13585605056周先生
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我國的住宅建設已經進入裝配化時代，作為裝配式住宅家族的后起之秀，鋼結構住宅在我國新建房屋中所占的比例不斷提高。為了讓大家對鋼結構住宅有一個初步的了解，本文從結構專業的角度，對這種住宅體系做一個簡單的介紹，并解答地產人普遍關心的幾個問題。
鋼結構住宅的現狀和發展前景
二戰后隨著人口大量增加和由此導致的能源危機，各國都在尋求既節能環保，又能快速批量建造的建筑形式。鋼結構既符合綠色環保的理念，又具有模塊化和標準化的特點，符合建筑工業化的需求，因此在歐美國家得到長足的發展。我國雖然人口眾多，但鑒于工業基礎薄弱，因此鋼結構住宅起步較晚，只是近幾年才開始進行系統的研究和設計建造。下面從建造規模和發展階段兩個方面對國內外鋼結構住宅的現狀做一個比較：
1、建造規模
據統計，美國在1965年時鋼結構房屋所占比例尚不足15%，目前已增至50%以上；日本的鋼結構房屋所占比例也接近40%。相比之下，雖然我國的粗鋼產量占世界總產量的50%左右，是名副其實的鋼鐵大國，但鋼結構建筑發展水平較低，鋼結構房屋占比不足5%（圖1）。每年新建住宅中，美國有35%是鋼結構住宅，日本約20%。我國每年竣工住宅面積12~14億平米，其中只有不到1%是鋼結構住宅。
各國民用建筑結構體系情況對比
2、發展階段
根據岳清瑞院士的觀點，鋼結構建筑產業化必然要經歷四個發展階段：
我國目前處于初級階段向專用體系發展過程中，特征是實現了鋼結構工廠化生產。而歐美日本等發達國家處于通用體系向綠色發展階段推進過程中，特征是規?；ㄓ皿w系成為主流，以綠色節能環保為目標，最終實現可持續發展?？傮w上，我國處于跟跑階段，與世界先進水平還有較大差距。
全球建筑產業化發展進程
通過對比可以看出，我國鋼結構住宅無論規模還是發展程度，與世界第一鋼產量大國的地位很不相稱，鋼結構住宅在我國有巨大的市場潛力，發展前景廣闊。近年來，隨著建筑行業勞動力短缺推動人工費持續上漲，和鋼材價格的持續低迷，鋼結構住宅將會進入快速發展期。
對于鋼結構住宅的市場定位，目前在我國還是以災后重建住房、定向安置房等政府主導的項目為主。相信隨著裝配化理念的普及和民眾認識程度的提高，會有越來越多的商品房項目采用鋼結構。
歐美和日本等國的鋼結構住宅以低層的輕鋼結構為主（圖3）。在我國，考慮到人口密度和居住習慣等因素，所建鋼結構住宅以高層建筑為主，主體結構為鋼框架+支撐（或剪力墻），稱為普通鋼結構。本文主要介紹普通鋼結構住宅。
普通鋼結構住宅的分類
普通鋼結構住宅按抗側力體系可分為純框架、框架-支撐、框架-剪力墻等類型，各種類型簡單示意如下：
1、純框架體系
這種體系的受力構件只有鋼梁和鋼柱，鋼梁鋼柱之間設剛性節點，抵抗豎向和水平荷載。
優點是平面布置靈活，可為建筑設計提供較大的室內空間，與建筑外立面也比較容易協調。缺點是側向承載力和抗側剛度比較差，只適用于低層和多層住宅樓，不能在高層住宅中使用，因此采用純框架的住宅項目較少，代表性的有濟南艾菲爾花園，曾獲中國建筑鋼結構金獎。
鋼框架結構住宅-濟南艾菲爾花園
2、框架-支撐體系
為提高框架的抗側剛度，可在鋼框架中增設柱間斜支撐，就構成了框架-支撐體系。
框架-支撐結構的抗震性能優于純框架結構，但是平面布置不靈活，斜支撐會占用一部分室內空間。
常用的支撐形式按有無耗能梁段可分為中心支撐和偏心支撐，按形狀分有“X”形支撐、“人”形支撐、“K”形支撐等。
中心支撐
偏心支撐（紅色區段為耗能梁段）
偏心支撐的抗側剛度雖不如中心支撐，但強震作用下的延性較好。中心支撐多用于多層和小高層建筑，偏心支撐多用于高層和超高層建筑。采用鋼框架-支撐體系比較有代表性的有北京朝陽區黑莊戶定向安置房項目、寶鋼都江堰幸福家園項目等。
黑莊戶項目是北京市第一個超高層鋼結構住宅項目，采用中心支撐和偏心支撐混合的抗側力體系。
鋼結構支撐-黑莊戶項目
鋼結構支撐布置-黑莊戶項目
鋼結構施工-黑莊戶項目
偏心支撐-寶鋼都江堰幸福家園
3、框架-剪力墻體系
為了進一步提高結構的抗側剛度，可在鋼框架中用剪力墻替代斜支撐，就構成了框架-剪力墻體系。
適用于鋼結構的剪力墻形式是鋼板剪力墻。鋼板剪力墻分為純鋼板剪力墻和鋼板-混凝土組合剪力墻：
純鋼板剪力墻—為防止鋼板過早屈曲，可在鋼板中開豎縫，把墻板的變形由剪切轉化為彎曲，以提高墻板的延性。目前這種剪力墻形式已成功應用于多個住宅項目（圖16）。
帶豎縫鋼板剪力墻構造
帶豎縫鋼板剪力墻-河南新天豐公寓
提高鋼板剪力墻延性的另一條途徑是利用混凝土來約束鋼板的屈曲變形，這就是鋼板-混凝土組合剪力墻。
雙層鋼板內填混凝土組合剪力墻
鋼板剪力墻用鋼量較大，一般用于公建。住宅鋼結構出于成本考慮，通常采用框架-支撐體系。但是與鋼支撐相比，鋼板剪力墻剛度大、延性好，且與建筑設計較容易協調，因此在高抗震設防烈度區，已經有住宅項目開始嘗試采用鋼板剪力墻作為抗側構件，例如2017年主體結構封頂的北京豐臺區成壽寺B5地塊定向安置房項目，就采用了鋼板組合剪力墻。
北京豐臺區成壽寺B5地塊定向安置房項目效果圖
鋼框架-剪力墻結構-成壽寺B5項目
普通鋼結構住宅的組成
作為鋼結構金獎項目和北京首個裝配式鋼結構住宅示范工程，成壽寺B5項目采用了諸多新技術，例如：鋼板剪力墻，墻板阻尼器，加氣PC外掛墻板，基于BIM的虛擬建造技術等。下面將結合該項目，對鋼結構住宅的各組成部分做一個系統的展示。
1、鋼板剪力墻
成壽寺B5項目2#和3#樓采用雙層鋼板組合剪力墻作為抗側力構件，主要設計參數如下：
鋼板剪力墻準備吊裝-成壽寺B5項目
鋼板剪力墻豎直定位-成壽寺B5項目
2、結構框架
為增加使用面積，高層住宅的框架柱常采用鋼管混凝土柱以減小柱截面，框架梁的跨度一般為6~9米，宜采用熱軋H型鋼或焊接H型鋼。成壽寺B5項目采用如下的結構框架：
地上部分
鋼柱：□400或□350箱型柱，內填C50自密實混凝土；
鋼梁：主要采用H350X150焊接H型鋼。
地下部分
根據結構設計規范，地上鋼結構與混凝土基礎之間應設置勁性混凝土結構層作為過渡。成壽寺B5項目地下室采用勁性混凝土框架柱以滿足規范要求。
梁柱節點
《矩形鋼管混凝土結構技術規程》（CECS159）推薦了四種梁柱節點形式。從受力的合理性和成本方面考慮，成壽寺B5項目采用外伸內隔板剛性連接。
外伸內隔板式梁柱連接
梁柱節點-成壽寺B5項目
柱 腳
成壽寺B5項目采用埋入式柱腳。
將鋼柱或鋼骨埋入鋼筋混凝土獨立基礎或基礎梁或筏板基礎中就構成埋入式柱腳。我國的鋼結構設計規范建議在高抗震烈度區采用埋入式柱腳。
埋入式柱腳
3、墻板阻尼器
經論證，成壽寺B5項目采用了墻板阻尼器技術。該技術主要用于減震設計，在日本已得到廣泛的應用。上海寶鋼2014年從日本引進，其工作原理是通過豎向鋼管束之間的摩擦增大阻尼，減小地震作用。該產品有以下特點：
體積小，施工安裝方便
缺點是部分材料需要國外進口，價格較高。
墻板阻尼器-成壽寺B5項目
綜合來看，該產品要在我國未來的高層建筑市場中占有一席之地，還需要做到以下三方面：
4、樓 板
成壽寺B5項目同時采用了鋼筋桁架樓承板和混凝土疊合板，以便于進行比對分析。
鋼筋桁架樓承板
鋼筋桁架混凝土疊合板
鋼筋桁架疊合板施工-成壽寺B5項目
5、預制外掛墻板
成壽寺B5項目以輕質混凝土外墻板為外墻圍護結構，在外墻掛板室內側后做輕鋼龍骨內裝修系統。外墻掛板與主體結構采用轉動滑移節點，消除地震應力對外墻掛板的作用，保證建筑外圍護系統不受破壞。
PC外墻掛板-成壽寺B5項目
PC外墻掛板與鋼梁上翼緣連接節點-成壽寺B5項目
PC外墻掛板與鋼梁下翼緣連接節點
（已噴涂發泡聚氨酯保溫層）
外墻掛板吊裝后現場結構立面-成壽寺B5項目
地產人關注的問題
對于一直從事混凝土結構住宅開發的地產人來說，鋼結構住宅是個新生事物，難免會產生這樣那樣的疑慮，比如：這種住宅體系有哪些優缺點，能不能推廣，成本是否可控，等等。下面對地產人普遍關心的幾個問題做一下解答。
1、優缺點
優 點
■ 自重輕，可減輕建筑物的重量約30%。這對于高層住宅，地質條件較差或設防烈度較高的項目，優勢更為明顯；
■ 回收率高。鋼結構房屋拆除后，鋼材回收率可達90%以上，遠高于鋼筋混凝土房屋和磚混房屋，且產生的建筑垃圾較少。
缺 點
■ 用鋼量較大，造價較高；
■ 鋼構件需要做防火和防銹處理，進一步增加了成本；
■ 缺乏相配套的圍護體系和高效的裝配化連接等；
■ 缺乏與鋼結構住宅相關的設計、施工和驗收規范規程，另外設計和計算理論還需要補充完善。
2、民眾認可度
據有關地產開發企業的問卷調查，國內普通民眾對鋼結構住宅仍存在一定的偏見，如擔心結構是否安全、保溫和隔音性能如何、墻板和樓板是否會開裂和漏水等，針對這個問題，小鐵匠咨詢了有關專家，得到建議如下：
■ 作為地產企業，應積極做好引導，例如在樣板間或售樓處設置一些鋼結構住宅部品部件的展示，通過科普的形式，讓買房人了解裝配式住宅，了解鋼結構，并逐步接受，進而喜歡上鋼結構住宅。無論在西方發達國家還是在我國，推廣普及鋼結構住宅，都必然會經歷這樣一個循序漸進的過程。
3、對平面功能和立面效果的影響
住宅的平面和立面設計是地產人關注的重點。與混凝土住宅相比，鋼結構住宅的平面和立面設計有其特殊性，應注意以下兩點：
■ 對框架-支撐結構來說，斜支撐最好是布置在外墻，因此在建筑立面設計中，應在條件允許的情況下，為布置斜支撐留出足夠的空間。如果無法布置于外墻，則分戶墻、電梯井和樓梯間應平面內對稱布置，以便于布置支撐或剪力墻；
鋼結構住宅戶型設計難度大于混凝土剪力墻住宅，難點之一是框架柱對室內空間的影響比較大。下面結合成壽寺B5項目談談鋼結構住宅建筑立面和平面設計的一些特點：
■ 柱網設計和柱距選取應考慮預制樓承板的設計跨度，如果柱距超過樓承板的規格跨度，則需要構件廠進行特別的研發和定制，增加供貨成本，延長供貨周期。同時為便于標準化預制加工和安裝，兩個方向的柱距宜一致。以成壽寺項目為例，所選用的鋼筋桁架樓承板最大跨度為6.6m，因此采用6.6mx6.6m標準柱網（圖34、35）；
■ 邊柱布置在室外，邊梁偏心布置，以減少梁和邊柱對室內空間的影響（圖34、35）；
4、建造成本
如果僅考慮材料和人工成本，目前比較一致的看法是在同等條件下，鋼結構住宅的造價比混凝土住宅高10~15%。但是考慮到鋼結構住宅施工周期較短這個因素，鋼結構住宅的建造成本與混凝土住宅相差不大。以成壽寺B5項目為例，下面兩個表格對鋼結構住宅的成本增量和單位面積材料消耗進行了簡單的對比分析：
鋼結構住宅是我國建筑市場上一支新生力量，雖然目前處在試驗和探索階段，還存在不少問題，但是作為建筑產業化的一個新模式，鋼結構住宅代表了未來住宅發展的方向，標志著從傳統住宅向環保住宅的轉變。
