淺談鋼結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化

 撰稿：都磊

〔摘要〕鋼結(jié)構(gòu)是“最適合工業(yè)化建造”的典型代表，鋼結(jié)構(gòu)住宅最適合工業(yè)化建造。本文闡述了鋼結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)住宅在建筑產(chǎn)業(yè)化中的優(yōu)勢，對現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了總結(jié)，指出鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題，并展望了鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國建筑產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中的發(fā)展前景。

〔關(guān)鍵詞〕鋼結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)住宅；建筑產(chǎn)業(yè)化；綠色建筑

2013年1月1日，國務(wù)院辦公廳以國辦發(fā) 〔2013〕1號轉(zhuǎn)發(fā)國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部制訂的《綠色建筑行動方案》。《綠色建筑行動方案》明確要求：要推動建筑工業(yè)化，包括要推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)等建筑體系，加快發(fā)展建設(shè)工程的預(yù)制和裝配技術(shù)，提高建筑工業(yè)化技術(shù)集成水平。

一、鋼結(jié)構(gòu)是“最適合工業(yè)化建造”的典型代表

鋼結(jié)構(gòu)固有的三大核心價值：最輕的結(jié)構(gòu)；最短的工期；最好的延性。沈祖炎院士認(rèn)為一個精心設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)較其他材料的結(jié)構(gòu)具有“輕、快、好、省”的特點。 鋼結(jié)構(gòu)在建筑全壽命周期內(nèi)貫穿“減量化、再利用、資源化，減量化優(yōu)先”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展原則，是城鎮(zhèn)化建設(shè)對自然環(huán)境影響小的一種建筑結(jié)構(gòu)體系。它可以將工地的事情工廠做，室外的事情室內(nèi)做，高空的事情地面做，危險復(fù)雜的事情機械、或機器人做，質(zhì)量和安全的事情計算機來做，以信息化帶動建筑工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，是傳統(tǒng)建筑業(yè)向新型建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型升級中重要的內(nèi)容。可以說鋼結(jié)構(gòu)是“最適合工業(yè)化建造”和“綠色建筑”的典型代表。

二、鋼結(jié)構(gòu)住宅最適合工業(yè)化建造

鋼結(jié)構(gòu)住宅是指以鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為承重骨架，以輕型建筑墻體材料為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以及與功能配套的水、暖、電、廚、衛(wèi)、智能網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備和產(chǎn)品優(yōu)化集成的安全、健康、適用、節(jié)能、綠色、環(huán)保滿足家庭居住使用的建筑。2013年11月7日，全國政協(xié)在京召開協(xié)商座談會，圍繞“住宅產(chǎn)業(yè)化”進(jìn)行協(xié)商座談。2014年5月在沈陽召開住宅產(chǎn)業(yè)化工作會議時，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部副部長齊驥也提到目前推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化正逢其時。

相比于傳統(tǒng)建筑，鋼結(jié)構(gòu)住宅具有以下五個優(yōu)勢：（1）鋼結(jié)構(gòu)不要求內(nèi)墻為承重墻，內(nèi)墻配置可以隨心所欲，甚至建成后也可以調(diào)整位置，重新分隔空間，能夠更好地滿足建筑大開間、靈活分隔的要求，并且可提高使用面積5%~8%。（2）與鋼結(jié)構(gòu)配套的輕質(zhì)墻板、復(fù)合樓板等采用新型建筑材料，符合建筑節(jié)能要求。（3）鋼結(jié)構(gòu)住宅承載強度高、抗震性能好。近幾年，在世界范圍內(nèi)發(fā)生過幾次破壞力很強的地震，使鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震性能的優(yōu)點凸顯出來。（4）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其配套技術(shù)相應(yīng)部件，絕大部分可以實現(xiàn)工廠化制作，形成產(chǎn)品系列化,可以實現(xiàn)住宅建筑技術(shù)集成的產(chǎn)業(yè)化新思路。（5）鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化程度高，其材料本身可循環(huán)利用,符合建筑的環(huán)保要求。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)住宅

三、鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系

目前國內(nèi)能夠設(shè)計并已經(jīng)實際應(yīng)用的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)體系主要有四種：鋼管束柱組合結(jié)構(gòu)、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、扁柱筒體-支撐結(jié)構(gòu)。

（1）鋼管束柱組合結(jié)構(gòu)是由浙江杭蕭鋼構(gòu)研發(fā)，鋼管束柱由高頻焊接而成的空腔組成，內(nèi)灌自密實混凝土，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)中不同的位置而設(shè)計成L型、T字形、一字形、工字型、十字形等，樣式靈活。其結(jié)構(gòu)作用原理與混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)相似，由鋼管束柱體系代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土剪力墻。該結(jié)構(gòu)體系解決了鋼結(jié)構(gòu)住宅中的“露柱”問題，提高了得房率；由于是剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑平面布置靈活；用鋼量省，基礎(chǔ)造價較低，但該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計還沒有規(guī)范可依

（2）鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，根據(jù)鋼框架構(gòu)件形式的不同，分為方鋼管混凝土框架-H型鋼梁-支撐結(jié)構(gòu)、方鋼管混凝土組合異形柱-H型鋼梁框架-支撐結(jié)構(gòu)。方鋼管混凝土框架-H型鋼梁-支撐結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式，且具有明顯的優(yōu)缺點。優(yōu)點是：有成熟的設(shè)計規(guī)范可依；不需要增配專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)人員，普通的鋼結(jié)構(gòu)廠即可加工制作。缺點是：用鋼量相對較大；“露梁露柱”，戶型的設(shè)計受柱子的布置限制，建筑使用效果不佳；現(xiàn)場焊接工作量大，質(zhì)量不易保證。方鋼管混凝土組合異形柱-H型鋼梁框架-支撐結(jié)構(gòu)體系由天津大學(xué)陳志華教授研發(fā)，在由天津大學(xué)建筑設(shè)計院設(shè)計的“滄州福康家園公租房”項目中進(jìn)行了應(yīng)用。方鋼管組合異形柱由方鋼管及其之間的連接板組成，根據(jù)所處結(jié)構(gòu)位置的不同，組合異形柱又分為：L型、T型、一字型、十字形等，形式非常靈活。該結(jié)構(gòu)體系解決了“肥梁胖柱”的問題；用鋼量較鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)省；與條板式裝配墻體的組合更加容易，墻體構(gòu)造措施簡單，墻體較薄，能夠增大建筑使用空間。該結(jié)構(gòu)體系的缺點是：組合異形柱加工制作相對麻煩；結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計需要利用專業(yè)的有限元分析，對設(shè)計人員要求較高。       

（3）鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)體系利用混凝土剪力墻作為結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件，大大提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，解決了框架-支撐結(jié)構(gòu)中支撐構(gòu)件很難布置的問題，并且降低了用鋼量，多用于超高層住宅。在國內(nèi)已經(jīng)實施的項目中，采用的鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)主要有兩種：鋼管混凝土框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，方鋼管混凝土組合異形柱-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體系利用普通的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)合混凝土剪力墻，加工和施工都是傳統(tǒng)的工藝，較容易實現(xiàn)，只是在角部采用鋼管混凝土柱，仍然存在柱子凸出的問題。方鋼管混凝土組合異形柱-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。在由天津大學(xué)建筑設(shè)計總院設(shè)計的“滄州福康家園公租房”幾棟超高層項目中采用了這種結(jié)構(gòu)形式，很好的解決了“露梁露柱”問題。

（4）扁柱筒體-支撐結(jié)構(gòu)，該體系由西安建筑科技大學(xué)設(shè)計院鋼結(jié)構(gòu)所設(shè)計研發(fā)，在西安建工集團(tuán)保障房項目-熙園6#樓上得到了應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)體系角部采用鋼管混凝土柱，內(nèi)部采用多個空腔組成的長寬比不大于1:3的扁柱，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系為扁柱圍成的筒體，既解決了露梁露柱的問題，又提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，將梁柱節(jié)點“解放出來”，由“剛接節(jié)點”可以簡化為“鉸接節(jié)點”，提高了現(xiàn)場的裝配率，減少現(xiàn)場焊接作業(yè)量，質(zhì)量易于管控，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工普通鋼結(jié)構(gòu)廠即可完成。

四、鋼結(jié)構(gòu)住宅現(xiàn)存問題及未來前景

存在問題：據(jù)中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會會長、西安建大副校長郝際平教授介紹，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展仍然面臨一系列的問題。（1）建筑材料方面，鋼結(jié)構(gòu)住宅所需鋼材的材質(zhì)、材性、選用標(biāo)準(zhǔn)仍需要進(jìn)行完善；圍護(hù)材料研究方面相對滯后；防火、防腐也是制約鋼結(jié)構(gòu)住宅推廣的一個問題。（2）鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化仍需大量的研究與創(chuàng)新。（3）人們的觀念問題，由于鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國處于起步階段，決策者能否采用，開發(fā)商是否愿意，人們能否接受鋼結(jié)構(gòu)也是影響鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個重要原因。 

鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展前景：住宅產(chǎn)業(yè)化是我國住宅業(yè)發(fā)展的必由之路。鋼結(jié)構(gòu)住宅體系易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化制作，而與之相配套的墻體材料可以采用節(jié)能、環(huán)保的新型材料，它屬綠色環(huán)保性建筑，可再生重復(fù)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，因此鋼結(jié)構(gòu)體系住宅成套技術(shù)的研究成果必將大大促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，直接影響著我國住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平和前途。

參考文獻(xiàn)：

① 徐偉良，蔣菡，趙萍；多高層住宅的鋼結(jié)構(gòu)體系及其工程應(yīng)用；第十一屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅰ卷[C]；2002年

② 蔡玉春；鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與進(jìn)展鋼結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)2005年01期；2005-01. 

③ 李波，黃秀霞；我國鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析，吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報第25卷第1期；2009-02

④ 詹瑜，鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展現(xiàn)狀及效益分析；華南理工大學(xué)碩士論文；2012.

[作者簡介]：都磊，男，工學(xué)碩士，中級職稱，現(xiàn)在江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計研究院從事設(shè)計工作。