山东新型轻钢结构住宅体系及其应用

山东新型轻钢结构住宅体系及其应用
(1．鞍 山科技 大学 土木 与交通工程学 院 ，辽 宁 鞍 山 I14044；2．东北大学 资源与土木 工程学 院 ．辽宁 沈 阳 I10006)
摘 要 ：对我国轻钢住宅结构体系的开发、研究以及结构体系特点进行分析，并论述了轻钢住宅结构体系和
维护 结构 ，通过 国 内轻钢 住宅研 究及 应用 的介 绍 ，强调 北 方地 区发 展轻 钢住 宅的有利 条件．
关键词 ：住宅；轻钢结构；体系；产业化
中图分类号 ：TU392．5 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—4410(2004)04—029004
我国是世界上Z大的砖砌体建筑 和混凝土 建筑大国，根据有关统计每年生产砖 7000多亿块 ，约占世界产量 的二分之一；生产水泥5亿吨 ，约占世界产量 的三分之一．生产砖 的代价是每年毁掉农田15万亩 ，消耗标准煤 7000万吨 ；生产水泥的代价是每年排放温室气体C0约3亿吨 ，破坏的矿山和排放的废水难以统计．而且砖和混凝 土还 是不可再 生材料 ，形成 的建筑垃圾难 以处理．本世 纪头二十年 我国Q面建设更 高水平 的小康社会 的关键是看住房，目前 我国的住宅都 以砖混结构和钢筋混凝 土框架结构为主，这种传统的小开问、功能单一、能耗高 、资源消费大 、抗震性能差 、施工速度慢、受季节限制的结构体系已不能满足现代社会的要求。根据建设 部 、国家经贸委 、国家质量技监局 、国家建材局《关 于在住宅建设中淘汰落后产品的通知 》(建住宅 [1999]295号文 )的要求 ，各直辖市、沿海地区的大中城市和人均占有耕地面积不足 0．8亩的省份的大中城 市的新建住宅 ，逐步限时禁止使用实心粘土砖 ，限时截止期限为3年．另外为贯彻落实 中央 国务 院《关于加快技术创新 ，发展高技术 ，实现产业化 的决定 》，迫切需要研究 、开发和推广 造型优美 、结构性能优 良、使用方便 、施工速度快 、经济合理 的住宅 建筑体 系来代替现有的结 构体 系．使 我国住宅 建设 向舒适化 、功能化、智能化 、产业化方 向发展．轻 型钢结 构正是住宅建设中具有独特优势的结构体系。
1 国内外发展及试点工程
  在国外采用钢结构住宅的大都是钢铁生产大国和钢结构建筑 比较 发达的国家和地 区．轻钢建筑结构在欧美 发展较快．近几 年，日本 的发展更快．在美 国、加拿大 、澳 大利亚 、日本 、瑞典等 国家 ，钢结构中的用 钢量已经 占钢材产量的 3O 以上．钢结构住宅 占住宅总建筑面积 的 4O 以上，采用轻钢结构体系建设建造 的单层 和多层建筑物 占 5O％以上．日本新建 的 1—4层 住宅大都采用 轻钢结构 ，以色列居 民定居点 的住宅也是 以轻钢结构住宅为主．这些 国家在 钢结构住宅 的抗震性能 、防火 、防渗 、建筑 材料、结构形式等方面 的研究处于水平．美国在轻钢结构体系的分析 、设 计计算 的理论和方法及制造工艺上已经F常完善 ，开发了多种专利产品 ，其专用 的设 计软件可在短时间内完成设计、绘 图、工程量统计及工程报价 ，在制作上也实现 了高度的标准化及工厂化 ，现有 34家专 门生产单元式 建筑的公司．瑞典是 当今世界上Z大的轻 钢结构制造国．其轻钢结构住宅 中预制构件数量达 95 ．目前在钢结构住宅体系上，国外已开发了钢结 构工业 化生产体系 ，并不断提高住宅产品的性能指标．而且 国外的研究 已进入对住宅体系灵 活性 、多样性 研究 ，进而扩大适 应面和产 生规模效应．例如 ，日本 的三泽住 宅以“百年住宅”的概念 ，英国的以“建筑生产反思”的观念等使住宅产业 化的实现体现 出：以模数化构建标准化 ，以标准化推动工业 化 ，以工 业化促进产业化．
自1979年我 国从澳大利 亚引进轻型钢 架结构 以来 ，轻 钢结构有 较大 发展．从 20世 纪 90年代后期开始系统 研制与开发钢结 构住 宅 ，发展较快 ．建设部 在《中国建筑 技术政 策 》(1996—2010年 )中提 出 了“积极 、合作较 快地 发展钢结构 ”任务 ，强调加 速推广定 型化 的轻型房屋 钢结构 体 系；建设 部等 8部 门共同拟订的《关于推进住宅产业现代化，提高住宅质量的若干意见》(国办发[1999]72号文)提出了要加强新 型结 构技术 的开发研究 ，积极 开发和推广 使用轻 钢框 架结构 ，要求 到 2005年初 步建立住 宅 的工业 化和标 准化生 产体 系 ，到 2010年形成 系列的住 宅建筑体系．另外我 国“十五”期 间计划 达到 每年建筑钢 结构用 钢量将 占全 国钢材总产量 的 3%，到 2015年将达 到钢材 总产量 的 6 ，这 是 已经公 布 的《国家建 筑钢结构产业 “十五 ”计划和 2015年发 展规划 纲要 》明确提 出的发展 目标．
我国经济 以 7%以上 的速 度持续 发展 ，住宅 建筑逐步 成为 国 民经济 的支柱 产业．预计 10年内将新建住宅 56亿 m ，如按 年竣 工面积 1 一5 采用钢结 构计算 ，每 年钢结 构住宅 的建筑 面积将达到 560—2800万 m ．需 用钢 材 28—140万 吨／年 ，而 2002年 钢筋 混凝土 中建筑 用钢 量为 200万 吨／年．与此 同时 ，我国钢铁行业迅 猛发展 ，钢产量从 1978年的3718吨增加到 1996年 的超 过 1亿 吨 ，2002年 的钢产量是 1．9218亿 吨 ，根 据Z新消息 2003年 1—11月统计 我 国钢产 量是世界 上首 次突破 2亿吨 的国家．目前 中国建 筑钢材 品种 丰富 ，价格合理 ，新产品开发力度大．其 中热轧 H 型钢 2002年底达 到 100多万吨 ，其他钢 结构用 的 中厚板 、型钢 、钢管 、高频 焊接 H 型钢 、冷弯 型钢及涂镀层 钢 板等都 有显著增 长．宝钢 、武钢 、马钢 的耐火耐候钢在 工程 中得 到使用 ，武钢 、浦钢 、鞍钢厚板 在工程 中广泛使 用 ，马钢 、莱钢 H型钢供不 应求 ，为钢结 构住宅提供 了各种规格 的钢材．另外 为促进 我国钢结 构住 宅产业 发展 ，建设部 于2002年发布 了《钢结构住宅产业化 技术 导则 》，并评 审通 过 了三批 共 36项 钢结 构住 宅科 研项 目立 项 和确定 了北 京赛博 思金 属结 构工 程管理公 司的个 建设部钢结构 住宅产业 化科技 示范 工程 ，建筑 钢结构 的钢 材、设 计 、制造 、施工 、行 业标准 、规范 约 6o本 已基本编制修订 完成．《钢结构 住宅设 计规程 》正在编 制 。
国内钢结构住宅从研究 开发 到工程 试点 ，发展速度F常快 ，现在已经建成100多万m2。已经建立试点工程的有：北京 、上海 、天津 、湖南 、安徽 、江阴 、南京 、山东 等地。
2 特点与建筑体系
2．1 特 点
轻钢结 构一般指 承受相对较小的外加荷载，采用较小 的构件截面 尺寸 ，结构 自重较 轻的钢结 构．轻钢住宅结构是 以经济型材构件 ，包括冷弯型 钢 、热 轧或焊接 H 型钢 、焊 接或无缝 钢管及其 组合构件作 为住宅承重骨架 ，轻 型墙 体材 料作为 围护结构所 构成．与传统 的住 宅结构相 比，轻钢结构住 宅有许 多优点．
2．1．1 建筑 空间布 置灵活 ，真正体 现“以人 为本”的设 计理 念 传统住宅开 间小 ，装修增减墙体 (尤其承重墙)即破坏结构 又浪费．钢砼框 架结 构造价高 、施 工周期较长 ，柱 的截面尺 寸大 ，影 响空间布置 ，而钢住宅柱距 、开间大 ，所有墙体都是非 承重 墙 ，可随意分隔和布置 ，可增加使用面 积 5%一8%。
2．1．2 选材合理 ，结构 多样 与钢结 构配套 的轻质墙板 、复合楼板等新 型材 料 ，符合建筑节能和环保的要求 ，可 以达 到节 能 50 的 目标 ，极大地 节 约 了我 国人 均 缺少 的能源．在竖 向 可布 置跃 层和错 层体系 ，屋顶 形式 可丰 富多姿．
2．1．3 轻 质高 强、抗震性 能好 ，安 全性 高 ，使 用年限长 轻 钢结 构采用 自重小 的轻质墙 体和 楼面材料 ，构件 尺寸小 ，一般可减轻建筑结构 自重的 30 ，质量是 钢筋混凝土住宅 的 1／2左右 ，6层轻钢结构住宅的质量 仅相 当于 4层 砖混结 构 ，并充份 发挥钢 材强度高 、延性好 的特点 ，抗震 性能很 好 ，安全性 高．防潮得 当可延长使用 寿命 ．
2．1．4 实现住 宅建设 的工业化和产 业化 轻钢结 构在工厂制 作 ，现 场安装 ，易于工厂 规模生产 和标准化 、系列化 ，可采用工业化生产方式 ，实现技术集成化 ，提高住 宅的科技 含量和使用功能 ．
2．1．5 设计技 术先进 利用 先进 的计算机 辅助设计 (CAD)和计算 机辅助制造 (CAM )技术 ，能全 面按用户要求进行设计，且效率高、报价快、造价低、供货迅速．
2．1．6 施 工方便 、工期短 ，不受季 节限制 轻钢结构住宅基本 为干法施工 ，装配化程度高 ，质 量可靠 ，不支模 ，不受气候 影 响 ，尤其 在北方地 区更适 用．同时安装元需 大型机械设 备 ，施 工临时用地 少 ，建设 快速、、简便．与传统住宅体系相比，轻钢住宅至少可缩短 1／3的工期．提高投资效益 ，建造一个几万m。小 区 ，周期 ～般 为 2—3年 ，而采用 轻钢建 筑一般 为 6—12个月．例如上海 现代房产实业 有 限公 司建造的500m。的二层 别墅仅用 了 45个工 13，并且包括 内外装修 ．而湖南远大集 团 7层 5300m。轻钢住宅±0．00以上只用 2O天 就安 装完成 ．
2．1．7 符合 国家环保和可持续性发展 的要 求 轻钢住宅所用材料都是节约土地 、能源和资源的勇久性材料．而且大部 分材 料可回收和再生 ，施工 现场湿作业少 ，建造和拆除时对环境污染较小 ，利国利民．
2．1．8 综合 经济效益好 轻钢结构截面尺 寸小 ，增加 了住 宅的使 用面积 ，降低 了房屋高度 ，增加 了净高；房屋保温隔热性能好，使用能耗低；基础处理难度和费用降低 ，可降低 10 一2O ；节约投资利息一般可达总投 资的 2O 左右 ；投 资周期 短 ，收效快 ；人工 费用 和模板等其他辅助材料费用 减少．
2．1．9 具有较 高的性 能价格 比 小 高层 钢结构住 宅单位建筑 面积造价与规 模相同 的混凝 土结构建筑造 价基本 相 当，多层钢 结 构住 宅单 位 建筑 面积 造价 比规模 相 同 的混 凝 土结构 建筑 造价 高 约 5％～1O% 左右 ，但 由于具 有上述几方优点 ，所 以具 有较高的性能价格 比．
2．2 建 筑 体 系
2．2．1 结构体 系 (1)轻钢龙 骨 (冷 弯薄壁型钢 )体系 ，3层 以下采用．(2)纯钢框架结构 ，4～6层采用 ；(3)钢框 架一砼 剪力墙混合结构 体系 ，楼梯 间和电梯 间布置成钢筋 混凝土简体 ，钢框架 布置在 四周．4— 12层采用．(4)钢框 架一钢支撑体系 ，支撑可 结合楼梯 、电梯间布置．7—12层 采用 ．(5)钢框架 预制 混凝土墙体结构 ，4—6层采用 ．(6)钢框架一钢板 剪力墙结构 ，正在研发 当中。
2．2．2 楼面结构 (1)压型钢 板～现浇钢筋砼组 合楼板．通过栓钉将 压型钢 板固定在钢架上 ，可做为勇久性楼 板 ，现浇砼板 可采用轻骨料 砼．(2)预制 预应 力薄板上叠合 现浇层 楼板．将工业 化预 制的预应力砼薄板与 钢梁连 接 ，上浇砼 板组成叠合板 ，这种叠合 楼板 同样 无需模板 ，施工方便 ，省 去压型钢板 ，降低造价．(3)密排托 架一现浇砼组合 楼板．楼面 次梁采用密 排托架代替与砼 楼板组合 工作 ，设 备管道可从托架空腹穿 过 ，节约净空 ．(4)轻骨料加 气砼 楼板．采 用现浇 或预制轻骨 料或者加气砼 的楼板可减 轻 自重．
2．2．3 基 础 轻钢建筑 的 自重轻 ，基础 可相对较小 ，以柱 下单独基 础为主 ，当地 基较软弱 时 ，可 采用条形或十字形基础 ，柱脚 刚性连接 ，基础梁采用钢砼梁 或外包砼的钢梁．
2．2．4 墙体 结构 采用轻 质材料 或轻质 保温 复合墙 板 ：(1)自承 重式 的空 心砌块 ；(2)加气 砼块 ；(3)非 自承重 的压型钢板夹芯板 ：(4)蒸压轻质加气 砼板 (AIC)；(5)莱 钢生产 ICC—A，ICC—B，LCC—C型系列墙 板 ；(6)稻草板 ；(7)玻璃纤维加强水 泥外墙 板 ；(8)玻璃幕墙 、墙梁可采用冷弯薄型槽钢 、卷边槽钢 、卷边 Z型钢 等。
3 北方地 区发展钢结构住宅 的有利条件
(1)国家 机关政策 的颁 布和实施．(2)国家的标 准 、规程等逐 步实施和完 善．例 如 ，《冷弯 薄壁 型钢技 术 规 范 》(GBS0018)、《门 式 刚 架 轻 型 房 屋 钢 结 构 技 术 规 程 》、《钢 结 构 工 程 施 工 及 验 收 规 范 》(GB50205—95)、《轻 型房 屋 钢结 构技 术规 程 》等．(3)校 企合 作 已见成 效 ，有 利地促 进 钢结 构住宅 的开发．国 内高校 与企业 联合进一步加 强 ，例 如科技部委托建 设部作为钢结 构住宅项 目组 织单位 ，由同济 大学 中标并牵 头组织 ，上海大通钢结构公 司、日本 住友金属 、南京旭建公 司共 同参与攻关的“轻钢结构住宅建 筑 体 系关 键 技 术 研 究 课 题”已经 基本 完 成．(4)钢 结 构 CAD 专 用 软件 开发 比较 完善．例 如 ，国 内PKPM 系列 3D3S和 M＆SteeI软 件 ，国外 针 对 中国设 计 规范 推 出的 STRAP，STAAD，SAPX 和 AN—SYS设计软件 ．(5)国内外钢结 构等相关公 司的积极 参与和支持．例 如 ，国外有美 国的 巴特勒公司 ，法 国PPB公 司 ；国 内有 江苏省 颇具 实力 的轻 钢房屋公 司 4O一5O家 ．上 海 、北京 、南 京 、山东 、湖南 、天津 等地有许 多轻钢房屋 公司．例 如 ，马鞍 山钢铁公 司、山东莱芜 钢铁公 司等．(6)北 方钢 结构住宅开 发应用 少、起步晚，前景广阔，是房 地产 开发 的新“卖点 ”．(7)轻 钢住 宅保 温性 能好 ，施工 不受 季节 限制 和天气 限制 ，更适合 北方应用 ．(8)辽宁省 是全 国钢铁 大省 ，有实 力雄厚 的鞍 山钢铁公 司 、本 溪钢铁公 司等 ，供 货更方便．(9)可 以带动钢铁 、建材 、冶金 、信息 、机械 等行业 的发展．
4 结 论
钢结构住 宅在我 国还处 于发 展阶段 ，还有许 多问题需 要进一步研究 和完善 ，但 是住宅 产业 化是 我国住宅业发展 的必 由之路 ，钢结构住宅体系能够实现定 型化设 计 、标准化制作 、工业化生产 ，墙体材料可 以采用节能 、环保 的新型 材料 ，属 于绿色 环保性建 筑 ，同 时又可再 生利 用 ，符合 可持续 发展．所以，大力 研究 、开发 、推广和发展轻 型钢结构住宅体系 ，建设 “百年住宅 ”，实现小康社会的住 宅 ，用新的结构体 系替代砖瓦结构 ，是建 筑业 同行 的共同目标．

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