钢结构住宅建筑的发展与结构体系研究

王畅 陈春媛

摘要：发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率，对我国建筑、冶金及相关产业的发展和建设环境友好型社会都具有重要意义。文章主要介绍了钢结构住宅建筑的优势，分析了钢结构住宅建筑的结构体系及构件，并对其发展现状与发展前景进行了研究。

关键词：钢结构住宅建筑；结构体系；发展前景

钢结构住宅是以工厂化生产的H型钢梁、钢柱为承重骨架，同时配以新型轻质的保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构，并与功能配套的水、暖、电、卫设备和部品，优化集成的节能环保型住宅。与传统的砖混和混凝土结构住宅相比，钢结构住宅具有较好的综合经济效益和发展前景。

一、钢结构住宅建筑的优势

1.轻质高强

钢结构住宅建筑具有轻质高强的优势，抗震性能好。由于钢结构住宅使用钢梁、钢柱与轻质墙板等材料，与同等规模的常规建筑相比能够降低30%左右的质量。另外，由于钢结构住宅质量轻，能够有效抵抗地震等灾害的影响。

2.占地少，空间比大

钢结构住宅不仅占地少，还具有更好的空间感、更大的使用面积。型钢的承载性能可以满足钢结构住宅大开间的设计要求，轻质墙体不需要承重的特点能够使空间布置更加的灵活。

3.工业化程度高

借助工业化生产、计算机技术等便利的条件，钢结构住宅建筑的设计、制造、安装十分便捷、快速，能够实现设计到安装的一体化，效率更高，质量更好，投资回报的效率更高、效益更好。

4.能够实现可持续发展

钢结构住宅建筑需要的配件设计、生产的机械化程度高，施工现场的工程量小、施工周期短。目前钢结构住宅通常使用石膏板和冷弯薄壁型钢龙骨等材料的复合墙体，能够取代实心黏土砖，可以减少黏土砖生产导致的耕地毁坏和污染。另外，钢结构住宅使用的钢材和配套物品具备循环利用的性能，满足环保要求。

二、钢结构住宅建筑的结构体系及构件

（一）结构体系

1.冷弯薄壁型钢结构体系

这种体系采用冷弯成Z形或是C形的薄钢板构件，能够单独或是组合使用，构件间使用螺丝连接。但是该体系抗侧能力比较低，节点刚性较差，通常用于三层以下的建筑。

2.纯钢框架结构体系

这种体系应用较为广泛，通常用于三层以上、八层以下的建筑。纵横向都采用钢框架，能够灵活设置门窗，便于住户的二次设计，可以满足各种需求。考虑到实际应用性能，纯钢框架结构体系通常运用在较低的建筑中，能够满足抗侧要求。

3.框架—支撑结构体系

这种体系采用焊接工字型梁柱，通常为横向承重，其梁柱节点纵向铰接、横向刚接，因此其抗侧移能力较低，需要额外设置侧向支撑，以辅助承载水平载荷，避免结构产生水平变形。为保证建筑的抗震性能，需要增加偏交支撑或者是轴交支撑，以提高其抗侧刚度。

4.框架—混凝土结构体系

这种体系使用钢筋混凝土构成的剪力墙代替钢支撑，能够增加侧向刚度，很好的解决了防火的问题。该体系部分或全部使用钢筋混凝土代替钢支撑，在小高层建筑中应用的效果很好。

5.周围抗侧力结构体系

这种体系流行于欧美等国家，利用与建筑轴线垂直的钢梁柱强轴抵抗水平荷载，适用于正方形的建筑。将该体系的思路用于框架—支撑结构体系中，除去纵向支撑，把钢架柱旋转90°使其变为刚接，能够起到竖向支撑的作用和抗风柱的作用。

（二）构件

1.梁与柱

钢结构住宅建筑通常采用强柱弱梁的设计形式，梁与柱等截面。梁一般是热轧H钢或是高频焊接H钢，这种钢材具有良好的抗弯性能和侧向刚度，构造方便，翼缘宽且表面相互平行，是工字钢的更新换代产品。

2.楼板

钢结构住宅建筑的楼板不仅分配竖向荷载，还能够与抗侧力结构维持空间协调。因此，楼板结构必须有一定的刚度和很高的承载力，能与钢框架可靠连接，确保结构体系稳定、可靠。为保证钢结构住宅的抗震性能，应尽量降低楼板的自重。与此同时楼板还应具备防颤动、隔温隔音等功能。

3.支撑体系

支撑体系分为轴交和偏交两种形式，轴交支撑耐震性能较差，偏交支撑在强震作用下能够很好的吸能、耗能，具备良好的耐震性能，同时还有利于门窗洞的布置，但是我国应用的较少，建议在地震易发区优先选择偏交支撑形式的支撑体系。

4.墙体围护结构

墙体围护结构需要具备一定的抗冲击能力，还需要具备保温隔热、防火防渗以及隔音等功能。墙体结构使用的多是新型轻质材料，通常分为自承重和非自承重两种类型。前者多是用于外围护结构的轻钢龙骨加强板或是太空板等，用于内墙的石膏板、稻草板、轻混凝土板等；后者多是彩色压型钢板、玻璃纤维增强板等，使用非自承重的材料应设置墙梁以悬挂外护结构。

三、钢结构住宅建筑的发展现状与发展前景

（一）钢结构住宅建筑的发展现状

1.钢结构性能受温度、水汽等影响较大，耐火性、防腐性等性能较差。目前使用的措施一般是外包混凝土、防火板、防火涂料和防腐层等以提高其耐火、防腐能力，但无法满足大型建筑的要求。

2.相关标准不完善。目前我国在钢结构住宅建筑方面的设计标准、技术标准、节能标准等方面还不够完善，施工规程等内容还不够全面。

3.工程造价较高。我国的人均钢产量较低，钢材仍然是较贵的材料，钢结构住宅的成本相对较高。

4.消费观念需要转变。钢结构住宅建筑在我国还是新鲜事物，还没有得到市场的认同，需要一个消费观念转变的过程。

5.从业人员缺乏。目前我国的钢结构技术人员比较缺乏，技术质量等方面还不能满足大范围应用的需要。

（二）钢结构住宅建筑的发展前景

住宅产业化是住宅业发展的必然趋势，是推动我国经济增长的新动力，不仅能够促进其它产业的发展，还能够满足绿色环保的要求。因此，钢结构住宅建筑必将在我国得到不断的发展，钢结构住宅产业必将迎来广阔的发展前景。

总结：

综上所述，我国需要首先进行试点工程，引入生产技术，完善钢结构住宅技术标准和规范，将这种技术体系纳入专业学校教程，并对在职技术人员和技术工人进行培训，同时应投入更大力量进行深入研究和开发，以促进我国钢结构住宅产业化的发展，从而形成更加具有竞争力的产业。

参考文献：

[1] 王亚，刘坤，赵军. 多高层钢结构住宅设计探讨[J]. 工程建设与设计， 2007，(10)

[2] 涂文卿. 浅析钢结构住宅设计与发展[J]. 山西建筑， 2009，(28)

[3] 陈广彪. 钢结构住宅建筑技术研究[J]. 科技风， 2009，(17)

[4] 杨涛，王淑慧. 钢结构住宅的研究现状与发展前景[J]. 河南科技， 2010，(11)