鋼管混凝土異形柱在鋼結構住宅中的應用現狀研究

李其廉 劉亮俊 安朋飛 齊笑苑 董美靜 李森

1 河北科技大學建筑工程學院 河北 石家莊 050000 2 浙江佳源房地產集團有限公司 浙江 嘉興 314000

正文：

1 引言

雖然我國為世界第一產鋼大國，但我國鋼結構建筑所占國內建筑的比例非常低，還不到5%，發達國家鋼結構建筑應用比例都在50%以上，相比之下我們仍然沒有實現鋼結構建筑的產業化。2017年2月，國務院辦公廳發布《關于促進建筑業持續健康發展的意見》，意見指出大力發展裝配式混凝土和鋼結構建筑。伴隨著國家裝配式政策的出臺，各地紛紛落實跟進，發布了地方的裝配式政策，積極推廣鋼結構建筑。

2 現階段我國鋼結構住宅新技術研發情況

2.1 鋼管束剪力墻結構住宅體系

鋼管束剪力墻結構住宅體系由杭蕭鋼構和浙江大學研發。結構體系由鋼管混凝土束組合結構剪力墻、H型鋼梁、裝配式鋼筋桁架樓承板、輕質隔墻、建筑外裝飾面等組成。具有建設周期短、布局靈活、抗震性能優越、綠色環保、節約能源，符合綠色發展理念等優勢。目前已應用于萬郡·大都城、錢江世紀城人才專項用房、武漢世紀家園等高層住宅項目。

2.2 矩形鋼管混凝土組合異形柱住宅體系

矩形鋼管混凝土組合異形柱住宅體系由天津大學陳志華教授團隊研發。提出小截面的鋼管混凝土組合異形柱，可包裹于墻體內部，不露柱子凸角，增大建筑有效使用面積。構件實現工廠化生產，施工速度快，建筑工業化程度高，抗震性能好。目前已成功應用于滄州市福康家園公租房高層住宅項目。

2.3 冷彎薄壁型鋼結構住宅體系

新型冷彎薄壁型鋼結構住宅建筑體系由中國工程院院士周緒紅教授團隊研發，適用于低層及多層住宅建筑。冷彎薄壁型鋼體系住宅建造方式絕大部分建筑構件在工廠制造，用集裝箱運抵施工現場快速拼裝，全部干作業，不需使用大型施工機械。其優勢主要體現在重量輕、強度高、抗震性能好、建造速度快、環保節能、方便各種管線安裝等。

2.4 遠大斜支撐節點加強型鋼框架體系

長沙遠大鋼結構住宅體系，基本構件為立柱、主板、斜支撐，經過標準化的設計、生產，在現場組裝完成。斜支撐在加強節點連接的同時與梁柱框架共同抵抗水平和豎向荷載。該體系在裝配過程中實現全栓連接，易安裝、易拆卸、易維護；施工速度快，工業化程度高，抗震性能好。

2.5 分層裝配式鋼結構工業化住宅體系

分層裝配式鋼結構工業化住宅體系，由同濟大學聯合寶業集團以及日本大和房屋株式會社共同開發。低層的分層裝配式鋼結構工業化住宅體系主要特點為密柱、梁貫通、柱梁鉸接、水平力主要由柱間支撐承擔、模數化集成設計及標準化生產和分層裝配式施工安裝。

3 鋼管混凝土異形柱的工程應用

3.1 異形柱在住宅建筑中的應用優勢

鋼管混凝土是指在鋼管里澆筑混凝土的一種組合構件，將鋼材受拉性能高和混凝土受壓性能好的優點巧妙融合。根據在框架結構體系中所處的位置不同，鋼管混凝土異形柱可以分為角柱、中柱和邊柱。角柱通常采用L形截面；邊柱通常采用T形截面；中柱通常采用十字形截面。鋼管混凝土異形柱相比普通的鋼筋混凝土柱具有許多優勢。鋼管混凝土異形柱承載力高、塑性變形能力強、抗震性能優越；建筑效果好，室內不露柱子凸角、布局靈活，有效增加建筑的使用面積，如圖1所示。與純鋼結構相比，穩定性能、抗火性能、防腐性能更好，且抗側剛度更大，舒適度提高，整體而言綜合效益更好。

圖1 異形柱應用效果

圖2 滄州市福康家園公租房項目

3.2 鋼管混凝土異形柱應用案例

異形柱結構綜合性能較好，具有良好的應用前景。目前異形柱框架體系已成功應用于四川汶川縣映秀鎮魚子溪村災后重建工程、北京市順義區別墅鋼結構住宅項目和河北保定易水嵐庭2號樓項目、滄州市福康家園公共租賃住房高層鋼結構住宅項目，如圖2所示。

周婷、姬爽、陳志華等，對方鋼管混凝土異形柱結構進行抗震性能及優化設計分析。對結構體系進行多遇地震下彈性分析和罕遇地震下彈塑性分析，結果表明方鋼管混凝土異形柱結構形式合理，安全可靠，抗震性能良好。

4 推廣應用中存在的問題及建議

4.1 存在的問題

（1）首先各地政府政策力度不夠，土地、貸款、稅收優惠政策不夠。沒有設置專門機構去制定、推廣鋼結構住宅詳細方案，對鋼結構住宅宣傳不到位。

（2）業主對鋼結構的優勢認識不足。普遍認為鋼結構建筑成本高，并且對鋼結構防火和防腐問題存在片面和錯誤認識，在選擇結構類型時更傾向于混凝土結構。民眾對鋼結構住宅優點缺乏理性認識，內心不太容易接受，認為鋼結構住宅安全性不如普通鋼筋混凝土結構，對鋼結構住宅質量心存疑慮，在購房時優先考慮混凝土結構。

（3）維護結構體系和鋼結構配套不匹配。鋼結構住宅外墻板體系發展滯后，與鋼結構配套的維護結構存在不匹配的問題，并且安裝不方便，難以形成標準化生產和快速安裝體系。專業技術型人才奇缺，產業工人技術能力參差不齊，鋼結構施工的整體水平不高、嚴重影響、制約各類鋼結構建筑的發展空間和推廣。

（4）規范、標準體系不完善。與鋼管混凝土異形柱住宅相關的規范有《鋼管混凝土束結構技術標準》T/CECS546-2018，已于2019年1月1日正式實施。目前鋼管混凝土異形柱沒有對應的規范，缺乏設計參考依據，項目落地需要組織專家對新技術的安全性、可行性及相關技術指標進行評審。評審需要提供一系列詳細資料，包括結構體系及構件、節點的有限元分析結果，結構體系及構件、節點的試驗數據等，耗時較長，資金投入較大。

（5）鋼管混凝土異形柱住宅目前停留于試點工程和保障性住房。工程項目實例較少，在多高層鋼結構住宅中目前只應用于保定市易水嵐庭、滄州市福康家園公租房等項目。

4.2 建議及對策

（1）建議政府相關部門制定詳細的實施方案，在財政補貼、稅費優惠、用地保障、行政許可等方面制定專項扶持政策，不能只是說而不落實到實處。利用新聞媒體資源，做好引導和宣傳，提高全社會的認知度。

（2）完善鋼結構產業化布局，在全國有條件的城市率先設立鋼結構示范城市和鋼結構產業化基地。鼓勵相關企業成立鋼結構技術研發中心，提高鋼結構住宅設計能力和企業核心競爭力，實現設計、生產、制作、安裝、后期運維全產業鏈的運作。加強專業技術型人才的培養，推進建筑產業工人隊伍建設，提高鋼結構住宅整體設計和施工能力。

（3）實現構件、部品的標準化生產。政府部門對鋼結構住宅部品統一管理與協調，實現鋼結構住宅的建筑模數化、標準化。通過實施鋼結構住宅設計模數化、部品標準化、制作工廠化、施工裝配化，實現住宅產業化。借助BIM優勢，推動BIM技術應用在鋼結構住宅全生命周期的信息化管理。

（4）鋼結構不可忽視的問題是防火和防腐問題。政府增加科研基金的投入，地方高校及科研院所加強鋼結構技術的研究，培養專業技術型人才，攻克鋼結構面臨的問題，為鋼結構產業化提供人才輸出及技術保障。

（5）加快制定相應的規范標準及圖集，填補鋼管混凝土異形柱的空白。2018年4月《矩形鋼管混凝土組合異形柱技術規程》征求意見稿發布，很快將會實施。規范標準的發布為異形柱新技術研發提供了設計依據，為后續新技術落地提供了保障。

5 結論

鋼結構住宅中采用鋼管混凝土異形柱，柱截面基本與墻體等厚，可隱藏于墻體內部，室內不露柱子凸角，提高得房率5%～8%，并且戶型布局靈活，抗震性能優良。政府出臺詳細的實施方案及補助政策，利用新聞媒體做好宣傳，積極推廣鋼結構住宅，提高全社會認知度。實施設計模數化、部品標準化，完善結構體系配套。加快制定規范標準及圖集，填補異形柱新技術應用空白。注重技術型人才和產業工人培養，縮小與西方發達國家住宅產業化發展水平。發展裝配式鋼結構住宅符合綠色發展理念，能更好的適應并滿足當前我國國民經濟建設需要，具有廣闊的市場和發展前景。