国内钢结构住宅的结构组成及应用概况

2011-04-12郑宝磊陈智忠

科学之友 2011年9期

郑宝磊，陈智忠

（太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原 030024）

钢结构住宅在欧美等国家的应用已有几十年的时间，我国钢结构住宅起步很晚，改革开放后,从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅，才使我国有了学习与借鉴的机会。近年来，特别是伴随着热轧H型钢的国产化及其产量的快速增长，为民用钢结构的发展奠定了基础，目前，我国已建成的民用高层钢结构建筑已经数不胜数，在钢结构高层住宅方面也有许多已建建筑。我国建筑行业的专家、学者以及专业技术人员作了大量的科学研究和建设实践工作，在高层钢结构分析、结构吊装、实验研究等方面取得了丰富的经验和成果，住宅钢结构特别是高层住宅钢结构的发展正逐步成为民用钢结构发展的重要方向[1]。

1 国内钢结构住宅的体系

1.1 支撑骨架系统

钢结构承重体系的形式多种多样，主要有钢框架体系、钢框架—混凝土剪力墙体系、错层桁架体系、钢支撑框架体系和巨型结构加子结构体系等，然而近年来许多结构采用上述结构形式结合体，如钢筋混凝土框架剪力墙结构与型钢混凝土框架钢支撑相结合的混合型结构体系（图1）。构件的截面形式有：热轧H型钢截面、焊接H型钢截面、焊接箱形截面、冷弯薄壁C型、方钢、型钢混凝土及钢管混凝土截面等[2]。

图1 混合型结构体系

1.2 围护骨架系统

高层钢结构住宅的优越性主要体现在它减轻了结构自重，外墙体一般采用轻质复合材料、轻质单一材料墙板，其与梁柱的连接方式，主要采用外挂式，然而6层以下的住宅，可采用内嵌式加气混凝土砌块。外墙墙体材料的种类主要有：轻质加气混凝土板材、蒸压轻质加气混凝土（ALC）板、GRC夹芯复合板等。内墙材料可采用加气混凝土砌块、纸面石膏板、纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板及纸面稻草板等[2]。

1.3 楼层板结构体系

1.3.1 压型钢板—混凝土组合楼板

组合楼板是楼板常用结构形式之一，在钢梁与压型钢板连接处设置栓钉的主要作用是传递水平力，保证其可靠承载力，因此，处理好楼盖之间的楼板与梁的连接非常重要。考虑到压型钢板组合楼盖整体性好、施工程度高并可显著提高梁的承载力及稳定性，有效地降低了梁高。可以说，该组合楼盖不仅具有优良的结构性能与合理的施工工序，而且综合经济效益显著，优于其他组合楼盖，是高层钢结构住宅中最理想的楼盖形式，但因实际施工造价较高、吊顶工序复杂、施工繁琐等原因一般用于建设工期紧张或施工场地狭窄等特殊情况。

1.3.2 预制混凝土叠合楼板

混凝土叠合板是预制与现浇相结合的一种楼板形式，这种结构的主要优点是：①结构刚度大、整体性好、机械化程度高，预制底板取代了模板[4]；②施工方便、工期短，可采用预应力技术及高强度钢材[3]；③与现浇结构具有相近的整体性和抗震性能[4]；④预制部分体积小、重量轻、运输吊装方便。但预制部分的混凝土与现浇混凝土存在龄期上的差别，两者之间存在收缩应力，且板缝之间容易出现裂缝，故在高层钢结构中使用较少[3]。

1.3.3 现浇钢筋混凝土楼板

这类楼盖是在钢梁上现浇钢筋混凝土楼板而形成。其优点是：①刚度大、整体性好、抗震、抗冲击性能好；②装修方便，设计、施工技术成熟。但在现场需进行搭设脚手架、安装模板及绑扎钢筋等施工工作,工序比较复杂；再就是跨度和承载力有限且抗裂性能较差等缺点。

2 国内钢结构住宅的应用

近年来京津唐、山东、安徽、上海、江浙等地已建有100万m2低层、多层和高层钢结构住宅试点示范工程，其中的高校、设计院所、施工制作单位、设备供应商、房地产公司等克服了各种困难，在新工艺、新技术方面作了大量工作，取得了较为显著的成绩。其中：位于山东省莱芜市广宸区的樱花园住宅小区是第一个以国产热轧H型钢建造的小区；在上海建设的中福城钢结构高层住宅在国内堪称首次（图2）；2002年9月开盘的北京金宸公寓（图3），填补了国内高层住宅钢结构体系建筑的空白。这些都说明钢结构住宅有良好的发展势头和广阔的市场前景[3]。对钢结构住宅的大规模研发、设计、制造以及施工安装所起的作用将是前所未有的，国内部分工程具体性能指标见表1。