度來看，受到中國環境保護政策的影響，今后我國城市建設發展空間面臨的壓力將越來越大，有限城市的發展空間可以滿足日益加速的城鎮化社會建設的速度，在建筑施工范圍越來越小的同時，由于能源不足，可再生資源的存量逐漸減少，這些因素將使鋼鐵結構的發展面臨同樣的巨大挑戰。

因此，鋼鐵結構的發展應朝著合理的規劃、節能、環保的大方向進行發展，鋼鐵結構產業具有加工制作簡單、施工方便、周期短、結構靈活、造型自由、使用效果好等優點。此外，這種情況也將推動冶金行業、房地產行業和建筑行業等三個行業，促進資源優化分配，根據需求進行分配，同時實現數量計劃，帶來有限的資源效應，最大化處理將減少對周邊建筑工程環境的損害實現余留資源的最大效率，不斷凈化周邊生活的空氣環境，更好地實現可持續發展戰略，達到文明城市、文明生活環境的目的。

4 鋼結構住宅的優點

鋼鐵結構住宅是目前最具發展潛力的環保節能住宅，突破了我國一直傳承的傳統建筑風格，取代了古老的紅磚混凝土，使用產業化生產的建筑材料，將各種優勢匯聚在一起，是21世紀人類居住環境的理想建筑。

（1）鋼結構重量輕，強度高，抗震性高，鋼結構材料強度高，塑性好，結構柔軟，鋼結構住宅的重量約占混凝土住宅重量的三分之一到二分之一。由于自重的減少，地震效果下降，自重的一半減少，防震設施的熱量下降，地震效果降低很多。

（2）產業化水平高，住宅產業化容易，鋼鐵結構的住宅設計通過專業設計軟件大幅縮短設計周期，實現設計標準化，所有結構的工廠化加工精度高，保證品質、簡單、機械化組裝簡單，施工速度快，施工時間短，比以前住宅的施工時間減短40%以上。

（3）空間利用率高，功能區間合理配置，鋼材重量輕，便于形成柱街、大間開放式住宅。另一方面，傳統的構造（磚的混合構造、混凝土構造等）根據材料的特性，空間的自由布局受到限制，寬度大，網格太大，會出現板的厚度、高度、柱的大小、“粗柱”現象，不僅影響美觀，還增加了自身的重量和價格，在空間使用率上，鋼鐵住宅的使用鋼量和鐵柱的斷面是傳統的住宅方式。比之前的結構減少，孔的寬度也減少。因此，房間的使用面積變大，與以往的構造相比有效面積增加了10%左右。

（4）鋼結構住宅在環境保護、節能減排方面也發揮了很大的作用，目前我國的住房體系主要還是采用傳統的磚混結構，不可避免地產生建筑垃圾，使環境遭到破壞。大量使用泥磚，浪費土地資源。鋼鐵結構住宅使用的材料主要是環保再利用的材料，在拆毀建筑物時，鋼材可以100%再循環利用。

5 鋼結構住宅發展中需要解決的問題

鋼鐵結構的住宅配套技術以前由于技術不足，市場需求未達到產業化水平，我國相關產品的功能性單一，產業化水平不高，產品質量不符合住宅產業化標準。這項技術是分散的，不是系統的，而是技術水平和標準的分散，所以不需要組合，而是需要研究和綜合創新，從結構設計的角度解決了很多問題，鋼筋結構應用于大幅度的工業工廠和公共建筑，鋼材的機械充分發揮了性能。用于住宅，同樣的負荷，單面小的話，就會減少，不安感和地板、支架等的要求也會提高。而新老住宅建筑方式的轉變也會導致一定環境垃圾的產生，即使緩慢改變也會出現一定問題，這也是在鋼結構住宅發展中不得不考慮的問題。

6 結束語

鋼結構住宅是一個技術高效的產業，對整個人類社會的可持續發展戰略具有戰略意義。了解了一定程度上的鋼結構住宅的結構體系，在國外鋼結構住宅發展不錯的情況下，我國未來的發展道路方向還是比較明確的，當然這其中也存在一些技術問題或現實因素，不過鋼結構住宅代替傳統住宅方式的趨勢已經明了，未來鋼結構住宅在我國的發展也會越來越好。