鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展研究

魏富敏

大元建業(yè)集團股份有限公司

1 引言

隨著中國鋼鐵產(chǎn)量的增加，經(jīng)濟不斷發(fā)展，對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施就要求環(huán)保建筑的提高。而目前環(huán)保建筑改變的大趨勢就是將鋼材作為主體材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用于住宅。2003 年11 月18日～19日，建設(shè)部在北京發(fā)表舉行了“鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)發(fā)展研討會”開發(fā)研討會。全國各地建設(shè)系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)、專家、學(xué)者會聚一堂，總結(jié)了近幾年鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展階段的經(jīng)驗，探討了中國鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)的發(fā)展方向和措施。借助建設(shè)系統(tǒng)的努力，中國鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅從研發(fā)到工程期間的發(fā)展速度比較快，步伐比較大。超過100萬平方米的核心技術(shù)研究取得了階段性的成果。符合中國實際情況的鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅體系已經(jīng)形成，鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅呈現(xiàn)出新的面貌。

2 什么是“鋼結(jié)構(gòu)住宅”

鋼結(jié)構(gòu)的住宅建筑是住宅建筑的分支，磚結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木造樣式是住宅建筑的重要組成部分，以工廠化的鋼筋、鐵柱為骨架，以新型的輕量、保溫、絕熱、強度高的墻體材料作為整個住宅結(jié)構(gòu)的保護結(jié)構(gòu)，由混凝土構(gòu)成。

它在美國、英國等國家的發(fā)展應(yīng)用具有百年以上的歷史，具有與其他結(jié)構(gòu)無法相比的優(yōu)勢，鋼筋住宅對住宅產(chǎn)業(yè)和建筑產(chǎn)業(yè)有著深厚的淵源，帶來了革命性的影響。

3 鋼結(jié)構(gòu)住宅國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 鋼結(jié)構(gòu)住宅國外發(fā)展狀況

鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅區(qū)在美國、日本、英國、澳大利亞等地的鋼結(jié)構(gòu)住宅在海外發(fā)展已經(jīng)有了數(shù)十年的歷史，其開發(fā)和應(yīng)用的美國鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅區(qū)的比例從1990 年代的5%增加到了25%以上。而日本和澳大利亞的鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑從建筑整體來看已經(jīng)達到了占比百分之五十以上。

3.1.1 日本鋼結(jié)構(gòu)

木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼鐵結(jié)構(gòu)是日本的普通住宅類型，近幾年來，結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展主要著眼于鋼鐵結(jié)構(gòu)的形式，日本的產(chǎn)業(yè)化鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅建筑幾乎都是從高水平企業(yè)獨立出來的。建筑的工程保證了質(zhì)量和安全。

目前，日本的鋼鐵住宅業(yè)界提倡新的鋼筋結(jié)構(gòu)住宅體系。

（1）長14.4m，可容納200m的大空間，1到3戶可使用。（2）主體結(jié)構(gòu)和設(shè)備實現(xiàn)空間分離，便于設(shè)備檢查。（3）柱子使用鋼管混凝土柱子，使用耐火鋼。（4）地面結(jié)合預(yù)制混凝土板和現(xiàn)有鋼筋混凝土板進行施工，同時容易安裝設(shè)備管道。（5）外墻采用輕薄的ALC 板和輕巧的PC 板，這堵墻的施工可以避免現(xiàn)場的濕氣，內(nèi)堰使用有防聲音、防滲出功能的輕巧墻壁進行干式工程。

3.1.2 法國鋼結(jié)構(gòu)住宅

法國鋼結(jié)構(gòu)的建筑層數(shù)一般為2層或多層，型鋼的斷面多種多樣，其中I型鋼適合梁，寬翼H型鋼適合柱，L型鋼和U型鋼適合變量和變形。鐵柱使用開口部分的斷面是節(jié)點。在連接處理中，地板通常采用建筑板或混凝土的組合板來滿足規(guī)范的負荷能力和整體性等要求。

（1）大樓的面板主要為地板，現(xiàn)在分為地板和復(fù)合地板。面板使用了輕量的板，具有一定的自負能力。（2）內(nèi)、外壁體外壁采用中部輕鋼結(jié)構(gòu)，是內(nèi)外安裝石膏板的結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)墻板是中部輕鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)外安裝石膏板的構(gòu)造。

3.1.3 意大利鋼構(gòu)

根據(jù)調(diào)查研究得到的資料，從意大利1到8樓的大部分建筑都采用了基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化建筑系統(tǒng)。意大利這種方式建造的住宅的優(yōu)點是外形獨特，傳遞路徑穩(wěn)定，安裝效率比較高。這種建筑方式在歐洲和相關(guān)地區(qū)得到廣泛認可。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)住宅國內(nèi)發(fā)展狀況

近幾年來，中國鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展取得了顯著的成就，成功地建設(shè)了世界一流鋼鐵結(jié)構(gòu)標志性項目，研發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、出現(xiàn)了很多具有綜合運營能力的大企業(yè)，鋼鐵結(jié)構(gòu)規(guī)范體系基本上建立了鋼鐵結(jié)構(gòu)的工程技術(shù)體系。目前中國鋼鐵結(jié)構(gòu)以板材為主，中國鋼鐵結(jié)構(gòu)以住宅建筑為中心。2019年以后，在政策支持下，多層鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展明顯，比例明顯增加，腿部鋼結(jié)構(gòu)近幾年發(fā)展不順利，腿部鋼結(jié)構(gòu)較低，變化跡象不明顯，且在大橋梁上應(yīng)用了，要突破橋的鐵骨結(jié)構(gòu)發(fā)展的瓶頸，必須大力推廣中小型鐵橋和結(jié)合橋。

3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)市場格局

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展取得了巨大的成就。鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑廣泛應(yīng)用于工業(yè)工廠、平房、多層工廠、倉庫、大型公共設(shè)施等領(lǐng)域。我國這兩年鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展在道路、橋梁兩個方面取得了很大的發(fā)展。2018年，中國粗鋼產(chǎn)量9億28萬噸，比2017年大幅增加。近幾年因為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的影響已經(jīng)來到了鋼鐵行業(yè)史上最高利潤時期，我國作為一個資源大國，2017年鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量已經(jīng)突破了6400 萬噸。而據(jù)不完全的統(tǒng)計在2018 年我國鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量已經(jīng)超過7000 萬噸，近10 年來，我國鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量一直以年平均增長率超過13%的速度保持持續(xù)的高速增長，目前我國鋼鐵產(chǎn)量根據(jù)世界鋼鐵產(chǎn)量統(tǒng)計，2018年我國鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量為世界鋼鐵鋼產(chǎn)量近5位，或超過韓國（約7100萬噸）成為世界鋼鐵結(jié)構(gòu)第一大國，組裝式鋼鐵結(jié)構(gòu)是國家重點支撐產(chǎn)業(yè)，是全國鋼鐵結(jié)構(gòu)第一大國。各城市制定裝配式鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標，提高裝配式鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑的比例。部分城市20年前提出重點地區(qū)，裝配式建筑在新建建筑中所占比例在20%到30%以上，2025 年達到50%以上，部分特大城市達到100%。隨著雄安新區(qū)的建設(shè)，北京地區(qū)的組裝式建筑實現(xiàn)了新的突破，成為組裝式建筑的主戰(zhàn)場之一。在良好發(fā)展的新形勢下，加快宣傳鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑、鋼鐵結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量。不僅能充分發(fā)揮低強度、抗震性、施工周期短、利用率高的優(yōu)點，還能實現(xiàn)從建筑現(xiàn)場向工廠的轉(zhuǎn)換，促進建筑行業(yè)的更新?lián)Q代。另外，提高內(nèi)需，刺激經(jīng)濟，解決國民鋼鐵生產(chǎn)能力的過剩矛盾。

3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測

工廠制造零部件和現(xiàn)場的裝配化工程實現(xiàn)了建筑技術(shù)的集成化和產(chǎn)業(yè)化，提高了住宅產(chǎn)業(yè)化水平，提高了建筑技術(shù)含量。從合理化、環(huán)保的角度來看，受到中國環(huán)境保護政策的影響，今后我國城市建設(shè)發(fā)展空間面臨的壓力將越來越大，有限城市的發(fā)展空間可以滿足日益加速的城鎮(zhèn)化社會建設(shè)的速度，在建筑施工范圍越來越小的同時，由于能源不足，可再生資源的存量逐漸減少，這些因素將使鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展面臨同樣的巨大挑戰(zhàn)。

因此，鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)朝著合理的規(guī)劃、節(jié)能、環(huán)保的大方向進行發(fā)展，鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)具有加工制作簡單、施工方便、周期短、結(jié)構(gòu)靈活、造型自由、使用效果好等優(yōu)點。此外，這種情況也將推動冶金行業(yè)、房地產(chǎn)行業(yè)和建筑行業(yè)等三個行業(yè)，促進資源優(yōu)化分配，根據(jù)需求進行分配，同時實現(xiàn)數(shù)量計劃，帶來有限的資源效應(yīng)，最大化處理將減少對周邊建筑工程環(huán)境的損害實現(xiàn)余留資源的最大效率，不斷凈化周邊生活的空氣環(huán)境，更好地實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，達到文明城市、文明生活環(huán)境的目的。

4 鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點

鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)保節(jié)能住宅，突破了我國一直傳承的傳統(tǒng)建筑風(fēng)格，取代了古老的紅磚混凝土，使用產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的建筑材料，將各種優(yōu)勢匯聚在一起，是21世紀人類居住環(huán)境的理想建筑。

（1）鋼結(jié)構(gòu)重量輕，強度高，抗震性高，鋼結(jié)構(gòu)材料強度高，塑性好，結(jié)構(gòu)柔軟，鋼結(jié)構(gòu)住宅的重量約占混凝土住宅重量的三分之一到二分之一。由于自重的減少，地震效果下降，自重的一半減少，防震設(shè)施的熱量下降，地震效果降低很多。

（2）產(chǎn)業(yè)化水平高，住宅產(chǎn)業(yè)化容易，鋼鐵結(jié)構(gòu)的住宅設(shè)計通過專業(yè)設(shè)計軟件大幅縮短設(shè)計周期，實現(xiàn)設(shè)計標準化，所有結(jié)構(gòu)的工廠化加工精度高，保證品質(zhì)、簡單、機械化組裝簡單，施工速度快，施工時間短，比以前住宅的施工時間減短40%以上。

（3）空間利用率高，功能區(qū)間合理配置，鋼材重量輕，便于形成柱街、大間開放式住宅。另一方面，傳統(tǒng)的構(gòu)造（磚的混合構(gòu)造、混凝土構(gòu)造等）根據(jù)材料的特性，空間的自由布局受到限制，寬度大，網(wǎng)格太大，會出現(xiàn)板的厚度、高度、柱的大小、“粗柱”現(xiàn)象，不僅影響美觀，還增加了自身的重量和價格，在空間使用率上，鋼鐵住宅的使用鋼量和鐵柱的斷面是傳統(tǒng)的住宅方式。比之前的結(jié)構(gòu)減少，孔的寬度也減少。因此，房間的使用面積變大，與以往的構(gòu)造相比有效面積增加了10%左右。

（4）鋼結(jié)構(gòu)住宅在環(huán)境保護、節(jié)能減排方面也發(fā)揮了很大的作用，目前我國的住房體系主要還是采用傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)，不可避免地產(chǎn)生建筑垃圾，使環(huán)境遭到破壞。大量使用泥磚，浪費土地資源。鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅使用的材料主要是環(huán)保再利用的材料，在拆毀建筑物時，鋼材可以100%再循環(huán)利用。

5 鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展中需要解決的問題

鋼鐵結(jié)構(gòu)的住宅配套技術(shù)以前由于技術(shù)不足，市場需求未達到產(chǎn)業(yè)化水平，我國相關(guān)產(chǎn)品的功能性單一，產(chǎn)業(yè)化水平不高，產(chǎn)品質(zhì)量不符合住宅產(chǎn)業(yè)化標準。這項技術(shù)是分散的，不是系統(tǒng)的，而是技術(shù)水平和標準的分散，所以不需要組合，而是需要研究和綜合創(chuàng)新，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度解決了很多問題，鋼筋結(jié)構(gòu)應(yīng)用于大幅度的工業(yè)工廠和公共建筑，鋼材的機械充分發(fā)揮了性能。用于住宅，同樣的負荷，單面小的話，就會減少，不安感和地板、支架等的要求也會提高。而新老住宅建筑方式的轉(zhuǎn)變也會導(dǎo)致一定環(huán)境垃圾的產(chǎn)生，即使緩慢改變也會出現(xiàn)一定問題，這也是在鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展中不得不考慮的問題。

6 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)住宅是一個技術(shù)高效的產(chǎn)業(yè)，對整個人類社會的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有戰(zhàn)略意義。了解了一定程度上的鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系，在國外鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展不錯的情況下，我國未來的發(fā)展道路方向還是比較明確的，當然這其中也存在一些技術(shù)問題或現(xiàn)實因素，不過鋼結(jié)構(gòu)住宅代替?zhèn)鹘y(tǒng)住宅方式的趨勢已經(jīng)明了，未來鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的發(fā)展也會越來越好。