轻型钢结构住宅体系的应用综述

李广慧 丁雅豪 张 攀 栗 鹏

（郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450046）

轻型钢结构住宅体系的应用综述

李广慧 丁雅豪 张 攀 栗 鹏

（郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450046）

轻钢结构住宅是我国推广的建筑新技术之一，对其进行研究有利于推动我国住宅建设的发展。本文对轻钢结构的结构体系特点进行分析，论述了轻钢结构住宅体系，通过国内轻钢住宅研究及应用的介绍，探讨轻钢结构发展存在的问题，并预测轻钢结构的应用前景。

钢结构住宅；绿色建筑；应用前景

随着住宅技术的不断发展，我国住宅建筑形式及住宅建筑风格呈现出多样化趋势。但建筑结构体系仍是以砖混结构或者钢混结构为代表的传统结构形式，这两种传统结构体系的共同特点主要是抗震性能差、空间利用率小、施工速度慢、自重大，且粘土砖、水泥的大量生产会造成大气污染，破坏植被等，不符合我国可持续发展的战略要求。因而，开发一种新型的、建造迅速、环保节能、坚固耐久的住宅结构体系是未来住宅建筑的发展趋势。2016年，《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出力争用十年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%，积极稳妥推广钢结构建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，在具备条件的地方倡导发展现代钢结构建筑。该条款明确指出推广钢结构住宅建筑体系，使我国住宅建设向节能环保、智能化、产业化的方向发展，轻钢结构住宅体系应运而生。

1 国内外钢结构体系发展及轻钢结构试点工程

在国外，钢结构体系发展较早且推广迅速。目前，在许多工业发达国家，钢结构住宅已经普及。例如：澳大利亚钢框架住宅占其全部住宅数量的50%；日本钢结构建筑占其全部建筑的50%以上；芬兰、瑞典、丹麦等国家均已形成了相当规模的产业化钢结构住宅体系。美国的多层轻钢结构住宅技术是一项集轻钢结构、节能保温、新型建材、设计施工于一体的综合技术。轻钢结构住宅体系在美国的发展已较完善，且多层公寓、酒店等多采用轻钢结构。1990年，美国开始设计了第一幢多层轻钢住宅，截止到1996年，钢框架住宅在美国达到了20万幢，约占其住宅建筑总数的20%。在意大利，新意大利钢铁公司和热那亚大学合作研究设计了新型房屋建筑体系BASIS工业化建筑体系。该建筑体系采用CAD计算机辅助设计和CAM计算机辅助制造，并且具有结构受力合理、抗震性好、施工速度快等优点，在欧洲、非洲等地区推广应用［1］。这些国家在钢结构住宅的建筑材料、结构性能、设计施工等方面的研究均已处于世界领先水平。

钢结构住宅建筑体系在我国的发展相对较晚，直到20世纪80年代中期，我国改革开放，从日本引进了轻钢结构低层别墅。近年来，又引进了加拿大、澳大利亚等国家的轻钢龙骨住宅体系构件。1994年建于上海的轻钢结构住宅体系是我国最早的钢结构住宅体系，其主要采用U型冷弯薄壁组合梁和冷弯成型矩形钢管段组成框架。国家建设部从1990年开始积极倡导在全国范围内发展及应用钢结构住宅建筑，建设部还组织了关于钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题，并相继在天津、上海、深圳等地开展多高层钢结构住宅建筑试点工程。最引人关注的钢结构住宅当属1999年长沙远大公司3个月建成的8层H型钢框架和压型钢板组合结构，并且配合整体浴室、中央空调等新进设备的集成住宅，充分体现了预制、集成、装配的特点，展现了钢结构住宅的良好前景［2］。

2 轻钢结构的特点及结构体系

2.1 轻钢结构的特点

轻钢结构是一种年轻且极具生命力的钢结构体系，其凭借自身特点，在多高层住宅建筑、办公楼、别墅、体育馆等大跨径建筑领域得到广泛应用。此外，其还可以用于旧房加固、改建和工期紧、运输不便的地区等。轻钢结构主要有以下特点。①轻钢结构最显著的特点是自重轻，大约为传统钢筋混凝土结构自重的10%甚至更低，与普通钢结构相比，轻钢结构的自重也仅仅为其50%甚至达到30%［3］。结合轻钢结构住宅自重轻的特点，可以优先考虑在地基软弱地区使用以便能节省地基处理费用。②钢结构住宅空间布置灵活，可增加使用面积5%～8%，且墙体薄，建筑有效使用面积大，管线穿越方便，避免穿墙打洞对结构的破坏。③因钢材是一种延性材料，且强度高，温度变化并不会使其产生裂缝，对于沉降导致的裂缝也会大大减少；轻钢结构充分发挥了钢材强度高、塑性韧性强、延性好等特点，具有较好的抗震性能。轻钢结构住宅体系凭借其抗震性能好等特点可以用于抗震烈度7度以上的地区。④轻钢结构现场湿作业少，粉尘污染少，噪音小，对周围环境影响小，大力发展轻钢结构住宅体系，大量使用钢材减少混凝土的用量，也减少了开山挖石量，有利于生态环境的保护，符合建筑环保的要求。⑤轻钢结构建筑因其构件单一，可以进行现场拼装，从而减少现场吊装、运输的作业量，节省人力、物力和财力，缩短工期，综合效率明显高于传统住宅。从整体来说，轻钢结构住宅节能环保，是能循环使用的绿色建筑，符合我国可持续发展的要求。

2.2 结构体系

①冷弯薄壁型钢结构体系，因其抗侧力刚度较小，只适用于1-2层的低层建筑或者是别墅。②框架结构体系更适用于高层建筑，而纯框架结构体系适用于低层住宅。通常情况下，住宅层数超过3层、抗震设防烈度在7度以上的，应设置侧向支撑。③框架剪立墙结构适用于10～20层的建筑，由于开间小、造价高、施工复杂，不适合大跨度房屋设计。④框架结构支撑体系对位移减震效果较好，具有较强的抗震性，适合在中等以上强度地震作用下使用，框架结构支撑是中高层结构中应用较多的结构体系。阻尼支撑框架结构体系对框架柱内力的减少效果更为明显，更适合在强震地区使用。

3 我国钢结构住宅建设存在的问题

我国钢结构住宅建设总体上主要借鉴了欧美等国的经验。目前，我国钢结构住宅处于发展阶段，钢结构住宅发展和研究方面还有一些问题亟需解决。①钢结构住房推广难度大。受传统建筑观念的影响，人们在设计单层和多层厂房时，多会选择钢筋混凝土结构。随着钢材的大量生产及建设技术的发展，钢结构住宅建设周期短，且与钢混结构造价基本持平，其逐渐被人们所接受，但多层、高层钢结构住房推广仍较为困难。②缺乏完整的适用于钢结构住宅体系的计算标准，导致钢结构住宅的各种方案造价相差较大，从而使人们对钢结构体系产生偏见，认为其造价远远高于混凝土结构。③目前，我国已经出台了较多钢结构规范、标准等，但并未编制专门统一的钢结构住宅设计规范和施工技术验收标准；轻钢结构住宅凭借其自重轻、可循环再利用、开间布置灵活等优点脱颖而出，但如何解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀等仍是面临的主要难题。④住宅产业化程度不高，住宅产品部件生产规格化、标准化滞后。因此，应做好市场调查，准确定位，对钢结构住宅产业化进行进一步的研究，逐渐研究出一套完善的技术措施和生产体系以符合我国钢结构住宅产业化发展运作模式。

4 结语

轻型钢结构建筑是以轻型高效能钢材组成的美观、舒适且适用性强的多高层钢结构建筑。轻钢建筑技术先进，综合经济效益优良，属于绿色建筑，又可再生利用，符合可持续发展的理念，必将成为未来住宅体系发展的主要方向。

［1］吴云，王云龙.钢结构住宅设计研究［M］.兰州：兰州大学出版社，2009.

［2］黄续.浅谈钢结构建筑住宅的应用和发展［J］.中国建筑金属结构，2006（4）：32-34.

［3］陈银.多高层轻钢结构住宅的设计与研究应用［D］.邯郸：河北工程大学，2013.

Application of Light Steel Structure Residential System

Li GuanghuiDing Yahao Zhang Pan Li Peng
（Zhengzhou University of Aeronautics，Zhengzhou Henan 450046）

The light steel structure residence is one of the new construction technologies promoted in Chi⁃na.The research on it is helpful to promote the development of housing construction in our country.The structure system of steel structure characteristics was analyzed in this paper,and discussed the structural systems of light steel residential,through the research and application of domestic light steel housing,dis⁃cussed the existing problems in the development of light steel structure,and forecast the application pros⁃pect of light steel structure.

steel structure residence；green building；application prospect

TU392.5

A

1003-5168（2017）12-0083-02

2017-11-01

新型工程结构与材料郑州市科技创新团队计划（131PCXTD603）。

李广慧（1970-），男，博士，教授，研究方向：结构可靠性与地震易损性。

丁雅豪（1992-），女，硕士在读，研究方向：结构可靠性评价与决策。