輕型鋼結構住宅體系的應用綜述

李廣慧 丁雅豪 張 攀 栗 鵬

（鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450046）

輕型鋼結構住宅體系的應用綜述

李廣慧 丁雅豪 張 攀 栗 鵬

（鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450046）

輕鋼結構住宅是我國推廣的建筑新技術之一，對其進行研究有利于推動我國住宅建設的發展。本文對輕鋼結構的結構體系特點進行分析，論述了輕鋼結構住宅體系，通過國內輕鋼住宅研究及應用的介紹，探討輕鋼結構發展存在的問題，并預測輕鋼結構的應用前景。

鋼結構住宅；綠色建筑；應用前景

隨著住宅技術的不斷發展，我國住宅建筑形式及住宅建筑風格呈現出多樣化趨勢。但建筑結構體系仍是以磚混結構或者鋼混結構為代表的傳統結構形式，這兩種傳統結構體系的共同特點主要是抗震性能差、空間利用率小、施工速度慢、自重大，且粘土磚、水泥的大量生產會造成大氣污染，破壞植被等，不符合我國可持續發展的戰略要求。因而，開發一種新型的、建造迅速、環保節能、堅固耐久的住宅結構體系是未來住宅建筑的發展趨勢。2016年，《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》提出力爭用十年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%，積極穩妥推廣鋼結構建筑，減少建筑垃圾和揚塵污染，縮短建造工期，在具備條件的地方倡導發展現代鋼結構建筑。該條款明確指出推廣鋼結構住宅建筑體系，使我國住宅建設向節能環保、智能化、產業化的方向發展，輕鋼結構住宅體系應運而生。

1 國內外鋼結構體系發展及輕鋼結構試點工程

在國外，鋼結構體系發展較早且推廣迅速。目前，在許多工業發達國家，鋼結構住宅已經普及。例如：澳大利亞鋼框架住宅占其全部住宅數量的50%；日本鋼結構建筑占其全部建筑的50%以上；芬蘭、瑞典、丹麥等國家均已形成了相當規模的產業化鋼結構住宅體系。美國的多層輕鋼結構住宅技術是一項集輕鋼結構、節能保溫、新型建材、設計施工于一體的綜合技術。輕鋼結構住宅體系在美國的發展已較完善，且多層公寓、酒店等多采用輕鋼結構。1990年，美國開始設計了第一幢多層輕鋼住宅，截止到1996年，鋼框架住宅在美國達到了20萬幢，約占其住宅建筑總數的20%。在意大利，新意大利鋼鐵公司和熱那亞大學合作研究設計了新型房屋建筑體系BASIS工業化建筑體系。該建筑體系采用CAD計算機輔助設計和CAM計算機輔助制造，并且具有結構受力合理、抗震性好、施工速度快等優點，在歐洲、非洲等地區推廣應用［1］。這些國家在鋼結構住宅的建筑材料、結構性能、設計施工等方面的研究均已處于世界領先水平。

鋼結構住宅建筑體系在我國的發展相對較晚，直到20世紀80年代中期，我國改革開放，從日本引進了輕鋼結構低層別墅。近年來，又引進了加拿大、澳大利亞等國家的輕鋼龍骨住宅體系構件。1994年建于上海的輕鋼結構住宅體系是我國最早的鋼結構住宅體系，其主要采用U型冷彎薄壁組合梁和冷彎成型矩形鋼管段組成框架。國家建設部從1990年開始積極倡導在全國范圍內發展及應用鋼結構住宅建筑，建設部還組織了關于鋼結構住宅建筑體系及關鍵技術研究課題，并相繼在天津、上海、深圳等地開展多高層鋼結構住宅建筑試點工程。最引人關注的鋼結構住宅當屬1999年長沙遠大公司3個月建成的8層H型鋼框架和壓型鋼板組合結構，并且配合整體浴室、中央空調等新進設備的集成住宅，充分體現了預制、集成、裝配的特點，展現了鋼結構住宅的良好前景［2］。

2 輕鋼結構的特點及結構體系

2.1 輕鋼結構的特點

輕鋼結構是一種年輕且極具生命力的鋼結構體系，其憑借自身特點，在多高層住宅建筑、辦公樓、別墅、體育館等大跨徑建筑領域得到廣泛應用。此外，其還可以用于舊房加固、改建和工期緊、運輸不便的地區等。輕鋼結構主要有以下特點。①輕鋼結構最顯著的特點是自重輕，大約為傳統鋼筋混凝土結構自重的10%甚至更低，與普通鋼結構相比，輕鋼結構的自重也僅僅為其50%甚至達到30%［3］。結合輕鋼結構住宅自重輕的特點，可以優先考慮在地基軟弱地區使用以便能節省地基處理費用。②鋼結構住宅空間布置靈活，可增加使用面積5%～8%，且墻體薄，建筑有效使用面積大，管線穿越方便，避免穿墻打洞對結構的破壞。③因鋼材是一種延性材料，且強度高，溫度變化并不會使其產生裂縫，對于沉降導致的裂縫也會大大減少；輕鋼結構充分發揮了鋼材強度高、塑性韌性強、延性好等特點，具有較好的抗震性能。輕鋼結構住宅體系憑借其抗震性能好等特點可以用于抗震烈度7度以上的地區。④輕鋼結構現場濕作業少，粉塵污染少，噪音小，對周圍環境影響小，大力發展輕鋼結構住宅體系，大量使用鋼材減少混凝土的用量，也減少了開山挖石量，有利于生態環境的保護，符合建筑環保的要求。⑤輕鋼結構建筑因其構件單一，可以進行現場拼裝，從而減少現場吊裝、運輸的作業量，節省人力、物力和財力，縮短工期，綜合效率明顯高于傳統住宅。從整體來說，輕鋼結構住宅節能環保，是能循環使用的綠色建筑，符合我國可持續發展的要求。

2.2 結構體系

①冷彎薄壁型鋼結構體系，因其抗側力剛度較小，只適用于1-2層的低層建筑或者是別墅。②框架結構體系更適用于高層建筑，而純框架結構體系適用于低層住宅。通常情況下，住宅層數超過3層、抗震設防烈度在7度以上的，應設置側向支撐。③框架剪立墻結構適用于10～20層的建筑，由于開間小、造價高、施工復雜，不適合大跨度房屋設計。④框架結構支撐體系對位移減震效果較好，具有較強的抗震性，適合在中等以上強度地震作用下使用，框架結構支撐是中高層結構中應用較多的結構體系。阻尼支撐框架結構體系對框架柱內力的減少效果更為明顯，更適合在強震地區使用。

3 我國鋼結構住宅建設存在的問題

我國鋼結構住宅建設總體上主要借鑒了歐美等國的經驗。目前，我國鋼結構住宅處于發展階段，鋼結構住宅發展和研究方面還有一些問題亟需解決。①鋼結構住房推廣難度大。受傳統建筑觀念的影響，人們在設計單層和多層廠房時，多會選擇鋼筋混凝土結構。隨著鋼材的大量生產及建設技術的發展，鋼結構住宅建設周期短，且與鋼混結構造價基本持平，其逐漸被人們所接受，但多層、高層鋼結構住房推廣仍較為困難。②缺乏完整的適用于鋼結構住宅體系的計算標準，導致鋼結構住宅的各種方案造價相差較大，從而使人們對鋼結構體系產生偏見，認為其造價遠遠高于混凝土結構。③目前，我國已經出臺了較多鋼結構規范、標準等，但并未編制專門統一的鋼結構住宅設計規范和施工技術驗收標準；輕鋼結構住宅憑借其自重輕、可循環再利用、開間布置靈活等優點脫穎而出，但如何解決鋼結構住宅建筑防火、防腐蝕等仍是面臨的主要難題。④住宅產業化程度不高，住宅產品部件生產規格化、標準化滯后。因此，應做好市場調查，準確定位，對鋼結構住宅產業化進行進一步的研究，逐漸研究出一套完善的技術措施和生產體系以符合我國鋼結構住宅產業化發展運作模式。

4 結語

輕型鋼結構建筑是以輕型高效能鋼材組成的美觀、舒適且適用性強的多高層鋼結構建筑。輕鋼建筑技術先進，綜合經濟效益優良，屬于綠色建筑，又可再生利用，符合可持續發展的理念，必將成為未來住宅體系發展的主要方向。

［1］吳云，王云龍.鋼結構住宅設計研究［M］.蘭州：蘭州大學出版社，2009.

［2］黃續.淺談鋼結構建筑住宅的應用和發展［J］.中國建筑金屬結構，2006（4）：32-34.

［3］陳銀.多高層輕鋼結構住宅的設計與研究應用［D］.邯鄲：河北工程大學，2013.

Application of Light Steel Structure Residential System

Li GuanghuiDing Yahao Zhang Pan Li Peng
（Zhengzhou University of Aeronautics，Zhengzhou Henan 450046）

The light steel structure residence is one of the new construction technologies promoted in Chi?na.The research on it is helpful to promote the development of housing construction in our country.The structure system of steel structure characteristics was analyzed in this paper,and discussed the structural systems of light steel residential,through the research and application of domestic light steel housing,dis?cussed the existing problems in the development of light steel structure,and forecast the application pros?pect of light steel structure.

steel structure residence；green building；application prospect

TU392.5

A

1003-5168（2017）12-0083-02

2017-11-01

新型工程結構與材料鄭州市科技創新團隊計劃（131PCXTD603）。

李廣慧（1970-），男，博士，教授，研究方向：結構可靠性與地震易損性。

丁雅豪（1992-），女，碩士在讀，研究方向：結構可靠性評價與決策。