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摘要:本文首先研究國內外鋼結構住宅的發展現狀,介紹了鋼結構住宅的特點及其結構形式,對鋼結構住宅存在的技術問題進行了分析,并展望我國鋼結構住宅產業化的發展前景。

關鍵詞:鋼結構住宅;優點;結構體系;應用前景

改革開放以來,我國經濟持續快速發展,建筑業也得到空前發展,逐步成為國民經濟的支柱產業。鋼結構住宅作為綠色環保的新型建筑體系,隨著鋼產量的大幅度提高,以及新材料、新技術的不斷推出,鋼結構住宅產業正健康快速發展。

1、鋼結構住宅國內外的發展狀況

在許多工業發達國家如美國、日本、英國、澳大利亞,鋼結構建筑的發展和應用已有幾十年的歷史。美國鋼結構住宅所占建筑總面積的比例從20世紀90年代的5%已經發展到現在的25%以上,日本及澳大利亞鋼結構建筑占全部建筑的50%以上。

長期以來,我國因缺少鋼材而對建筑鋼結構的應用加以限制。1996年我國鋼產量突破1億噸,2002年達到1.9億噸,2005年達到3.7億噸,已經超過了美國、日本、俄羅斯、韓國四個國家鋼產量的總和。國家用鋼政策從20世紀50～60年代的限制用鋼,到70～80年代的節約用鋼,到二十一世紀已調整為鼓勵用鋼,為我國建筑鋼結構的發展提供了極好的條件。目前北京、天津、上海、山東萊蕪、安徽馬鞍山、廣州、深圳等地開展中低層和高層鋼結構試點工程,已經建成300～500萬平方米住宅。

2、鋼結構住宅的優點

鋼結構住宅是目前最具有發展潛力的環保節能型住宅,突破了中國“秦磚漢瓦”式的傳統建造模式,替代了傳統的紅磚及混凝土,完全使用工業化生產的建筑材料,集眾多優點于一身,是二十一世紀人類居住環境的理想建筑。

2.1鋼結構的重量輕、強度高,抗震性能好。鋼結構材料的強度高,塑性和韌性好,結構延性好。用鋼結構建造的住宅重量約為鋼筋混凝土住宅的1/3～1/2。自重的減輕使得地震作用效果降低,一般自重減輕一半,相當于降低抗震設防烈度一度,地震作用可降低30%～40%。

2.2工業化程度高,易于實現住宅產業化。鋼結構住宅的設計借助專業設計軟件,大大縮短設計周期,并實現設計的標準化。所有構件工廠化加工制造,精度高,易保證質量。容易實現機械化裝配,施工速度快,施工周期短,與傳統住宅相比工期縮短40%以上。

2.3空間利用率高,能合理布置功能區間。由于鋼材輕質高強的特點,便于形成大柱距、大開間的開放式住宅,而傳統結構(如磚混結構、砼結構)由于材料性質限制了空間自由布置,如果跨度、開間過大,就會造成板厚、梁高、柱大,出現“肥梁胖柱”現象,不但影響美觀,而且自重增大,增加造價。在空間使用率上,鋼結構住宅使用的鋼梁、鋼柱的截面積比傳統結構減小,所占凈空面積也隨之減小,使得房間使用面積增大,與傳統結構相比可增加有效面積10%左右。

2.4綠色環保,節能省地。目前我國住宅體系多為磚混結構,大量使用硅酸鹽水泥,在建筑物解體后產生大量的建筑垃圾,對環境造成極大破壞;砌體結構使用的實心粘土磚,浪費大量的土地資源。而鋼結構住宅所用材料主要是環保型可回收材料,在建筑物拆除時,鋼材可以100%回收利用。

2.5鋼結構住宅保溫隔熱隔音效果突出,造型美觀結構豐富。大多采用新型輕質墻體圍護材料,不易霉變,不易蟲蛀,在保溫隔熱隔音性能方面比傳統住宅有明顯優勢。鋼結構材料輕質高強,結構設計時可以創造出藝術性較強的建筑外形,以滿足住戶對不同建筑風格的要求。

3、鋼結構住宅的結構體系

鋼結構住宅結構體系主要由承重結構體系、支撐體系、圍護結構體系和樓板結構體系組成。

3.1鋼結構承重及支撐體系的組合型式有多種,應用于住宅的主要有鋼框架結構體系、鋼支撐框架體系、鋼框架-抗剪桁架結構體系、交錯桁架結構體系。鋼框架體系結構簡單、受力明確、平面布置靈活、結構剛度均勻、抗震性能好,屬典型的柔性結構體系,其側向剛度差;鋼支撐框架結構體系通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內布置垂直支撐體系,能夠有效抵抗水平荷載,提高側向剛度,減小層間位移。鋼結構住宅承重體系構件一般采用熱軋或高頻焊接H型鋼,熱軋或焊接工字鋼、方鋼管、圓鋼管或冷彎薄壁型鋼。

3.2圍護結構體系約占鋼結構住宅總造價的30%,為減輕結構自重,滿足建筑節能要求,圍護墻體大多采用輕質材料。外墻可采用蒸壓輕質加氣混凝土板材(ALC板)、SRC復合保溫墻板、鋼絲網復合保溫板、水泥刨花板等,內墻可采用輕鋼龍骨石膏板,ALC輕質板、夾層復合板、稻草板等。

3.3樓板結構由鋼梁和樓面板組合而成。樓蓋體系要保證有足夠的強度、剛度和穩定性,同時要盡量減輕樓板自重。樓板主要型式有壓型鋼板與現澆混凝土組合樓板,預制輕混凝土板。