高層鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)用

摘要：近年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，鋼結(jié)構(gòu)住宅也開始逐步趨于成熟，在國家經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高的同時國家大力發(fā)展裝配式建筑，為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的進(jìn)一步應(yīng)用提供了條件，本文主要針對高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用進(jìn)行簡單的探討和分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；高層住宅；裝配式建筑

1、國內(nèi)、外鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展概況

1.1國外鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展概況

二十世紀(jì)50年代，歐洲由于住宅方面需求很大，出現(xiàn)了住宅房慌，為了解決這一問題，他們采用了鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，隨著時間的推移，鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用在歐洲得到了全面的發(fā)展，并隨之傳到了美國、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國家。

近年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)住宅建造技術(shù)的不斷提高和完善，社會對于鋼結(jié)構(gòu)住宅的需求也從量需求到發(fā)展質(zhì)需求轉(zhuǎn)變，西方的一些國家住宅產(chǎn)業(yè)化也有了新一輪的發(fā)展，瑞典作為世界上住宅行業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，他們的鋼結(jié)構(gòu)住宅80%以上都使用裝配式部件，因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用技術(shù)和性能指標(biāo)得到較大提高和完善。

目前，國外的鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化生產(chǎn)方面的研究已進(jìn)入對住宅體系靈活性、多變性的研究，以大適應(yīng)面和產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)。如日本的三澤住宅以“年住宅”的概念，達(dá)到年銷售量近萬套以及英國政府委托建筑領(lǐng)域完成的一份被稱作“建筑生產(chǎn)反思”的報告中提出了一個最新的觀念：將制造業(yè)的生產(chǎn)方式列入建筑業(yè)，它打破了人們長期以來認(rèn)為的建筑業(yè)不同于制造業(yè)，認(rèn)為它的每個產(chǎn)品都是獨一無二的觀念。值得注意的是，住宅產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)體現(xiàn)出這樣的基本原則，即以模數(shù)化構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化，以標(biāo)準(zhǔn)化推動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。從20世紀(jì)90年開始國外已形成了從設(shè)計、制作到供應(yīng)的成套技術(shù)及有效的供應(yīng)鏈管理，其中輕鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、強度高、空間利用率高等特點，發(fā)展成為單元式建筑的主干，主要用于住宅、飯店、酒店的修建或改擴建。

1.2我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)現(xiàn)狀

我國“十五”期間計劃達(dá)到每年建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量將占全國鋼材總產(chǎn)量的3%；到2015年將達(dá)到鋼材總產(chǎn)量的6%。這是已經(jīng)公布的《國家建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)“十五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出的發(fā)展目標(biāo)。為促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，建設(shè)部于2002年發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》，并審批通過了三批共36項鋼結(jié)構(gòu)住宅科研項目立項和確定了北京賽博思金屬結(jié)構(gòu)工程管理公司的第一個建設(shè)部鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化科技示范工程。目前我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)應(yīng)用已呈現(xiàn)出更為廣泛與深化的發(fā)展趨勢，同時全國各地也相繼建成了一批鋼結(jié)構(gòu)住宅示范工程。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅有北京朝陽區(qū)十里堡的晨光家園B區(qū)、上海中福城二期、三期住宅、廣西南京的湖濱大廈等，為鋼管混凝土柱框架-核心筒結(jié)構(gòu)，上海的中福花苑一期，為鋼-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。安徽馬鞍山的光明新村1號樓和2號樓，還有濟南百花小區(qū)1號樓，是鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系，新疆烏魯木齊市新民西街化工集團(tuán)綜合樓，為鋼框架混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，陜西的麗彩天璽，武漢世紀(jì)家園，杭州錢江世紀(jì)城等為全鋼構(gòu)體系。

隨著建筑業(yè)施工技術(shù)應(yīng)用的不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)住宅也逐漸走進(jìn)我們的視野，在國家大力推廣裝配式建筑的指導(dǎo)意見下，鋼結(jié)構(gòu)住宅依靠自身的優(yōu)勢和環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢也在大力開始推廣，從上世紀(jì)90年代開始我國逐步在鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用方面開始主要用于辦公、公共建筑、超高層大樓等方面，隨著國家政策的推廣和環(huán)保方面的要求越來越高的時候，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展將進(jìn)入一個新的時代。

2016年9月27日國務(wù)院發(fā)布關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見指出，鋼結(jié)構(gòu)作為一種裝配式結(jié)構(gòu)要進(jìn)行大力推廣，到2025年裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%，因此，它給鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展帶來了前所未有的機遇，目前我國的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展已經(jīng)展現(xiàn)出更為成熟和廣泛的發(fā)展趨勢，同時全國也相繼出現(xiàn)了一批具有鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、建造的施工企業(yè)，以杭蕭鋼構(gòu)、山東遠(yuǎn)大為代表的一大批企業(yè)開始如雨后春筍般的呈現(xiàn)出來，各種體系以及不同高度的鋼結(jié)構(gòu)住宅在政府的大力支持下逐步開發(fā)，隨著人民對鋼結(jié)構(gòu)住宅的接受程度的提高，新技術(shù)、新材料和新工藝的進(jìn)一步應(yīng)用，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅將會在我國進(jìn)行更廣泛的應(yīng)用。

2、鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)劣性

我國是鋼材生產(chǎn)大國，也是建筑業(yè)大國，傳統(tǒng)的建造方式每年消耗大量的資源，每年消耗的水泥5億噸，對土地資源和環(huán)境造成了巨大的破壞和污染，形成的垃圾無法處理等等，鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用和發(fā)展恰恰解決了這一問題，首先鋼材作為環(huán)保材料具有較高的循環(huán)利用價值；其次鋼結(jié)構(gòu)具有抗震性能好，構(gòu)件尺寸小，結(jié)構(gòu)空間布局靈活等優(yōu)點能更好的滿足建筑需求，另外鋼結(jié)構(gòu)的使用有利于工業(yè)化生產(chǎn)還具有安裝方便建造速度快等優(yōu)點，大大減少了建造成本，為企業(yè)減少更多負(fù)擔(dān)。

3、鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點

鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國己有20年的歷程，在眾多的住宅建筑中，鋼結(jié)構(gòu)住宅適宜構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)，可以將設(shè)計、生產(chǎn)、施工、安裝一體化，變“現(xiàn)場建造”為“工廠制造”，提高住宅工業(yè)化、商品化水平，而且鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕，基礎(chǔ)造價低，適用于軟弱地基，安裝容易，施工快，周期短，投資回收快，施工污染環(huán)境少，抗震性能好，可回收利用，經(jīng)濟環(huán)保等，因而在住宅市場有著良好的發(fā)展前景，被譽為二十一世紀(jì)的“綠色建筑”之一。鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在設(shè)計、施工、實用、經(jīng)濟性、環(huán)保方面都具有優(yōu)勢：

第一、鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織均勻，比較接近于勻質(zhì)和各向同性體，在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的，實際受力情況和工程力學(xué)計算結(jié)果接近，設(shè)計更準(zhǔn)確，無徐變和收縮現(xiàn)象、能在惡劣天氣下施工等；

第二、構(gòu)件生產(chǎn)工廠化，變“現(xiàn)場建造”為“工廠制造”，質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)場組裝，減少施工現(xiàn)場的環(huán)境、噪音污染；

第三、新型輕質(zhì)圍護(hù)板材，不助燃，不霉變，不蟲蛀，裝修一次到位，少維修，管線可暗埋在墻體及樓層結(jié)構(gòu)中，內(nèi)墻為輕質(zhì)板材，增加使用面積5%%～8%，可重新分隔空間改變使用功能，更好的滿足住戶的要求；

第四、鋼材可回收利用，輕質(zhì)墻板、復(fù)合樓板等新型材料，符合建筑節(jié)能和環(huán)保的要求；

第五、鋼結(jié)構(gòu)住宅輕質(zhì)高強，使基礎(chǔ)設(shè)計簡單化，減少基礎(chǔ)造價，尤其適用于地質(zhì)條件較差的地區(qū)；

第六、抗震性能好，用于結(jié)構(gòu)抗震措施的費用少。

第七、施工周期短，投資回報快，資金風(fēng)險低，投資效益高，制作、運輸、安裝、圍護(hù)方便；

第八、比較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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，能夠更好的滿足建筑大開間、靈活分隔的要求，并且可提高使用面積；

第九、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。

第十、鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化程度高，現(xiàn)場作業(yè)少，其材料本身可再生利用，符合建筑的環(huán)保要求；

第十一、易增層和改造，另外，還具有無徐變和收縮現(xiàn)象、防蟲防蛀、能在惡劣天氣下施工等優(yōu)點；

第十二、經(jīng)濟效益好，短工期、低成本、快周轉(zhuǎn)、易裝修、增面積。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅施工時基本為干法施工，裝配化程度高，由于不需要支模，受氣候影小。

第十三、舒適現(xiàn)代并且綠色環(huán)保，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求：享受“空間自由組合”的住宅、享受會“呼吸”的住宅、享受“高品質(zhì)”的住宅。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑突破可多樣性和建筑美學(xué)的難點，不僅大空間大跨度的公共與工業(yè)建筑非它莫屬，并以寬敞舒適高標(biāo)準(zhǔn)為特征的商用與民用建筑也以它來滿足與日俱增的需求。

4、鋼結(jié)構(gòu)住宅經(jīng)濟評價分析

目前制約鋼結(jié)構(gòu)住宅消費的主要因素是國民經(jīng)濟性問題。由于我國國民收入水平和鋼結(jié)構(gòu)住宅價位之間存在較大差距，對房價的認(rèn)可程度很低。鋼結(jié)構(gòu)體系造價較高，我國人民還是主要接受價位較低的磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅，雖然鋼結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟效益高，性能優(yōu)于其它傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅，但如今在國內(nèi)人們還是無法普遍接受。鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在我國的發(fā)展才剛剛起步，還處于初級階段，最近幾年建立了幾個住宅基地，完成的工程單位面積造價比傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要高，但是能大大縮短工期，基本無污染，增加有效使用面積等方面綜合經(jīng)濟效益更佳。隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化與構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，單位面積的造價有望等同甚至低于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的造價。作為全新的結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)住宅帶來了設(shè)計、制造安裝、施工等多方面的革新，采用鋼材及新型圍護(hù)材料也帶來了制造成本的變化，并成為制約鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展及其推廣應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素。衡量鋼結(jié)構(gòu)住宅的經(jīng)濟性必須結(jié)合其優(yōu)勢及潛能，分析其綜合經(jīng)濟性能。對高層建筑而言，與傳統(tǒng)混結(jié)構(gòu)相比鋼結(jié)構(gòu)住宅的土建造價低10%～20%，鋼結(jié)構(gòu)住宅主體部分及鋼筋混凝土住宅主體結(jié)構(gòu)部分的造價占總造價比例基本相當(dāng)（分別為55%及53%），主要原因在于圍護(hù)部分的造價太高。因此，合理降低墻板的價格，對于降低工程造價具有重要的意義。考慮到前述鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢，其基礎(chǔ)造價低30%，得房率高5%～8%，施工周期減少約30%，因此綜合而言，鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合造價大致與混凝土住宅造價基本相當(dāng)。特別是隨著裝配式住宅的推廣應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)住宅更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕。由鋼材建造的房屋整體重量輕，其首要原因是鋼材本身較木材、砌塊、混凝土等傳統(tǒng)材料的強度高、重量輕，7t混凝土僅相當(dāng)于1t鋼結(jié)構(gòu)的用量；其次，在鋼住宅的結(jié)構(gòu)體系中，墻體和樓板非常適合于采用輕質(zhì)材料，這對主體重量的減輕也是非常重要的。

其次，鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件多為型鋼，比較適合電線和管道的通過。目前住宅管道依戶獨立布置，致使每戶的管線數(shù)量增多，若采用混凝土結(jié)構(gòu)因其梁不能開孔，只能在梁下方通過，這樣便占用了一定的凈空而且不美觀，同時外露易造成隱患。而鋼結(jié)構(gòu)住宅就不存在這樣的問題，其梁上可開孔，腹板處可埋入管線而不占用戶內(nèi)空間，此外，因其墻體多為輕質(zhì)填充墻，內(nèi)部也可埋入管線，不占用房間的使用面積。

鋼結(jié)構(gòu)住宅施工速度快。由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠里制作，許多作業(yè)可以交叉完成，如可以工廠制作與現(xiàn)場安裝平行進(jìn)行，甚至一些標(biāo)準(zhǔn)化的住宅體系，可以隨訂貨，隨建筑，而且不受天氣及季節(jié)的影響，有利于合理安排各分項工程的施工計劃，縮短施工周期和資金占用時間。采用鋼結(jié)構(gòu)還可為施工提供較大的空間和較為寬敞的施工作業(yè)面。由此可見，從綜合經(jīng)濟效益來看，縮短施工工期比降低造價更為突出，它將為業(yè)主帶來可觀的經(jīng)濟效益，同時在我國市場上的競爭力也將隨著技術(shù)的完善不斷增強。

5、鋼結(jié)構(gòu)住宅的技術(shù)性能分析

鋼結(jié)構(gòu)住宅具有良好的結(jié)構(gòu)性能及經(jīng)濟性能，主要表現(xiàn)在幾個方面：

第一、布局靈活，凈使用面積大，利用型鋼優(yōu)良的承載性能，可以靈活布置大開間、大柱距的建筑平面；非承重輕質(zhì)墻體的設(shè)計為住戶提供了根據(jù)不同用途靈活布置室內(nèi)空間的可能；型鋼構(gòu)件接點構(gòu)造簡潔，在垂直方向可方便地布置躍層和錯層體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面較小，相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案；其凈使用面積提高4--8%，得房率高。

第二、工業(yè)化程度高，設(shè)計制造安裝周期短。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計、制造和安裝的工業(yè)化思想，借助BIM技術(shù)和工業(yè)智能化生產(chǎn)手段，可實現(xiàn)一體化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，一體化裝修、信息化管理及智能化應(yīng)用等具有極高的效率和精確度，項目建設(shè)周期可縮短工期1/3，這樣將極大地減少投資融資成本，使業(yè)主或建筑開發(fā)商在享受回報上具備很大的優(yōu)勢。

第三、安全性好，鋼材是一種高強、高性能材料。

第四、防火性能好，鋼材本身防火性能差，但是通過防火材料進(jìn)行覆蓋，能夠滿足高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的防火等級要求；目前以杭蕭鋼構(gòu)和天豐集團(tuán)采用石膏噴涂漿料防火，既滿足防火要求，又美觀且成本較傳統(tǒng)防火涂料節(jié)約2/3。

6、結(jié)束語

裝配式建筑的推廣應(yīng)用，必定會帶來鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的大力發(fā)展，隨著國家提出的裝修一體化的實施和智能化應(yīng)用的要求，在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅方面的設(shè)計特點的凸顯，以及設(shè)計師傳統(tǒng)觀念的改變，一定會有更多的適應(yīng)21世紀(jì)人類生活特點，個性鮮明的能夠滿足消費者不斷變化的物質(zhì)生活需要的鋼結(jié)構(gòu)住宅的涌現(xiàn)，它們是通過精心設(shè)計，各種功能分工更加合理、清晰、空間組織更為靈活、環(huán)境更加舒適、安全性能更加可靠的新一代住宅體系。

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