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我國的住宅建設(shè)已經(jīng)進入裝配化時代，作為裝配式住宅家族的后起之秀，鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國新建房屋中所占的比例不斷提高。為了讓大家對鋼結(jié)構(gòu)住宅有一個初步的了解，本文從結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度，對這種住宅體系做一個簡單的介紹，并解答地產(chǎn)人普遍關(guān)心的幾個問題。

鋼結(jié)構(gòu)住宅的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 

二戰(zhàn)后隨著人口大量增加和由此導(dǎo)致的能源危機，各國都在尋求既節(jié)能環(huán)保，又能快速批量建造的建筑形式。鋼結(jié)構(gòu)既符合綠色環(huán)保的理念，又具有模塊化和標準化的特點，符合建筑工業(yè)化的需求，因此在歐美國家得到長足的發(fā)展。我國雖然人口眾多，但鑒于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，只是近幾年才開始進行系統(tǒng)的研究和設(shè)計建造。下面從建造規(guī)模和發(fā)展階段兩個方面對國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅的現(xiàn)狀做一個比較：

1、建造規(guī)模

據(jù)統(tǒng)計，美國在1965年時鋼結(jié)構(gòu)房屋所占比例尚不足15%，目前已增至50%以上；日本的鋼結(jié)構(gòu)房屋所占比例也接近40%。相比之下，雖然我國的粗鋼產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的50%左右，是名副其實的鋼鐵大國，但鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展水平較低，鋼結(jié)構(gòu)房屋占比不足5%（圖1）。每年新建住宅中，美國有35%是鋼結(jié)構(gòu)住宅，日本約20%。我國每年竣工住宅面積12~14億平米，其中只有不到1%是鋼結(jié)構(gòu)住宅。

各國民用建筑結(jié)構(gòu)體系情況對比

2、發(fā)展階段

根據(jù)岳清瑞院士的觀點，鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化必然要經(jīng)歷四個發(fā)展階段：

我國目前處于初級階段向?qū)Ｓ皿w系發(fā)展過程中，特征是實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)工廠化生產(chǎn)。而歐美日本等發(fā)達國家處于通用體系向綠色發(fā)展階段推進過程中，特征是規(guī)模化通用體系成為主流，以綠色節(jié)能環(huán)保為目標，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?？傮w上，我國處于跟跑階段，與世界先進水平還有較大差距。

全球建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程

通過對比可以看出，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅無論規(guī)模還是發(fā)展程度，與世界第一鋼產(chǎn)量大國的地位很不相稱，鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國有巨大的市場潛力，發(fā)展前景廣闊。近年來，隨著建筑行業(yè)勞動力短缺推動人工費持續(xù)上漲，和鋼材價格的持續(xù)低迷，鋼結(jié)構(gòu)住宅將會進入快速發(fā)展期。

對于鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場定位，目前在我國還是以災(zāi)后重建住房、定向安置房等政府主導(dǎo)的項目為主。相信隨著裝配化理念的普及和民眾認識程度的提高，會有越來越多的商品房項目采用鋼結(jié)構(gòu)。

歐美和日本等國的鋼結(jié)構(gòu)住宅以低層的輕鋼結(jié)構(gòu)為主（圖3）。在我國，考慮到人口密度和居住習(xí)慣等因素，所建鋼結(jié)構(gòu)住宅以高層建筑為主，主體結(jié)構(gòu)為鋼框架+支撐（或剪力墻），稱為普通鋼結(jié)構(gòu)。本文主要介紹普通鋼結(jié)構(gòu)住宅。

普通鋼結(jié)構(gòu)住宅的分類 

普通鋼結(jié)構(gòu)住宅按抗側(cè)力體系可分為純框架、框架-支撐、框架-剪力墻等類型，各種類型簡單示意如下：

 1、純框架體系

這種體系的受力構(gòu)件只有鋼梁和鋼柱，鋼梁鋼柱之間設(shè)剛性節(jié)點，抵抗豎向和水平荷載。

優(yōu)點是平面布置靈活，可為建筑設(shè)計提供較大的室內(nèi)空間，與建筑外立面也比較容易協(xié)調(diào)。缺點是側(cè)向承載力和抗側(cè)剛度比較差，只適用于低層和多層住宅樓，不能在高層住宅中使用，因此采用純框架的住宅項目較少，代表性的有濟南艾菲爾花園，曾獲中國建筑鋼結(jié)構(gòu)金獎。

鋼框架結(jié)構(gòu)住宅-濟南艾菲爾花園

 2、框架-支撐體系

為提高框架的抗側(cè)剛度，可在鋼框架中增設(shè)柱間斜支撐，就構(gòu)成了框架-支撐體系。

框架-支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)于純框架結(jié)構(gòu)，但是平面布置不靈活，斜支撐會占用一部分室內(nèi)空間。

常用的支撐形式按有無耗能梁段可分為中心支撐和偏心支撐，按形狀分有“X”形支撐、“人”形支撐、“K”形支撐等。

中心支撐

偏心支撐（紅色區(qū)段為耗能梁段）

偏心支撐的抗側(cè)剛度雖不如中心支撐，但強震作用下的延性較好。中心支撐多用于多層和小高層建筑，偏心支撐多用于高層和超高層建筑。采用鋼框架-支撐體系比較有代表性的有北京朝陽區(qū)黑莊戶定向安置房項目、寶鋼都江堰幸福家園項目等。

黑莊戶項目是北京市第一個超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅項目，采用中心支撐和偏心支撐混合的抗側(cè)力體系。

鋼結(jié)構(gòu)支撐-黑莊戶項目

鋼結(jié)構(gòu)支撐布置-黑莊戶項目

鋼結(jié)構(gòu)施工-黑莊戶項目

偏心支撐-寶鋼都江堰幸福家園

 3、框架-剪力墻體系

為了進一步提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，可在鋼框架中用剪力墻替代斜支撐，就構(gòu)成了框架-剪力墻體系。

適用于鋼結(jié)構(gòu)的剪力墻形式是鋼板剪力墻。鋼板剪力墻分為純鋼板剪力墻和鋼板-混凝土組合剪力墻：

純鋼板剪力墻—為防止鋼板過早屈曲，可在鋼板中開豎縫，把墻板的變形由剪切轉(zhuǎn)化為彎曲，以提高墻板的延性。目前這種剪力墻形式已成功應(yīng)用于多個住宅項目（圖16）。

帶豎縫鋼板剪力墻構(gòu)造

帶豎縫鋼板剪力墻-河南新天豐公寓

提高鋼板剪力墻延性的另一條途徑是利用混凝土來約束鋼板的屈曲變形，這就是鋼板-混凝土組合剪力墻。

雙層鋼板內(nèi)填混凝土組合剪力墻

鋼板剪力墻用鋼量較大，一般用于公建。住宅鋼結(jié)構(gòu)出于成本考慮，通常采用框架-支撐體系。但是與鋼支撐相比，鋼板剪力墻剛度大、延性好，且與建筑設(shè)計較容易協(xié)調(diào)，因此在高抗震設(shè)防烈度區(qū)，已經(jīng)有住宅項目開始嘗試采用鋼板剪力墻作為抗側(cè)構(gòu)件，例如2017年主體結(jié)構(gòu)封頂?shù)谋本┴S臺區(qū)成壽寺B5地塊定向安置房項目，就采用了鋼板組合剪力墻。

北京豐臺區(qū)成壽寺B5地塊定向安置房項目效果圖

鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)-成壽寺B5項目

普通鋼結(jié)構(gòu)住宅的組成 

作為鋼結(jié)構(gòu)金獎項目和北京首個裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅示范工程，成壽寺B5項目采用了諸多新技術(shù)，例如：鋼板剪力墻，墻板阻尼器，加氣PC外掛墻板，基于BIM的虛擬建造技術(shù)等。下面將結(jié)合該項目，對鋼結(jié)構(gòu)住宅的各組成部分做一個系統(tǒng)的展示。

 1、鋼板剪力墻

成壽寺B5項目2#和3#樓采用雙層鋼板組合剪力墻作為抗側(cè)力構(gòu)件，主要設(shè)計參數(shù)如下：

鋼板剪力墻準備吊裝-成壽寺B5項目

鋼板剪力墻豎直定位-成壽寺B5項目

2、結(jié)構(gòu)框架

為增加使用面積，高層住宅的框架柱常采用鋼管混凝土柱以減小柱截面，框架梁的跨度一般為6~9米，宜采用熱軋H型鋼或焊接H型鋼。成壽寺B5項目采用如下的結(jié)構(gòu)框架：

地上部分

鋼柱：□400或□350箱型柱，內(nèi)填C50自密實混凝土；

鋼梁：主要采用H350X150焊接H型鋼。

地下部分

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，地上鋼結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置勁性混凝土結(jié)構(gòu)層作為過渡。成壽寺B5項目地下室采用勁性混凝土框架柱以滿足規(guī)范要求。

梁柱節(jié)點

《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS159）推薦了四種梁柱節(jié)點形式。從受力的合理性和成本方面考慮，成壽寺B5項目采用外伸內(nèi)隔板剛性連接。

外伸內(nèi)隔板式梁柱連接

梁柱節(jié)點-成壽寺B5項目

柱 腳

成壽寺B5項目采用埋入式柱腳。

將鋼柱或鋼骨埋入鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁或筏板基礎(chǔ)中就構(gòu)成埋入式柱腳。我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范建議在高抗震烈度區(qū)采用埋入式柱腳。

埋入式柱腳

 3、墻板阻尼器

經(jīng)論證，成壽寺B5項目采用了墻板阻尼器技術(shù)。該技術(shù)主要用于減震設(shè)計，在日本已得到廣泛的應(yīng)用。上海寶鋼2014年從日本引進，其工作原理是通過豎向鋼管束之間的摩擦增大阻尼，減小地震作用。該產(chǎn)品有以下特點：

體積小，施工安裝方便

缺點是部分材料需要國外進口，價格較高。

墻板阻尼器-成壽寺B5項目

綜合來看，該產(chǎn)品要在我國未來的高層建筑市場中占有一席之地，還需要做到以下三方面：

 4、樓 板

成壽寺B5項目同時采用了鋼筋桁架樓承板和混凝土疊合板，以便于進行比對分析。

鋼筋桁架樓承板

鋼筋桁架混凝土疊合板

鋼筋桁架疊合板施工-成壽寺B5項目

 5、預(yù)制外掛墻板

成壽寺B5項目以輕質(zhì)混凝土外墻板為外墻圍護結(jié)構(gòu)，在外墻掛板室內(nèi)側(cè)后做輕鋼龍骨內(nèi)裝修系統(tǒng)。外墻掛板與主體結(jié)構(gòu)采用轉(zhuǎn)動滑移節(jié)點，消除地震應(yīng)力對外墻掛板的作用，保證建筑外圍護系統(tǒng)不受破壞。

PC外墻掛板-成壽寺B5項目

PC外墻掛板與鋼梁上翼緣連接節(jié)點-成壽寺B5項目

PC外墻掛板與鋼梁下翼緣連接節(jié)點

（已噴涂發(fā)泡聚氨酯保溫層）

外墻掛板吊裝后現(xiàn)場結(jié)構(gòu)立面-成壽寺B5項目

地產(chǎn)人關(guān)注的問題 

對于一直從事混凝土結(jié)構(gòu)住宅開發(fā)的地產(chǎn)人來說，鋼結(jié)構(gòu)住宅是個新生事物，難免會產(chǎn)生這樣那樣的疑慮，比如：這種住宅體系有哪些優(yōu)缺點，能不能推廣，成本是否可控，等等。下面對地產(chǎn)人普遍關(guān)心的幾個問題做一下解答。

1、優(yōu)缺點

優(yōu) 點

■ 自重輕，可減輕建筑物的重量約30%。這對于高層住宅，地質(zhì)條件較差或設(shè)防烈度較高的項目，優(yōu)勢更為明顯；

■ 回收率高。鋼結(jié)構(gòu)房屋拆除后，鋼材回收率可達90%以上，遠高于鋼筋混凝土房屋和磚混房屋，且產(chǎn)生的建筑垃圾較少。

缺 點

■ 用鋼量較大，造價較高；

■ 鋼構(gòu)件需要做防火和防銹處理，進一步增加了成本；

■ 缺乏相配套的圍護體系和高效的裝配化連接等；

■ 缺乏與鋼結(jié)構(gòu)住宅相關(guān)的設(shè)計、施工和驗收規(guī)范規(guī)程，另外設(shè)計和計算理論還需要補充完善。

 2、民眾認可度

據(jù)有關(guān)地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的問卷調(diào)查，國內(nèi)普通民眾對鋼結(jié)構(gòu)住宅仍存在一定的偏見，如擔(dān)心結(jié)構(gòu)是否安全、保溫和隔音性能如何、墻板和樓板是否會開裂和漏水等，針對這個問題，小鐵匠咨詢了有關(guān)專家，得到建議如下：

■ 作為地產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)積極做好引導(dǎo)，例如在樣板間或售樓處設(shè)置一些鋼結(jié)構(gòu)住宅部品部件的展示，通過科普的形式，讓買房人了解裝配式住宅，了解鋼結(jié)構(gòu)，并逐步接受，進而喜歡上鋼結(jié)構(gòu)住宅。無論在西方發(fā)達國家還是在我國，推廣普及鋼結(jié)構(gòu)住宅，都必然會經(jīng)歷這樣一個循序漸進的過程。

3、對平面功能和立面效果的影響

住宅的平面和立面設(shè)計是地產(chǎn)人關(guān)注的重點。與混凝土住宅相比，鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面和立面設(shè)計有其特殊性，應(yīng)注意以下兩點：

■ 對框架-支撐結(jié)構(gòu)來說，斜支撐最好是布置在外墻，因此在建筑立面設(shè)計中，應(yīng)在條件允許的情況下，為布置斜支撐留出足夠的空間。如果無法布置于外墻，則分戶墻、電梯井和樓梯間應(yīng)平面內(nèi)對稱布置，以便于布置支撐或剪力墻；

鋼結(jié)構(gòu)住宅戶型設(shè)計難度大于混凝土剪力墻住宅，難點之一是框架柱對室內(nèi)空間的影響比較大。下面結(jié)合成壽寺B5項目談?wù)勪摻Y(jié)構(gòu)住宅建筑立面和平面設(shè)計的一些特點：

■ 柱網(wǎng)設(shè)計和柱距選取應(yīng)考慮預(yù)制樓承板的設(shè)計跨度，如果柱距超過樓承板的規(guī)格跨度，則需要構(gòu)件廠進行特別的研發(fā)和定制，增加供貨成本，延長供貨周期。同時為便于標準化預(yù)制加工和安裝，兩個方向的柱距宜一致。以成壽寺項目為例，所選用的鋼筋桁架樓承板最大跨度為6.6m，因此采用6.6mx6.6m標準柱網(wǎng)（圖34、35）；

■ 邊柱布置在室外，邊梁偏心布置，以減少梁和邊柱對室內(nèi)空間的影響（圖34、35）；

4、建造成本

如果僅考慮材料和人工成本，目前比較一致的看法是在同等條件下，鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價比混凝土住宅高10~15%。但是考慮到鋼結(jié)構(gòu)住宅施工周期較短這個因素，鋼結(jié)構(gòu)住宅的建造成本與混凝土住宅相差不大。以成壽寺B5項目為例，下面兩個表格對鋼結(jié)構(gòu)住宅的成本增量和單位面積材料消耗進行了簡單的對比分析：

鋼結(jié)構(gòu)住宅是我國建筑市場上一支新生力量，雖然目前處在試驗和探索階段，還存在不少問題，但是作為建筑產(chǎn)業(yè)化的一個新模式，鋼結(jié)構(gòu)住宅代表了未來住宅發(fā)展的方向，標志著從傳統(tǒng)住宅向環(huán)保住宅的轉(zhuǎn)變。