浅谈钢结构与钢结构住宅产业化

 撰稿：都磊

〔摘要〕钢结构是“最适合工业化建造”的典型代表，钢结构住宅最适合工业化建造。本文阐述了钢结构及钢结构住宅在建筑产业化中的优势，对现有的钢结构住宅结构体系进行了总结，指出钢结构住宅的发展现状及存在问题，并展望了钢结构住宅在我国建筑产业化建设中的发展前景。

〔关键词〕钢结构；钢结构住宅；建筑产业化；绿色建筑

2013年1月1日，国务院办公厅以国办发 〔2013〕1号转发国家发展改革委、住房城乡建设部制订的《绿色建筑行动方案》。《绿色建筑行动方案》明确要求：要推动建筑工业化，包括要推广适合工业化生产的钢结构等建筑体系，加快发展建设工程的预制和装配技术，提高建筑工业化技术集成水平。

一、钢结构是“最适合工业化建造”的典型代表

钢结构固有的三大核心价值：最轻的结构；最短的工期；最好的延性。沈祖炎院士认为一个精心设计的钢结构较其他材料的结构具有“轻、快、好、省”的特点。 钢结构在建筑全寿命周期内贯穿“减量化、再利用、资源化，减量化优先”的循环经济发展原则，是城镇化建设对自然环境影响小的一种建筑结构体系。它可以将工地的事情工厂做，室外的事情室内做，高空的事情地面做，危险复杂的事情机械、或机器人做，质量和安全的事情计算机来做，以信息化带动建筑工业化，以工业化促进信息化，是传统建筑业向新型建筑工业化转型升级中重要的内容。可以说钢结构是“最适合工业化建造”和“绿色建筑”的典型代表。

二、钢结构住宅最适合工业化建造

钢结构住宅是指以钢结构构件为承重骨架，以轻型建筑墙体材料为围护结构，以及与功能配套的水、暖、电、厨、卫、智能网络与通信设备和产品优化集成的安全、健康、适用、节能、绿色、环保满足家庭居住使用的建筑。2013年11月7日，全国政协在京召开协商座谈会，围绕“住宅产业化”进行协商座谈。2014年5月在沈阳召开住宅产业化工作会议时，住房和城乡建设部副部长齐骥也提到目前推进住宅产业化正逢其时。

相比于传统建筑，钢结构住宅具有以下五个优势：（1）钢结构不要求内墙为承重墙，内墙配置可以随心所欲，甚至建成后也可以调整位置，重新分隔空间，能够更好地满足建筑大开间、灵活分隔的要求，并且可提高使用面积5%~8%。（2）与钢结构配套的轻质墙板、复合楼板等采用新型建筑材料，符合建筑节能要求。（3）钢结构住宅承载强度高、抗震性能好。近几年，在世界范围内发生过几次破坏力很强的地震，使钢结构建筑的抗震性能的优点凸显出来。（4）钢结构构件及其配套技术相应部件，绝大部分可以实现工厂化制作，形成产品系列化,可以实现住宅建筑技术集成的产业化新思路。（5）钢结构住宅工业化程度高，其材料本身可循环利用,符合建筑的环保要求。

图1 钢结构住宅

三、钢结构住宅结构体系

目前国内能够设计并已经实际应用的装配式钢结构住宅主体结构体系主要有四种：钢管束柱组合结构、钢框架-支撑结构、钢框架-剪力墙结构、扁柱筒体-支撑结构。

（1）钢管束柱组合结构是由浙江杭萧钢构研发，钢管束柱由高频焊接而成的空腔组成，内灌自密实混凝土，可以根据结构中不同的位置而设计成L型、T字形、一字形、工字型、十字形等，样式灵活。其结构作用原理与混凝土剪力墙结构相似，由钢管束柱体系代替传统的混凝土剪力墙。该结构体系解决了钢结构住宅中的“露柱”问题，提高了得房率；由于是剪力墙结构，建筑平面布置灵活；用钢量省，基础造价较低，但该结构体系的设计还没有规范可依

（2）钢框架-支撑结构，根据钢框架构件形式的不同，分为方钢管混凝土框架-H型钢梁-支撑结构、方钢管混凝土组合异形柱-H型钢梁框架-支撑结构。方钢管混凝土框架-H型钢梁-支撑结构是目前应用最多的结构形式，且具有明显的优缺点。优点是：有成熟的设计规范可依；不需要增配专业的生产设备和生产人员，普通的钢结构厂即可加工制作。缺点是：用钢量相对较大；“露梁露柱”，户型的设计受柱子的布置限制，建筑使用效果不佳；现场焊接工作量大，质量不易保证。方钢管混凝土组合异形柱-H型钢梁框架-支撑结构体系由天津大学陈志华教授研发，在由天津大学建筑设计院设计的“沧州福康家园公租房”项目中进行了应用。方钢管组合异形柱由方钢管及其之间的连接板组成，根据所处结构位置的不同，组合异形柱又分为：L型、T型、一字型、十字形等，形式非常灵活。该结构体系解决了“肥梁胖柱”的问题；用钢量较钢管混凝土框架结构省；与条板式装配墙体的组合更加容易，墙体构造措施简单，墙体较薄，能够增大建筑使用空间。该结构体系的缺点是：组合异形柱加工制作相对麻烦；结构体系的设计需要利用专业的有限元分析，对设计人员要求较高。       

（3）钢框架-剪力墙结构，这种结构体系利用混凝土剪力墙作为结构的抗侧力构件，大大提高了结构的抗侧刚度，解决了框架-支撑结构中支撑构件很难布置的问题，并且降低了用钢量，多用于超高层住宅。在国内已经实施的项目中，采用的钢框架-剪力墙结构主要有两种：钢管混凝土框架-混凝土剪力墙结构，方钢管混凝土组合异形柱-混凝土剪力墙结构。钢管混凝土框架-混凝土剪力墙结构，该结构体系利用普通的钢结构构件，结合混凝土剪力墙，加工和施工都是传统的工艺，较容易实现，只是在角部采用钢管混凝土柱，仍然存在柱子凸出的问题。方钢管混凝土组合异形柱-混凝土剪力墙结构。在由天津大学建筑设计总院设计的“沧州福康家园公租房”几栋超高层项目中采用了这种结构形式，很好的解决了“露梁露柱”问题。

（4）扁柱筒体-支撑结构，该体系由西安建筑科技大学设计院钢结构所设计研发，在西安建工集团保障房项目-熙园6#楼上得到了应用。该结构体系角部采用钢管混凝土柱，内部采用多个空腔组成的长宽比不大于1:3的扁柱，结构抗侧力体系为扁柱围成的筒体，既解决了露梁露柱的问题，又提高了结构的抗侧刚度，将梁柱节点“解放出来”，由“刚接节点”可以简化为“铰接节点”，提高了现场的装配率，减少现场焊接作业量，质量易于管控，钢结构构件的加工普通钢结构厂即可完成。

四、钢结构住宅现存问题及未来前景

存在问题：据中国建筑金属结构协会会长、西安建大副校长郝际平教授介绍，钢结构住宅的发展仍然面临一系列的问题。（1）建筑材料方面，钢结构住宅所需钢材的材质、材性、选用标准仍需要进行完善；围护材料研究方面相对滞后；防火、防腐也是制约钢结构住宅推广的一个问题。（2）钢结构住宅体系的结构选型和优化仍需大量的研究与创新。（3）人们的观念问题，由于钢结构住宅在我国处于起步阶段，决策者能否采用，开发商是否愿意，人们能否接受钢结构也是影响钢结构发展的一个重要原因。 

钢结构住宅发展前景：住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路。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，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果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 徐伟良，蒋菡，赵萍；多高层住宅的钢结构体系及其工程应用；第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C]；2002年

② 蔡玉春；钢结构住宅产业化的现状与进展钢结构；钢结构2005年01期；2005-01. 

③ 李波，黄秀霞；我国钢结构住宅发展现状与前景分析，吉林工程技术师范学院学报第25卷第1期；2009-02

④ 詹瑜，钢结构住宅发展现状及效益分析；华南理工大学硕士论文；2012.

[作者简介]：都磊，男，工学硕士，中级职称，现在江苏省城市规划设计研究院从事设计工作。