钢结构在高层钢结构住宅中的应用与发展论文_王君霞,田洪肖

摘要：高层钢结构住宅与传统混凝土结构相比，具备很多显著的优点，既能满足人们对居住舒适条件的需求，又能减少对资源和环境的破坏，同时还具备优良的抗震性能。因此发展高层钢结构住宅具有非常广阔的应用前景。本文介绍国内外钢结构住宅发展的基本状况，通过与传统混凝土结构体系的对比分析，指出高层钢结构住宅的优势和特点，以及高层钢结构住宅在国内推广的综合效益和发展前景。

关键词：高层钢结构；住宅；应用；结构体系；抗震性能

背景

进入21世纪以来，我国的住宅产业化发展速度非常迅猛，发展方向突破传统的材料、户型，结构体系呈多样化趋势，关于住宅行业发展的讨论也是各具特色、百家争鸣。作为住宅领域的新兴势力，钢结构住宅的发展和研究也越来越得到业界和学术界的重视。钢结构住宅以其优良的抗震性能，材料的强度，延性好，施工方便的要求和可持续利用的特点，空间利用率高，能有效地节约土地、节约能源和降低消耗和其他高科技环保措施的良好对接等诸多优点，正日益成为一个受普遍关注的住宅载体。

1 钢结构住宅的发展状况

在很多工业发达国家如美国、英国、日本、澳大利亚等，钢结构住宅已十分普及。日本钢结构建筑占全部建筑数量50%以上；澳大利亚钢框架住宅占到全部住宅的50%；芬兰、丹麦、法国以及瑞典都已形成了较大规模的钢结构住宅产业化体系。

日本地处在太平洋地区地震带，由于常年有地震发生，因此日本特别重视居住者的财产安全和生命安全，对住宅良好的抗震性极其重视。日本的钢结构建筑的发展历史有100多年。近年来日本的钢结构建筑发展迅猛，建筑施工项目中的钢结构所占比例从1965年起，每年以快速的比例不断增加，目前约占全部建筑的50%左右。

我国自20世纪80年代起，开始引进多层钢结构住宅。当时建成的北京展览馆宾馆采用的就是钢结构体系，宾馆主楼层数为7层，在边上还建了一些3层连体住宅。建筑用钢材主要是从加拿大进口。柱子采用焊接的方型钢管，梁采用焊接的H形钢。

自2000年我国首次开展钢结构住宅技术研讨会以来，我国积极开展与钢结构工程相关的科研探索与工程实践项目；武汉世纪家园钢结构住宅示范工程小区由11栋高层建筑组成。全部采用钢结构住宅产业化成套技术体系，其中外墙200mm厚，符合50%的节能要求。位于包头市青山区的万郡·大都城钢结构住宅工程，建筑总面积约100万㎡，以30层以上高层建筑为主，均采用钢结构住宅产业化成套结构体系。该项目充分彰显了钢结构住宅的得房率高、保温节能、抗震性能好、舒适度高等多重优势，真正营造安全舒适的理想家园。

通过上文实例介绍，高层住宅是适应我国国情的可得到普及推广的住宅类型，同时可以看出各设计、科研和建设单位都正在将这一规模类型的钢结构住宅作为开发、研究的重点，高层钢结构住宅试点工程的成功及推广，有望成为今后我国住宅产业化发展的重要方向之一。

2 高层钢结构住宅的优势

与传统混凝土结构相比，高层钢结构住宅具体有如下优点：

(1)抗震性能好

高质量钢结构能保证1.2以上的强屈比。按《建筑抗震设计规范》规定高层结构弹性计算阶段的层间位移限值（见表1），对普通钢筋混凝土结构规定值为h/800，而对钢结构的位移限值则可放宽到h/250，二者相差3.2倍。可见在地震作用下，由于钢结构具有良好的延性的特点，不仅因为能吸收和削弱地震作用，且属于理想弹塑性结构，具有很强的适应抗震变形的能力。

表1 弹性层间位移角限值

（2）自重轻、承载力高

与钢筋混凝土相比，钢结构材料具备明显轻质高强的特点，其强度与质量比指数是钢筋混凝土的5倍以上。目前随着钢铁材料的发展，现实工程已可应用屈服强度为440MPa（实际工程常用345MPa）的高性能优质钢材，强重比性能更为优越。轻质高强钢结构带来多方面的优化效果，其中一方面就是显著减轻结构的自重。统计结果表明，高层钢结构的重量（包括钢结构骨架和轻质楼板）约为6～8KN/㎡，仅为钢筋混凝土高层结构自重的50～60%左右，这也解释了为什么高层结构，在一定高度以上，钢筋混凝土结构已经不可行，但钢结构却成为占主导地位的体系。

（3）施工速度快、周期短

钢结构构件均在工厂制作加工，现场安装方便，湿作业较少，基本不受气候的影响；质量稳定可靠，有利于钢结构住宅实现产业化，集成化和工业化。组合楼盖或配套的型钢混凝土构件等均可支持同步多工序作业，由表2可知，30～50层的高层钢结构可比普通钢筋混凝土高层结构减少工期20%～30%（约6～12个月）。

　表2 我国几幢高层结构建筑工程对比

注：S－钢结构 SRC－型钢混凝土结构 RC－钢筋混凝土结构

　3 总结

综上所有分析，可以看出钢结构住宅由于其自身无可比拟的综合优势，无论是综合经济效益，还是住宅质量及使用方面都有良好的效益，而且这种效益是长期的、持续的，并有利于整个社会和国家的持续发展。可以预计，随着我国经济建设的发展和钢结构整体技术水平的提高，高层住宅采用钢结构的综合经济效益将越来越显著。若同时考虑钢结构在施工上的其他优势，如天气对工期影响较小，品质及精确度较高，对周围环境影响较轻等优势，以及结构性能上的优越性，则高层住宅采用钢结构确实是较好的选择。当前，国家正着力提倡建设资源节约型社会。其推广应用完全符合国家着力提倡建立节约型社会的倡议。

参考文献

[1]董赛.新型建筑以钢为纲—杭萧钢构的新型工业化探索[J].中国建筑金属结构，2012

[2]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].第三版.北京:科学出版社，2005

[3]童悦仲，娄乃琳.美国的多层轻钢结构住宅[J].住宅科技，2004，(11):19-21.

[4] Mitsuo ASANO，Higashino MASAHIKO，Masashi YAMAMOTA.The Experimental StudyonViscoelastic Material Dampers and the Formulation of Analytical Modal [A]. 12th World

[5]符蓉.多层钢结构住宅结构选型的研究[D].武汉:武汉理工大学硕士学位论文，2004

[6]李育荣.住宅钢结构体系研究与经济性分析[D].合肥:合肥工业大学，2004

论文作者:王君霞,田洪肖

论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷19期

论文发表时间:2020/3/5

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