钢管混凝土异形柱在钢结构住宅中的应用现状研究

李其廉 刘亮俊 安朋飞 齐笑苑 董美静 李森

1 河北科技大学建筑工程学院 河北 石家庄 050000 2 浙江佳源房地产集团有限公司 浙江 嘉兴 314000

正文：

1 引言

虽然我国为世界第一产钢大国，但我国钢结构建筑所占国内建筑的比例非常低，还不到5%，发达国家钢结构建筑应用比例都在50%以上，相比之下我们仍然没有实现钢结构建筑的产业化。2017年2月，国务院办公厅发布《关于促进建筑业持续健康发展的意见》，意见指出大力发展装配式混凝土和钢结构建筑。伴随着国家装配式政策的出台，各地纷纷落实跟进，发布了地方的装配式政策，积极推广钢结构建筑。

2 现阶段我国钢结构住宅新技术研发情况

2.1 钢管束剪力墙结构住宅体系

钢管束剪力墙结构住宅体系由杭萧钢构和浙江大学研发。结构体系由钢管混凝土束组合结构剪力墙、H型钢梁、装配式钢筋桁架楼承板、轻质隔墙、建筑外装饰面等组成。具有建设周期短、布局灵活、抗震性能优越、绿色环保、节约能源，符合绿色发展理念等优势。目前已应用于万郡·大都城、钱江世纪城人才专项用房、武汉世纪家园等高层住宅项目。

2.2 矩形钢管混凝土组合异形柱住宅体系

矩形钢管混凝土组合异形柱住宅体系由天津大学陈志华教授团队研发。提出小截面的钢管混凝土组合异形柱，可包裹于墙体内部，不露柱子凸角，增大建筑有效使用面积。构件实现工厂化生产，施工速度快，建筑工业化程度高，抗震性能好。目前已成功应用于沧州市福康家园公租房高层住宅项目。

2.3 冷弯薄壁型钢结构住宅体系

新型冷弯薄壁型钢结构住宅建筑体系由中国工程院院士周绪红教授团队研发，适用于低层及多层住宅建筑。冷弯薄壁型钢体系住宅建造方式绝大部分建筑构件在工厂制造，用集装箱运抵施工现场快速拼装，全部干作业，不需使用大型施工机械。其优势主要体现在重量轻、强度高、抗震性能好、建造速度快、环保节能、方便各种管线安装等。

2.4 远大斜支撑节点加强型钢框架体系

长沙远大钢结构住宅体系，基本构件为立柱、主板、斜支撑，经过标准化的设计、生产，在现场组装完成。斜支撑在加强节点连接的同时与梁柱框架共同抵抗水平和竖向荷载。该体系在装配过程中实现全栓连接，易安装、易拆卸、易维护；施工速度快，工业化程度高，抗震性能好。

2.5 分层装配式钢结构工业化住宅体系

分层装配式钢结构工业化住宅体系，由同济大学联合宝业集团以及日本大和房屋株式会社共同开发。低层的分层装配式钢结构工业化住宅体系主要特点为密柱、梁贯通、柱梁铰接、水平力主要由柱间支撑承担、模数化集成设计及标准化生产和分层装配式施工安装。

3 钢管混凝土异形柱的工程应用

3.1 异形柱在住宅建筑中的应用优势

钢管混凝土是指在钢管里浇筑混凝土的一种组合构件，将钢材受拉性能高和混凝土受压性能好的优点巧妙融合。根据在框架结构体系中所处的位置不同，钢管混凝土异形柱可以分为角柱、中柱和边柱。角柱通常采用L形截面；边柱通常采用T形截面；中柱通常采用十字形截面。钢管混凝土异形柱相比普通的钢筋混凝土柱具有许多优势。钢管混凝土异形柱承载力高、塑性变形能力强、抗震性能优越；建筑效果好，室内不露柱子凸角、布局灵活，有效增加建筑的使用面积，如图1所示。与纯钢结构相比，稳定性能、抗火性能、防腐性能更好，且抗侧刚度更大，舒适度提高，整体而言综合效益更好。

图1 异形柱应用效果

图2 沧州市福康家园公租房项目

3.2 钢管混凝土异形柱应用案例

异形柱结构综合性能较好，具有良好的应用前景。目前异形柱框架体系已成功应用于四川汶川县映秀镇鱼子溪村灾后重建工程、北京市顺义区别墅钢结构住宅项目和河北保定易水岚庭2号楼项目、沧州市福康家园公共租赁住房高层钢结构住宅项目，如图2所示。

周婷、姬爽、陈志华等，对方钢管混凝土异形柱结构进行抗震性能及优化设计分析。对结构体系进行多遇地震下弹性分析和罕遇地震下弹塑性分析，结果表明方钢管混凝土异形柱结构形式合理，安全可靠，抗震性能良好。

4 推广应用中存在的问题及建议

4.1 存在的问题

（1）首先各地政府政策力度不够，土地、贷款、税收优惠政策不够。没有设置专门机构去制定、推广钢结构住宅详细方案，对钢结构住宅宣传不到位。

（2）业主对钢结构的优势认识不足。普遍认为钢结构建筑成本高，并且对钢结构防火和防腐问题存在片面和错误认识，在选择结构类型时更倾向于混凝土结构。民众对钢结构住宅优点缺乏理性认识，内心不太容易接受，认为钢结构住宅安全性不如普通钢筋混凝土结构，对钢结构住宅质量心存疑虑，在购房时优先考虑混凝土结构。

（3）维护结构体系和钢结构配套不匹配。钢结构住宅外墙板体系发展滞后，与钢结构配套的维护结构存在不匹配的问题，并且安装不方便，难以形成标准化生产和快速安装体系。专业技术型人才奇缺，产业工人技术能力参差不齐，钢结构施工的整体水平不高、严重影响、制约各类钢结构建筑的发展空间和推广。

（4）规范、标准体系不完善。与钢管混凝土异形柱住宅相关的规范有《钢管混凝土束结构技术标准》T/CECS546-2018，已于2019年1月1日正式实施。目前钢管混凝土异形柱没有对应的规范，缺乏设计参考依据，项目落地需要组织专家对新技术的安全性、可行性及相关技术指标进行评审。评审需要提供一系列详细资料，包括结构体系及构件、节点的有限元分析结果，结构体系及构件、节点的试验数据等，耗时较长，资金投入较大。

（5）钢管混凝土异形柱住宅目前停留于试点工程和保障性住房。工程项目实例较少，在多高层钢结构住宅中目前只应用于保定市易水岚庭、沧州市福康家园公租房等项目。

4.2 建议及对策

（1）建议政府相关部门制定详细的实施方案，在财政补贴、税费优惠、用地保障、行政许可等方面制定专项扶持政策，不能只是说而不落实到实处。利用新闻媒体资源，做好引导和宣传，提高全社会的认知度。

（2）完善钢结构产业化布局，在全国有条件的城市率先设立钢结构示范城市和钢结构产业化基地。鼓励相关企业成立钢结构技术研发中心，提高钢结构住宅设计能力和企业核心竞争力，实现设计、生产、制作、安装、后期运维全产业链的运作。加强专业技术型人才的培养，推进建筑产业工人队伍建设，提高钢结构住宅整体设计和施工能力。

（3）实现构件、部品的标准化生产。政府部门对钢结构住宅部品统一管理与协调，实现钢结构住宅的建筑模数化、标准化。通过实施钢结构住宅设计模数化、部品标准化、制作工厂化、施工装配化，实现住宅产业化。借助BIM优势，推动BIM技术应用在钢结构住宅全生命周期的信息化管理。

（4）钢结构不可忽视的问题是防火和防腐问题。政府增加科研基金的投入，地方高校及科研院所加强钢结构技术的研究，培养专业技术型人才，攻克钢结构面临的问题，为钢结构产业化提供人才输出及技术保障。

（5）加快制定相应的规范标准及图集，填补钢管混凝土异形柱的空白。2018年4月《矩形钢管混凝土组合异形柱技术规程》征求意见稿发布，很快将会实施。规范标准的发布为异形柱新技术研发提供了设计依据，为后续新技术落地提供了保障。

5 结论

钢结构住宅中采用钢管混凝土异形柱，柱截面基本与墙体等厚，可隐藏于墙体内部，室内不露柱子凸角，提高得房率5%～8%，并且户型布局灵活，抗震性能优良。政府出台详细的实施方案及补助政策，利用新闻媒体做好宣传，积极推广钢结构住宅，提高全社会认知度。实施设计模数化、部品标准化，完善结构体系配套。加快制定规范标准及图集，填补异形柱新技术应用空白。注重技术型人才和产业工人培养，缩小与西方发达国家住宅产业化发展水平。发展装配式钢结构住宅符合绿色发展理念，能更好的适应并满足当前我国国民经济建设需要，具有广阔的市场和发展前景。