钢结构住宅应用可行性分析

　　理承载、抗震强度高，施工方便，造价低以及符合住宅可持续发展等优点。文章论述了钢结构住宅的设计原则、结构体系、楼面屋盖的结构布置、墙体材料以及目前应注意解决的几个问题。

　　1前言随着国民经济的发展和人口城市化进程的加快，需要大量的住宅以满足人们居住的要求。同时，国家将住宅产业作为国民经济新的经济长点，停止福利分房和货币化住房制度的实施，以及其它一系列刺激住宅市场政策的启动，大大激发了国内房地产市场，这些都为住宅产业的发展创造了有利的环境。抓住难得的历史机遇，建立新的城市开发理念，大胆创新，采用新工艺、新技术、新材料，提高住宅的技术含量，为居民提供安全舒适、经济合理、功能齐全的住宅，是房地产业迫在眉睫的任务。长期以来，我国的住宅建设一直与国家的经济水平不相匹配，在设计和材料的使用上要求较低。随着国家经济实力的强和住宅商品化的要求，为居民提供高质量的符合市场需求的住宅成为必然趋势，这对住宅的设计和建设提出了更高的要求，必然促进住宅新技术和新材料的研究、应用。国家在优先发展的高新技术领域中，已把“新型建筑体系”列入高新技术的范畴。钢结构是建筑中*适合创新的住宅结构体系。

　　目前，我国的住宅领域仍以砼结构和砖混结构为主，而钢结构在住宅中尚未有应用的实例。钢结构由于在高层建筑和大跨高耸结构方面的优越性，使其在非居住建筑（如办公楼、仓库、厂房和体育设施）领域得到了广泛应用。国外在高层建筑中的应用己经十分成熟，相对而言，由于设计标准、钢材生产和造价等方面的限制，国内仅仅应用于有限的高层办公建筑。与砼结构相比，钢结构具有许多不可比拟的优点，如自重轻、设计施工周期短、结构抗震性能好、工厂生产化程度高、易于实现住宅的规模化生产和产业化等，在技表明，在城市中引入自然群落结构机制或建立相似结构的人工群落是可行的。

　　生物多样性具有景观、文化教育和科学研究等多方面的价值。它还具有清洁环境的作用，生物多样性能吸收和分解环境中的大部分废物和污染物。如树林具有吸尘、过滤、杀菌、净化空气和水源的作用，闹市区每立方米空气中的细菌含量比绿化区高出7倍之多，可见生物多样性起着消除污染、美化环境的重要作用。

　　5结语全面重造住宅区的自然化环境，可以提高住宅区自我维持、自我更新的能力，修复人在城市中的生存环境质量，创造自然和人类健康共存的、高环境品质的生态住宅区。以自然的生态学观点来指导住宅区的发展，将是21世纪住区环境发展的目标与方向。

　　术经济上具有综合优势。而且，我国目前钢结构研究己进入一个新的阶段，有关规范和标准己经出台，国内钢材产量充足，有能力生产建筑用钢材。钢结构住宅的发展己具备了较好的物质技术基础。

　　2钢结构在住宅中应用的优势钢结构住宅与传统结构相比，在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势，主要体现在以下方面。

　　2.1设计制造周期短，设计生产一体化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。

　　2.2能够合理布置功能区间在居住建筑中，建筑师和居民一直希望能够有大跨的无竖向结构的空间，这样，可以根据需求进行灵活隔断，使室内布置呈多样化。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，加土建投资。居民在二次装修时经常自行改变墙体布置，既加了经济负担，又因破坏承重墙而加了危险隐患。钢结构住宅可以利用钢材强度高的特点，采用大开间柱网布置，使建筑平面分隔灵活，既为建筑师提供了设计的回旋余地，又给用户提供了根据不同用途改变结构的可能，可以利用非承重墙体灵活分隔室内空间，形成开放式住宅。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能更好地应用错层、跃层结构。由于钢结构住宅的构件截面尺寸小，可以加使用面积，提高得房率。

　　2.3承载强度高，抗震性能优越相同的荷载，钢结构截面*小；相同的截面，钢结构承载力*大。在抗震设防区，钢筋砼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。

　　2.4施工方面优势突出现浇砼需要连续施工，在我国北方地区受到施工季节的影响。钢结构的大部分构件在工厂生产，运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装，可全天候作业。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，提高了施工的机械化水平。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。资金价值在施工中充分体现，减少资金成本，对开发商的销售和资金回笼极为有利。

　　2.5综合造价低钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，构件截面小，与砼结构和砖混结构相比，自重比较轻，地基的处理比较容易，可以采用天然基础型式。由于基础在工程造价中占有比重比较大，上部结构重量轻可以降低基础的造价，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。

　　2.6符合住宅产业化和可持续发展的要求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。

　　3钢结构住宅结构体系设计国外的钢结构技术应用己经有几十年的历史，国内近几年也有大量研究，其本身的结构技术己比较成熟。由于住宅与居民的生活息息相关，有许多不同于非居住建筑的特殊要求，因此在设计钢结构住宅时，必须在结构体系布置、材料应用等方面进行统筹考虑。3.1设计原则钢结构住宅适宜采用框架结构体系，计算分析时，采用三维空间模型作为对象。目前，国内市场上有多种基于不同受力模型的结构分析软件，一般通用的有限元分析软件SAP系列、ADINA、ANSYS都是较好的计算工具，国内开发的PKPM、SATWE等软件，也都包括了专门的钢结构计算模块。

　　钢结构住宅宜对称布置，应有明确的传力途径，避免在水平和垂直方向有过大的刚度突变，对结构抗震不利。对多层和小高层建筑，竖向荷载和水平侧向荷载都要考虑。结构的侧向荷载，主要包括风荷载和地震作用。框架结构由于侧向刚度小，位移变形大。对于设置电梯的住宅，电梯对位移的要求比较严格，因此，结构应设置侧向支撑抵抗水平荷载，限制结构的水平变形；同时，对于受压构件，应保证其长细比在规定范围内，确保结构的整体稳定性和局部稳定性。

　　3.2结构体系钢结构住宅的梁柱采取等截面形式，主要选用焊接和热轧H型钢、冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢等材料。结构体系，主要有密柱结构体系、钢管砼结构体系、交错桁架结构体系等型式。

　　密柱结构体系的柱子为间距在1.2 ~1.8m之间的方钢管柱，水平支撑为与柱铰接的H形钢梁，柱间以斜向支撑辅佐。这种结构体系可做到八层左右，适合于低层、多层住宅。由于这种结构体系可将构件的尺寸做得比较小，可将构件隐藏在墙体内部，有利于家具布置和室内美观。

　　钢管砼有方钢管和圆钢管两种。钢管内的砼对钢管局部屈曲有约束作用，能提高钢管的局部稳定承载力。钢管对砼有较强的约束作用，提高了砼的轴向抗压强度，因此，钢管砼柱的承载力高于钢管和砼的承载力之和，而且，使构件的延性性能大为改善，提高了抗震性能。由于一般框架结构外露梁柱，影响美观和家具布置，应用钢管砼结构体系，可以将竖向构件设计得截面小而经济。

　　由于在钢管中浇注了比热较大的砼，发生火灾时能够吸收相当的热量，从而延长钢管的耐火极限。钢管砼在施工时可以节省支模、拆模的时间，钢管内部没有砼，便于砼的浇捣。梁柱节点的连接比较简单，在节点处不会出现砼结构中纵横钢筋密集交错的现象，使砼容易捣实。而且，施工过程不受砼养护的影响，大大加快施工进度。这种结构性能适合建造小高层住宅。

　　为了加强结构的侧向刚度，抵抗水平荷载，应在结构的侧向设置垂直支撑体系。侧向支撑体系，可布置在纵向或横向的不同开间内，材料可用槽钢、角钢或圆钢杆，设计时按柔性拉杆计算，具体形式可结合建筑立面或门窗洞口需要采取X形、V形、人字形等支撑形式。

　　3.3楼面屋盖结构布置钢结构住宅可选用的楼面结构很多。楼板必须有足够的强度、刚度和稳定性，能同时承受水平力和垂直荷载。同时，应尽量减小楼板厚度和重量，加室内净高，有利于提高施工进度。可供选择的楼面结构，有压型钢板和砼组合结构、砼现浇结构、砼预制板叠合结构等，在板上采取焊接栓钉或抗剪力预埋件来承担水平剪力。目前，应用较多的是压型钢板和砼组合结构，主要优点有：（1）省去楼面模板支撑，节省投资，施工速度快；（2）在压型钢板内布置设备管线，减少吊顶高度，加净高；平面刚度大，房屋整体性好。

　　屋盖结构可采用轻型网架加铺压型彩钢板、轻型折皱波纹钢板等材料，具较好的防水能力。加铺保温板后，能够满足保温要求。

　　3.4墙体材料钢结构住宅应优先采用各种轻质墙体材料。材料应具有良好的保温、隔热、隔声性能，以满足国家有关规范的要求。目前，墙体材料主要有自承重式的砼空心砌块、加气砼块、钢网塑料墙板、轻钢龙骨加墙板等，以及外挂的非自承重式墙体材料，如压型彩钢板、压型彩钢夹芯板、玻璃纤维强外墙板等，也可使用空心粘土砖等传统墙体材料。

　　4存在的问题钢结构应用在住宅建筑中，与非居住建筑不同，要着重考虑居民使用过程中的方便和舒适性问题，因此，在钢结构住宅的推广应用过程中，还有一些具体问题需要完善。

　　4.1管线问题住宅的水、电、煤气等配套管线较多，大多需要在墙内暗敷，这些在施工中可结合墙体的安装同步进行。但是，人们习惯于按照自己的意愿重新进行房间的布置，管线的排放、地板和墙面的装修等。由于使用的一些轻质墙体材料需要专门的切割工具进行开槽等操作，如果操作不当，将损坏墙体并影响使用，因而，选择使用的墙体材料，应方便居民的装修，并保证结构在遭受破坏后便于修复。

　　4.2隔热、隔声、防渗水问题目前，在住宅质量中居民投诉较多的是门窗的渗水、漏水问题。在钢结构住宅中，一般墙体和门窗形成整体后同时安装，如何在前期制作时采取构造措施，保证墙体与门窗间不渗水是应引起关注的课题。

　　在钢结构住宅中，将大量米用轻质隔离材料，在隔热、隔声、墙体防渗漏等方面与传统的建筑材料不同。今后，在选择材料和构造处理上应解决上述问题，并开发新型轻质围护隔离体系。

　　4.3防火、防锈蚀问题钢结构的防火和防锈蚀是比较薄弱的环节。现在比较成熟的防锈方法，是热浸锌和热喷铝等复合喷涂技术，防锈期限一般是20 ~30年。一般型钢的外面需要被覆防火材料，而钢管砼自身具有较好的防火性能，可不进行耐火被覆。在住宅中暴露的钢结构构件需采取一定的防火和防锈措施。

　　5应用前景中国加入WTO以后，房地产也面临着与国际接轨。经过近20年的改革，与房地产相关的建筑业发展较快，但是，与国外企业先进的生产技术和管理体制相比，国内的建筑业效率较低，尚属于劳动密集型产业。入关后，国外的房地产企业将会大批进入中国，随之而来的是国外先进的理念和技术，对国内尚处于发展阶段的开发企业来说，将会面临巨大的市场压力。只有提前准备，结合中国国情，在技术上创新，才能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。钢结构建筑的高技术含量、高效率的生产方式，是住宅技术研究中的制高点。目前，美国也刚刚开始钢结构住宅的研究。

　　钢结构住宅的研究应用，不但在住宅技术开发中处于国际前沿，而且将促进建筑业向技术密集型产业转化，促使管理体制向适应市场经济的高效率模式转变，并将带动建材、冶金、化工、机械、信息等行业的发展。

　　国内有关部门己开始有关钢结构住宅体系的研究，与之相关的一些规范和标准己经出台。随着国外轻钢结构公司的大量涌入，国内的钢结构技术在非居住建筑的应用技术己经成熟。钢铁冶金工业技术能力和产量的提高，为住宅提供高效优质的建设用钢己成为可能。在施工、管理、设备、人才等方面己有一定的基础。钢结构住宅符合国家住宅产业化的目标，符合可持续性发展的战略，并对保护耕地、提高城市建设水平有较大作用。有了国家政策的支持、技术的保证，钢结构住宅具有光明的前景。