周 密　張 軍（東北林業(yè)大學，黑龍江　哈爾濱　150040）

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我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑發(fā)展與應用初探

周 密張 軍
（東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱150040）

摘要：鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展水平標志著一個國家的經(jīng)濟實力。在歐洲等西方發(fā)達國家，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑已有幾十年歷史，而在我國仍處于起步階段。隨著我國經(jīng)濟增長和可持續(xù)發(fā)展政策的實施，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑優(yōu)勢逐漸凸顯，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是今后住宅設計領域的主要方向和必然趨勢。本文從基礎出發(fā)，主要介紹了鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系概念，對其在國內(nèi)發(fā)展的必要性及發(fā)展優(yōu)勢進行了詳細分析；通過對比國內(nèi)外現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究及發(fā)展情況，探討了影響我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑發(fā)展因素，建議開發(fā)我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基本模式，推進我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建設和住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)住宅；建筑體系；住宅產(chǎn)業(yè)化；發(fā)展應用

一、概述

鋼結(jié)構(gòu)住宅在國外推廣較早且發(fā)展迅速，例如美國、瑞典、加拿大、日本等發(fā)達國家，特別是第二次世界大戰(zhàn)之后，為解決住宅短缺問題，歐美等國家走向了住宅產(chǎn)業(yè)化道路，加速了鋼結(jié)構(gòu)住宅在西方國家的發(fā)展以及工業(yè)化進程。我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑起步晚，近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅才逐漸在我國發(fā)展起來，但由于國內(nèi)整個社會對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系了解較少以及固有觀念，使得鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的發(fā)展速度較國外相對緩慢，我國現(xiàn)有住宅中，鋼結(jié)構(gòu)住宅所占比例不足1%，而發(fā)達國家基本建筑用鋼量遠高于我國。

我國發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化是十分有利的，同時也是促進我國工業(yè)化進程的必要條件。目前，我國城市人口數(shù)量增加，城市化進程加快，2000年我國城鎮(zhèn)化率為36.2%，之后的10年里年均提高約1個百分點，到2020年預計將達到56%，從居住環(huán)境及住宅數(shù)量來看，人們對住宅的潛在需求逐漸提高。在環(huán)境保護方面，建筑業(yè)是個高能耗的行業(yè)，國家制定了嚴格的土地政策，要求節(jié)約土地，節(jié)能減排，集約化發(fā)展，降低住宅建設對資源和能源的浪費。此外，震害的發(fā)生更凸顯了推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的必要性，例如，我國“5.12”8級汶川大地震死亡11.8萬人，而“3.11”日本9級大地震加海嘯死亡不到3萬人，死亡率相差如此懸殊，除了人口密度因素，專家分析日本鋼結(jié)構(gòu)住宅對減輕震害、降低人員傷亡起到了關鍵作用，日本住宅71%以上是鋼結(jié)構(gòu)住宅，一般都可抵抗7級以上地震。因此，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，加快住宅產(chǎn)業(yè)化進程，改變傳統(tǒng)住宅設計建造方式，提高住宅防災減災性能，對我國走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要意義。

二、鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系概念與優(yōu)勢分析

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系概念

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系與傳統(tǒng)住宅有較大區(qū)別，它是以鋼骨架作為主體支撐受力構(gòu)件，以復合墻體材料、門窗為圍護結(jié)構(gòu)，再配合樓蓋結(jié)構(gòu)體系拼裝而成，體現(xiàn)了住宅的現(xiàn)代化。主體結(jié)構(gòu)體系分類方法主要有三種，分別按層數(shù)、結(jié)構(gòu)體系和截面形式劃分，詳細分類見表1?，F(xiàn)階段行業(yè)領域內(nèi)一般按照層數(shù)的分類方法劃分，這樣有利于制定規(guī)范和具體工作的開展。起圍護作用的墻體材料主要包括磚、板材和砌塊，其中，建筑板材的發(fā)展是未來墻體材料的主要發(fā)展方向，目前新型綠色墻板的開發(fā)與研究是國內(nèi)建筑領域較為關注的問題。樓板結(jié)構(gòu)主要有預制預應力混凝土疊合樓板和壓型鋼板與混凝土組合樓板等形式。

2 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系優(yōu)勢分析

鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)住宅相比，在結(jié)構(gòu)性能、使用功能、設計施工及綜合造價等方面具有很強的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在：

（1）抗震優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕但承載力高，抗震性能強，具有較強的抵抗地震力破壞的能力，受震害影響小，災后容易修復或重建。據(jù)有關資料調(diào)查顯示，國內(nèi)外發(fā)生大地震后受損的房屋中，鋼結(jié)構(gòu)住宅破壞和倒塌的數(shù)量遠遠低于混凝土結(jié)構(gòu)住宅。

（2）環(huán)保優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)住宅施工現(xiàn)場濕作業(yè)少，避免了水泥制品的燒制，建筑材料可回收再利用，構(gòu)件通過工廠預制加工，現(xiàn)場拼接，占用土地資源少，對環(huán)境影響小，施工過程較混凝土結(jié)構(gòu)更節(jié)約能源，屬于綠色建筑。

（3）布局優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)住宅功能區(qū)間布局比較靈活，在梁高相同時，混凝土結(jié)構(gòu)的開間僅可做到鋼結(jié)構(gòu)開間的一半?；炷两Y(jié)構(gòu)住宅若要獲得大開間，則需要較大的梁柱截面，影響室內(nèi)整體美觀及功能使用，而鋼結(jié)構(gòu)住宅可以實現(xiàn)大跨度或大開間，室內(nèi)功能分區(qū)布局更加靈活自由。此外，鋼結(jié)構(gòu)住宅還具有施工速度快、施工周期短、工業(yè)化程度高、綜合效益高等優(yōu)點。

三、國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑研究發(fā)展對比

1 國外鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的發(fā)展

國外鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的發(fā)展可追溯到18世紀末期，英國在建造房屋中應用了鋼結(jié)構(gòu)。西方資本主義的發(fā)展使得鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)和加工技術(shù)得以改進，為鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎?！岸?zhàn)”后，美國、英國、日本、法國等國家城市化進程加快，城市人口劇增，需要大量建設民用住宅，這段時期鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑得到推廣，同時也涌現(xiàn)了一批出色的建筑設計師，例如，英國的約瑟夫.帕克斯頓（Joseph Paxton），美國的路德維?！っ芩埂し病さ隆ち_（Ludwig Mies van der Rohe）等。到了20世紀60年代，國外已有較為完善的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系，在結(jié)構(gòu)體系上也呈現(xiàn)多元化趨勢，主要包括桁架體系、框架體系和框架支撐體系等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國外發(fā)達國家工業(yè)化水平以及鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系已十分成熟，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑已成為發(fā)達國家主要應用的住宅建筑體系，如圖1、2是國外常見鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑形式。目前，世界上應用鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系較多的國家有美國、英國、日本、瑞典、法國、加拿大、澳大利亞、丹麥、意大利等，而瑞典是世界上最大的鋼結(jié)構(gòu)住宅制造國，歐洲很多國家都到瑞典定制住宅再由集裝箱運回國內(nèi)。

表1　鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑主體結(jié)構(gòu)體系分類

2 國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的發(fā)展

鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國還是一個新興產(chǎn)業(yè)，鋼結(jié)構(gòu)主要應用于工業(yè)廠房、大型公共建筑，但用于住宅的建造仍處于起步階段。近些年，由于鋼結(jié)構(gòu)具有抗震性能強、施工周期短、工業(yè)化程度高、節(jié)約土地等優(yōu)點，逐漸引起國內(nèi)建筑行業(yè)領域的關注，國家政策也進行了大力扶持。1999年8月，國務院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了建設部第72號文件，內(nèi)容是關于推進住宅業(yè)現(xiàn)代化，提高住宅質(zhì)量，指出將鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系的開發(fā)和應用正式列為國家重點技術(shù)創(chuàng)新項目。2001年12月，建設部印發(fā)第一部對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系發(fā)展具有指導作用的文件《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)導則》。2005年9月，《萊鋼鋼結(jié)構(gòu)綠色節(jié)能住宅建筑體系技術(shù)導則》在青島通過，是我國鋼結(jié)構(gòu)住宅領域較完整的企業(yè)技術(shù)導則。

在建設部的推動和政策的扶持下，全國各地正積極試驗建造鋼結(jié)構(gòu)住宅。有代表性的有天津麗苑小區(qū)試點工程、上海北蔡試點工程、山東萊鋼櫻花園小區(qū)H型鋼鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能住宅試點工程等。近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅逐漸得到了應用，例如北京市郭莊子住宅小區(qū)、四川都江堰幸福家園等。此外，湖南、安徽、新疆等地區(qū)也相繼建造了低層、多層及高層鋼結(jié)構(gòu)住宅試點工程，大量企業(yè)和科研單位進行了鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的開發(fā)和研究工作，走在行業(yè)前列的代表企業(yè)如萊鋼建設、寶鋼、杭蕭鋼構(gòu)、賽博斯等，科研單位如清華大學、同濟大學等都在積極進行鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系的研究工作。

四、國內(nèi)發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑存在問題及影響因素分析

1 國內(nèi)發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑存在的問題分析

目前我國發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑有許多問題需要探討和解決。首先，國內(nèi)缺乏對鋼結(jié)構(gòu)住宅設計、施工和驗收的建筑規(guī)范和體系的建立，缺乏對建筑體系和結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)化研究，雖然我國已經(jīng)發(fā)布了很多鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范和標準，但在深度、專業(yè)和系統(tǒng)化程度上較國外仍有很大差距，且不能完全滿足鋼結(jié)構(gòu)設計的需要。第二，研究人員主要集中于企業(yè)內(nèi)部和高校，而缺乏企業(yè)與企業(yè)、高校與高校以及企業(yè)與高校之間的聯(lián)系，研究成果實用性不強，不能滿足建筑市場發(fā)展的需要。同時，企業(yè)研究人員主要以結(jié)構(gòu)師為主，建筑師參與設計比較少，十分不利于我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑未來的發(fā)展。第三，鋼結(jié)構(gòu)住宅標準化程度低，因此我國住宅產(chǎn)業(yè)化基本沒有形成，如何加快構(gòu)件標準化和設計模塊化進程，提高預制裝配式構(gòu)件加工技術(shù)，是實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化必須解決的問題。最后，鋼結(jié)構(gòu)住宅經(jīng)濟技術(shù)評價標準和評價系統(tǒng)的不統(tǒng)一，使得預估鋼結(jié)構(gòu)住宅項目造價困難，無法合理對比評估綜合造價。

2 影響我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑發(fā)展因素分析

從目前來看，影響和制約我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑發(fā)展的因素很多。首先是人們的意識問題，大多數(shù)人對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑概念是模糊的，不了解鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點及優(yōu)勢，比如認為鋼結(jié)構(gòu)住宅造價昂貴、鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)不安全等誤區(qū)，導致鋼結(jié)構(gòu)住宅在國內(nèi)的接受率不高。其次，鋼結(jié)構(gòu)住宅防火技術(shù)問題需得到合理解決，因鋼材防火性能較差，在高溫情況下承載力和穩(wěn)定性大幅度下降，合理經(jīng)濟地解決防火問題是發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅的關鍵。最后是工程造價問題，也是影響我國鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的主要原因，因國內(nèi)對鋼結(jié)構(gòu)住宅設計和施工的標準單一，配套體系不完善，經(jīng)驗不足，直接導致目前鋼結(jié)構(gòu)住宅造價較混凝土結(jié)構(gòu)高，影響鋼結(jié)構(gòu)住宅市場占有率。

結(jié)語

我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展與研究較發(fā)達國家有很大差距，但隨著我國經(jīng)濟實力的增長及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅有著很大的發(fā)展空間及廣闊的市場前景。展望未來，住宅產(chǎn)業(yè)化是我國加快工業(yè)化進程的必經(jīng)之路，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展必將帶動我國建筑設計施工行業(yè)的革新。我國應結(jié)合國情，借鑒發(fā)達國家的發(fā)展道路，加快構(gòu)件標準化和設計模塊化進程，重視鋼結(jié)構(gòu)住宅施工技術(shù)研究與創(chuàng)新，開發(fā)我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基本模式，推進我國鋼結(jié)構(gòu)住宅建設和住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。

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