试论钢结构的特点及其在住宅上的应用

摘要：随着国家建筑节约型社会战略决策的实施，发展节能型住宅越来越受到重视，钢结构因具有自重轻、强度高、抗震性能好、又便于工业化生产等特点，同时也是节能环保、能循环使用的建筑结构，钢结构住宅的发展有着良好的势头。

关键词：钢结构特点 钢结构住宅 结构体系

建筑技术的发展是和材料技术的发展密不可分的, 建筑用材从最初的石头、木料发展到砖瓦，再到近代的水泥、钢材, 经历了漫长的探索和变革的过程,随着社会的发展，我国已逐渐进入钢结构住宅体系时代。

一 钢结构的特点

钢结构住宅建筑是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构建造而成，其中主要承重骨架是由钢构件或钢管(圆管或矩形管)混凝土构件所组成。在住宅建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面:

1 自重轻

钢材与混凝土、木材相比，其重力密度与强度的比值最小，因此，就同类建筑结构形式而言，钢结构自重轻、构件截面小、能够承受更大的荷载、可以跨越更大的跨度、便于运输和安装。例如，在同等荷载条件下，钢屋架的重量只有同等混凝土屋架的1/3~ 1/4，如果采用冷弯薄壁型钢屋架只有1/10左右。钢结构住宅的重量是钢筋混凝土住宅的1/2~1/3，大大减轻基础的荷载，减少砼用量可减轻建筑结构自重的30%,大大降低基础的造价[1]。

2 抗震性能好

钢材质地均匀、各向同性、弹性模量大、有很好的塑性及韧性，是理想的弹性―塑性体。因此，钢结构不会因为偶然的超载或局部超载而突然断裂破坏，因此抗震性能好，可以通过一定的允许变形，吸收、消耗掉大量的地震力，从而减小地震力对建筑物的破坏。有业内人士统计，四川省的门式刚架轻型钢房屋，极少有在地震中倒塌，与周边房屋的倒塌和破损形成鲜明对比。

3施工方便

钢结构除基础外，构件全部由专业工厂标准化生产，尺寸精度高，建筑质量容易保证，各构件运抵现场组装，由于钢结构构件可以实行工广化生产、现场安装方便，所以现场作业量小，钢结构住宅现场组装部件，不仅很少看到建筑工地常见的泥水满地的情况，而且噪声、粉尘和建筑垃圾也少，工业化程度高，也正因为这个原因，钢结构住宅也被称为“从流水线上走下来的住宅”。另外，施工作业受天气及季节影响较小，并且可以工厂制作与现场安装平行进行，可节省银行费用和临时房租，降低建筑材料和人员等成本，大大缩短了建造周期和资金占用时间，在同等条件下，钢结构与钢筋混凝土结构施工工期相比，钢结构仅是钢筋混凝土结构的1/3～1/2[2]。

4节能

虽然单纯从原材料的价格上看，钢结构比混凝土结构的造价要高，但建造房屋是一个系统工程，包括设计、制造、运输、安装、维修和管理等诸多环节，钢结构比混凝土结构建设的速度要快50%左右，这样会节省时间成本，钢结构比混凝土结构的房屋整体重量要轻50%以上，基础处理、运输量的成本都会下降。另外建造和拆除时对环境污染较少且改建和拆迁容易，钢材可以回收，再生利用率高，相对于目前普遍使用的其他建筑材料，其节能指标可达50%，属于绿色环保建筑体系，符合我国可持续发展的要求。

二 钢结构住宅在国内外的发展

从世界范围看，钢结构工业化住宅在国外的应用比较广泛，日本地处太平洋地区地震带中，其政府特别重视居住者的生命和财产安全，追求住宅良好的抗震性。到20世纪90年代末，日本预制装配住宅中木结构占18%，混凝土结构占11%，钢结构占71%。日本芦屋浜高层钢结构住宅，将结构构件与各住户的建筑构成分离开，主体结构是由箱形钢柱、“H”型钢柱、钢梁和钢支撑组成的纯钢框架。美国是最早采用钢框架结构建造住宅的国家和地区之一， 1965年钢结构在美国仅占建筑市场15%，1990年上升到53%，而1993年上升到68%，到2000年已经上升到75%。美国湖滨大道公寓是建筑巨匠路德维希・密斯・凡・德・罗的作品，于1951年在芝加哥落成，钢结构的梁柱直接暴露在外墙上，具有强烈的现代感。另外，澳大利亚，法国，意大利，芬兰等国都有本国成熟的钢结构住宅体系，钢结构住宅占相当大的市场份额[3]。从总体上说，发达发达国家已从工业化的专用体系走向大规模的通用体系，国家低层独立式住宅已成为居住建筑的主流，其依托就是钢结构。产业化程度高的也多为低层住宅，但也有很多较成熟的多高层钢结构住宅的实例。

据统计，我国目前住宅年竣工面积为12亿平方米~14亿平方米，其中钢结构住宅的所占比例不足1%，而发达国家一般都在40%以上，两者相去甚远，但同时表明我国钢结构住宅的发展前景广阔。我国近几年在各大中城市中, 钢结构建筑逐渐增多,各地已建成一大批钢结构住宅，如北京金宸公寓、上海陆海城、天津丽马钢光明新村、济南东方丽景，以及众多低层独户式和联排式住宅等[4]。

三 钢结构住宅体系形式

近年来钢构件形式的多样化，相关技术的进步为钢结构工业化住宅发展奠定了原料供应的基础和技术基础。对于低、多层住宅，目前国内外常见的结构体系主要有：

1钢框架体系

钢框架体系是钢结构住宅中最常见的一种结构形式，它是将梁柱构件刚接，依靠梁柱受弯来承受竖向荷载和水平荷载。钢框架体系结构住宅的特点是，结构简单、受力明确、平面布置灵活、结构刚度均匀、抗震性能好，属典型的柔性结构体系，可以作成大开间，充分满足建筑布置上的要求，用于多层钢结构住宅，但侧向刚度差。

2 钢框架支撑体系

钢框架支撑结构体系是一种在框架结构体系中设置斜向支撑构件藉助支撑来承受水平力和提供侧向刚度的结构形式，通常的形式为用槽钢或角钢在墙体平面内布置垂直支撑体系，还可以根据建筑要求沿纵、横向单向布置或双向布置。这种结构与框架结构体系相比，而且在弹性变形阶段具有较大的刚度，很容易满足结构层间位移的限制要求，提高侧向刚度，减小层间位移，当房屋较高时，它比纯框架来得经济[5]。另外，考虑到门窗的布置，可采用X型、单斜杆型、人字型、W型、倒W型、门式等形式，还可采用偏心支撑，在不影响建筑功能的前提下，在平面上支撑应均匀布置，支撑与框架铰接，按拉杆或压杆设计。

3 剪力墙体系

在低多层住宅中，通常应用传统的剪力墙体系，如混凝土剪力墙和钢板剪力墙，目前最理想的是空腔结构板，这是一种新型轻质的板材，该板材与钢框架结构可靠连接，形成新型剪力墙。另外，在美国、澳大利亚等国家还有交错衍架体系。

总之，随着城市化和工业化步伐的进一步加快，我国钢结构住宅的技术和规范的日益完善，钢结构住宅凭借高性价比和工业化生产的优点，发展前景广阔。

参考文献：

[1] 马飞宇.钢结构住宅―我国住宅工业化的发展方向[J].盐城工学院学报，2003，(6).

[2] 雷宏刚.21世纪建筑钢结构的应月及展望[J].山西建筑，2002,（2）.

[3] 张小玲.钢结构住宅建筑体现状和发展趋势[J].建设科技，2003,（12）.

[4] 肖亚明.我国钢结构建筑的发展现状及前景[J].合肥工业大学学报，2003,（1）.

[5] 张庆风.钢结构住宅设计与施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003,（12）.