1、我國現(xiàn)有的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系住宅形式、工藝與特點(diǎn)介紹一、 鋼結(jié)構(gòu)住宅體系概念及特點(diǎn)1.1 鋼結(jié)構(gòu)住宅體系概述各國對住宅體系的理解和做法不盡相同，但一般是指住宅的主體工程，由于選用不同的結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)類型和施工方法而形成的不同住宅產(chǎn)品，并構(gòu)成相應(yīng)的若干從設(shè)計(jì)到建造的成套技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系以其采用的鋼結(jié)構(gòu)形式作為建筑體系分類的依據(jù)，成為建筑體系中的一個(gè)分支。通常所說的鋼結(jié)構(gòu)住宅是指以工廠生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)鋼型材構(gòu)件作為承重骨架，以新型輕質(zhì)、保溫、隔熱、高強(qiáng)的墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的居住類建筑。鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化即是以鋼結(jié)構(gòu)住宅為最終產(chǎn)品，通過社會(huì)化大生產(chǎn)，將鋼結(jié)構(gòu)住宅的投資、開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、售后服

2、務(wù)等過程集中統(tǒng)一成為一個(gè)整體的組織形式。鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化是鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的趨勢。1.2 鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)的建筑形式相比，具有以下的一些特點(diǎn)：（1）重量輕、強(qiáng)度高。由于應(yīng)用鋼材作承重結(jié)構(gòu)，用新型建筑材料作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，一般用鋼結(jié)構(gòu)建造的住宅重量是鋼筋混凝土住宅的二分之一左右，減小了房屋自重，從而降低了基礎(chǔ)工程造價(jià)。由于豎向受力構(gòu)件所占的建筑面積相對較小，因而可以增加住宅的使用面積。同時(shí)由于鋼結(jié)構(gòu)住宅采用了大開間、大進(jìn)深的柱網(wǎng)，為住戶提供了可以靈活分隔的大空間，能滿足用戶的不同需求。（2）工業(yè)化程度高，符合產(chǎn)業(yè)化要求。鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多在工廠制作，安裝方便，適宜大批量生產(chǎn)，這

3、改變了傳統(tǒng)的住宅建造方式，實(shí)現(xiàn)了從 “建造房屋”到 “制造房屋”的轉(zhuǎn)變。促進(jìn)了住宅產(chǎn)業(yè)從粗放型到集約型的轉(zhuǎn)變，同時(shí)促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。（3）施工周期短。一般三、四天就可以建一層，快的只需一兩天。鋼結(jié)構(gòu)住宅體系大多在工廠制作，在現(xiàn)場安裝，現(xiàn)場作業(yè)量大為減少，因此施工周期可以大大縮短，施工中產(chǎn)生的噪音和揚(yáng)塵、以及現(xiàn)場資源消耗和各項(xiàng)現(xiàn)場費(fèi)用都相應(yīng)減少。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，一般可縮短工期二分之一，提前發(fā)揮投資效益，加快了資金周轉(zhuǎn)，降低建設(shè)成本3%-5%。（4）抗震性能好。由于鋼材是彈性變形材料，因此能大大提高住宅的安全可靠性。鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、延性好、自重輕，可以大大改善結(jié)構(gòu)的受力性能，尤其是抗震性能。

4、從國內(nèi)外震后情況來看，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑倒塌數(shù)量很少。（5）符合建筑節(jié)能發(fā)展方向。用鋼材作框架，保溫墻板作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可替代粘土磚，減少了水泥、砂、石、石灰的用量，減輕了對不可再生資源的破壞?，F(xiàn)場濕法施工減少，施工環(huán)境較好。同時(shí)，鋼材可以回收再利用，建造和拆除時(shí)對環(huán)境污染小，其節(jié)能指標(biāo)可達(dá)50%以上，屬于綠色環(huán)保建筑體系。（6）鋼結(jié)構(gòu)在住宅中的應(yīng)用，為我國鋼鐵工業(yè)打開了新的應(yīng)用市場。還可以帶動(dòng)相關(guān)新型建筑材料的研究和應(yīng)用。二、國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展歷史2.1裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系住宅在國外的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀20世紀(jì)初，隨著工業(yè)革命的開始，一些發(fā)達(dá)國家的鋼鐵工業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，鋼結(jié)構(gòu)住宅得到初步發(fā)展。時(shí)至今日，鋼

5、結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)在世界發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷史己達(dá)百余年。在歐美和日本等地，建筑用鋼量已達(dá)鋼產(chǎn)量的三成以上，鋼結(jié)構(gòu)建筑面積占總建筑面積約四成以上，形成了各自的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系。法國是推廣住宅工業(yè)化的最早幾個(gè)國家之一。經(jīng)歷了30年發(fā)展法國鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，目前已經(jīng)成功過渡至用體系，主要應(yīng)用于多層集合式住宅。英國的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，根據(jù)預(yù)制單元的工廠化程度不同分為三個(gè)等級：1)“Stick”結(jié)構(gòu)，桿件在工廠加工制作，全部運(yùn)輸至現(xiàn)場后，用螺栓或自攻螺栓連接；（2) “Panel”結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件以及墻板和屋面板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)用專用的模具進(jìn)行工廠化預(yù)制，現(xiàn)場拼接；（3) "Modular"結(jié)構(gòu)，將整個(gè)房間

6、作為一個(gè)單元全部在工廠預(yù)制，此種結(jié)構(gòu)發(fā)展較快。曰本是世界上率先興起住宅產(chǎn)業(yè)化的國家。目前日本的工業(yè)化住宅有木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)三種形式，日本每年新建20萬棟左右的低層住宅中，鋼結(jié)構(gòu)住宅約占七成以上的市場份額?，F(xiàn)在日本正在推廣的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):柱間距14. 4m，可實(shí)現(xiàn)200m2的大空間內(nèi)無柱，且可自由分割成1-3戶；框架釆用鋼管混凝土柱和FR耐火鋼（Fire Resistant Steel)梁；地面為PC板+現(xiàn)繞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管道置于地板下部的中空空間；外墻板采用ALC板、PC板，內(nèi)隔墻采用隔音性能高的強(qiáng)化石膏板，均為干式施工，施工速度快；設(shè)備與結(jié)構(gòu)構(gòu)架相獨(dú)立，便于管

7、道維修。美國鋼結(jié)構(gòu)住宅的建造技術(shù)由傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)住宅衍變而來。美國是采用鋼結(jié)構(gòu)住宅形式的最早的國家之一，1965年輕鋼結(jié)構(gòu)在美國僅占建筑市場的15%，1990年上升到53%，2000年達(dá)到75%，目前美國的鋼框架小型住宅巳達(dá)20萬幢，別墅和多層住宅都采用輕鋼結(jié)構(gòu)。80年代至今，美國逐漸實(shí)現(xiàn)了主體構(gòu)件通用化和住宅部品化，構(gòu)配件達(dá)到模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，生產(chǎn)效率顯著提高，住宅達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求。進(jìn)入六十年代，美國開始發(fā)展輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)建筑，該體系以2英寸*4英寸為基本模數(shù)，適于低層集合住宅和聯(lián)排住宅的建造。1997年美國發(fā)布住宅冷成型鋼骨架設(shè)計(jì)指導(dǎo)性方法，全方面地指導(dǎo)輕鋼龍骨體系住宅的設(shè)計(jì)、施工?？傮w

8、說來，國外的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在模數(shù)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、裝配化施工，節(jié)能、防火和抗震等方面已非常成熟，尤其是相配套的墻體、樓板等圍護(hù)部件的應(yīng)用也非常完善，施工周期特別短，這值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。2.2裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系住宅在國內(nèi)的發(fā)展歷史20世紀(jì)80年代我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅開始發(fā)展。90年代以來，建設(shè)部積極倡導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)和應(yīng)用，組織編制鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則，并于2001年通過鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及其關(guān)鍵試點(diǎn)工程的立項(xiàng)。我國最早的鋼結(jié)構(gòu)住宅是一幢8層住宅，建于1994年，目前在北京、山東、上海、天津、湖南、安徽等地，均有建成的鋼結(jié)構(gòu)住宅工程試點(diǎn)項(xiàng)目。2005年初，建設(shè)部在北京組織了無比鋼輕鋼龍骨

9、體系評估會(huì)，一致同意可在國內(nèi)將無比鋼輕鋼龍骨體系應(yīng)用于低多層建筑，并決定參考國外同類資料在輕鋼房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范和低層輕型鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容。我國鋼結(jié)構(gòu)試點(diǎn)的工程建設(shè)情況為：天津太平洋村別墅，采用輕鋼龍骨體系，樓板為大跨度預(yù)應(yīng)力空心板，平均用鋼量50-55kg/m2，工廠加工約30天，現(xiàn)場安裝時(shí)間40天左右。濟(jì)南市埃菲爾花園，六層純鋼框架結(jié)構(gòu)體系，H型鋼梁柱，現(xiàn)饒混凝土樓板，LCC外墻板，綜合造價(jià)約1550元/m2。另外在建的鋼結(jié)構(gòu)高層住宅最高為34層，包括上海中福城和陸海城等6處。由上述可以看出，鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的發(fā)展勢頭良好，雖然鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合造價(jià)比混凝土結(jié)構(gòu)稍高，但

10、發(fā)展前景廣闊。在我國大中城市中，由于人口密度較大，土地資源稀少，考慮出房率、土地使用效率等因素，各大房地產(chǎn)商開始重視推廣新型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系。三、國內(nèi)主要鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)、圍護(hù)體系的形式、工藝與特點(diǎn)3.1鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系目前應(yīng)用較多的鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系有：鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系、輕鋼龍骨住宅體系。3.11 鋼框架結(jié)構(gòu)體系形式、工藝與特點(diǎn)框架體系的主要受力構(gòu)件是框架梁和框架柱，它們共同作用抵抗豎向和水平荷載；框架梁有I型、H型和箱型梁等種類，框架柱有H型、空心圓鋼管或方鋼管柱、方鋼管混凝土柱等種類。該體系在建筑體系中技術(shù)最成熟，使用

11、最多，一般應(yīng)用于6層及以下的低層、多層建筑和抗震設(shè)防烈度相對較低的地區(qū)，國外1-3層住宅也多采用此形式。1994年，上海北蔡防水材料廠建成一棟8層鋼結(jié)構(gòu)住宅（圖1）。無電梯，鋼框架結(jié)構(gòu)，采用冷彎薄壁矩形鋼管內(nèi)澆混凝土柱，U型冷彎薄壁組合梁。外墻和內(nèi)墻板均采用壓制成型稻草板。單位面積用鋼量為34千克/平米。 圖1：上海北蔡防水材料廠鋼結(jié)構(gòu)住宅 圖2:梁柱框架式結(jié)構(gòu)體系鋼結(jié)構(gòu)框架體系的優(yōu)點(diǎn)包括：1)梁柱截面小而跨度大，平面布置靈活，可組成較大開間；2)自重輕，延性好，剛度均勻，抗震性能良好；3)設(shè)計(jì)簡單，受力和傳力體系明確；4)桿件形狀規(guī)則，制造和安裝都很簡單，施工速度快。（圖2）鋼結(jié)構(gòu)框架體系的

12、缺點(diǎn)包括：1)純框架結(jié)構(gòu)缺少側(cè)向支撐，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，側(cè)向力作用下的水平位移較大；2)節(jié)點(diǎn)采用剛接或半剛接，震時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力集中而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。3.12 鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系形式、工藝與特點(diǎn)鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是以框架為基礎(chǔ)，為增強(qiáng)建筑的側(cè)向剛度，防止側(cè)向位移過大，沿其柱網(wǎng)的兩個(gè)方向布置一定數(shù)量的剪力墻的結(jié)構(gòu)體系。由于剪力墻體抗震性能較好，鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系多適用于7-18層的小高層及高層住宅和地震區(qū)多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。在鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，鋼框架承擔(dān)全部的豎向荷載，而鋼框架和剪力墻協(xié)同承擔(dān)由水平荷載引起的水平剪力，由于剪力墻的抗側(cè)剛度較強(qiáng)，因而采用此種結(jié)構(gòu)體系在多高層建筑中具有

13、很大優(yōu)勢。常見的剪力墻體系有現(xiàn)繞鋼筋混凝土剪力墻、鋼板剪力墻、預(yù)制剪力墻和內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻等。中福城位于上海福州路，由六個(gè)高層住宅單元通過三層裙房連成一體，工程地下一層、地上17層，采用鋼框架-混凝土剪力墻體系，大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從地下室開始，全部采用鋼結(jié)構(gòu)。（圖3，圖4） 圖3：中福城施工現(xiàn)場 圖4：中福城施工外觀鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)包括：1)鋼柱的截面尺寸較小，用鋼量少，成本較低；2)側(cè)向剛度較大，整體穩(wěn)定性較好；3)結(jié)構(gòu)分析簡單，傳力路徑明確；4)剪力墻的防火耐火性好，可提高結(jié)構(gòu)的抗火性能。鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的缺點(diǎn)包括：1)當(dāng)遇到高烈度地震時(shí)，框架與剪力墻的節(jié)點(diǎn)處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，

14、造成墻體局部破壞；2)現(xiàn)繞混凝土剪力墻為現(xiàn)場濕作業(yè)，施工周期較長，且受天氣的影響較大。3.13 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系形式、工藝與特點(diǎn)鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系，是在框架體系的部分框架柱之間設(shè)置橫向型鋼支撐，形成支撐框架的結(jié)構(gòu)體系。其中的鋼框架主要承受豎向荷載，鋼支撐則承擔(dān)水平荷載，形成雙重抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系,多適用于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。鋼支撐可采用角鋼、槽鋼和圓鋼等，主要用途是增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度；支撐體系包括人字型、十字交叉等中心支撐形式和門架式、單斜桿式、V形和倒Y形等偏心支撐形式；支撐結(jié)構(gòu)一般布置在外墻、分戶墻、樓梯間和衛(wèi)生間的墻上，可根據(jù)需要在一跨布置或多跨布置。（圖5）圖5：日本長野縣鋼框架-鋼支

15、撐公共住宅鋼框架-支撐體系的優(yōu)點(diǎn)包括：1)支撐的設(shè)置提高了梁、框架和壓軒的承載穩(wěn)定性；2)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大，有效地減小了梁柱的截面積，節(jié)約鋼材和成本；3)體系采用全鋼構(gòu)件，便于工廠化加工生產(chǎn)。鋼框架-支撐體系的缺點(diǎn)包括：1)節(jié)點(diǎn)為梁、柱和鋼支撐三種構(gòu)件的連接，構(gòu)造復(fù)雜；2)傳力路線較長，抗側(cè)效果較差；3)支撐常常影響洞口的位置設(shè)置，降低了建筑布局的靈活性。4)在鋼支撐處無法采用墻板，只能采用砌筑方式。3.14 鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系形式、工藝與特點(diǎn)鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系是以鋼框架為基礎(chǔ)，近中心部位通過現(xiàn)繞混凝土墻體或密排框架柱圍成封閉核心筒的結(jié)構(gòu)體系。該體系中框架和筒體為鉸接，鋼框架承擔(dān)全部豎

16、向荷載，核心筒則承擔(dān)全部水平荷載，筒體結(jié)構(gòu)一般布置在衛(wèi)生間或樓電梯間位置。由于綜合受力性能好，鋼框架-核心筒體系目前在我國應(yīng)用極為廣泛，特別適合于地基土質(zhì)較差地區(qū)和地震區(qū)，新建的高層和超高層建筑幾乎都釆用了鋼框架-核心筒體系。鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)包括：1)節(jié)約鋼材，造價(jià)較低；2)結(jié)構(gòu)各部分受力分工明確，核心筒抗側(cè)移剛度極強(qiáng)3) 般將框架柱布置在陽臺和轉(zhuǎn)角部位，不占用住宅的布置空間，且裝修方便；4)核心筒為現(xiàn)饒施工方法使得衛(wèi)生間具有良好的防水性能；5)除筒體部分為現(xiàn)繞外，其余構(gòu)件均可以工廠化生產(chǎn)，縮短工期達(dá)30%40%。鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系的缺點(diǎn)包括：1)鋼框架與核心筒的剛度差別大，核

17、心筒承擔(dān)約九成的水平力，強(qiáng)震作用下的鋼筋混凝土核心筒很容易破壞；2)筒體的連接構(gòu)造復(fù)雜，施工技術(shù)要求水平較高；（3)混凝土現(xiàn)場作業(yè)量很大。3.15 輕鋼龍骨住宅體系形式、工藝與特點(diǎn)輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系多直接采用北美地區(qū)的成套技術(shù)，在國外中低層住宅和別墅中應(yīng)用較多。該結(jié)構(gòu)由北美傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)房屋衍變而來，一般應(yīng)用于23層的低層鋼結(jié)構(gòu)住宅和別墅。制作輕鋼龍骨的材料一般分為兩類：一類是冷彎薄壁型鋼，一般由雙C或四C槽鋼構(gòu)成梁柱，自重約為普通鋼結(jié)構(gòu)的33%50%，另一類是熱乳型鋼，一般是間距在1.2m2.0m的軋制矩形鋼或H型鋼制成鋼柱，H型鋼制成鋼梁。輕鋼龍骨的截面形狀主要分為C型槽鋼和C型立龍骨兩類，寬度根據(jù)結(jié)構(gòu)部位不同、荷載不同或者構(gòu)件需要不同而變，一般為60360mm不等。輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系的外墻和樓板，均采用