装配式钢结构介绍

1、我国现有的装配式钢结构体系住宅形式、工艺与特点介绍1.1 钢结构住宅体系概述各国对住宅体系的理解和做法不尽相同，但一般是指住宅的主体工程，由于 选用不同的结构材料、结构类型和施工方法而形成的不同住宅产品，并构成相应 的若干从设计到建造的成套技术。钢结构住宅建筑体系以其采用的钢结构形式作 为建筑体系分类的依据，成为建筑体系中的一个分支。通常所说的钢结构住宅是 指以工厂生产的经济钢型材构件作为承重骨架，以新型轻质、保温、隔热、高强 的墙体材料作为围护结构而构成的居住类建筑。钢结构住宅产业化即是以钢结构 住宅为最终产品，通过社会化大生产，将钢结构住宅的投资、开发、设计、施工、 售后服务等过程集中统一成为一个整体的组织形式。钢结构住宅产业化是钢结构 住宅发展的趋势。1.2 钢结构住宅体系的特点钢结构住宅与传统的建筑形式相比，具有以下的一些特点：（1）重量轻、强度高。由于应用钢材作承重结构，用新型建筑材料作围护 结构，一般用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右，减小了 房屋自重，从而降低了基础工程造价。由于竖向受力构件所占的建筑面积相对较 小，因而可以增加住宅的使用面积。同时由于钢

2、结构住宅采用了大开间、大进深 的柱网，为住户提供了可以灵活分隔的大空间，能满足用户的不同需求。（2）工业化程度高，符合产业化要求。钢结构住宅的结构构件大多在工厂 制作，安装方便，适宜大批量生产，这改变了传统的住宅建造方式，实现了从“建 造房屋”到 “制造房屋”的转变。促进了住宅产业从粗放型到集约型的转变， 同时促进了生产力的发展。（3）施工周期短。一般三、四天就可以建一层，快的只需一两天。钢结构 住宅体系大多在工厂制作，在现场安装，现场作业量大为减少，因此施工周期可 以大大缩短，施工中产生的噪音和扬尘、以及现场资源消耗和各项现场费用都相 应减少。与钢筋混凝土结构相比，一般可缩短工期二分之一，提前发挥投资效益， 加快了资金周转，降低建设成本 3%-5%。（4）抗震性能好。由于钢材是弹性变形材料，因此能大大提高住宅的安全 可靠性。钢结构强度高、延性好、自重轻，可以大大改善结构的受力性能，尤其 是抗震性能。从国内外震后情况来看，钢结构住宅建筑倒塌数量很少。（5）符合建筑节能发展方向。用钢材作框架，保温墙板作围护结构，可替 代粘土砖，减少了水泥、砂、石、石灰的用量，减轻了对不可再生资源的破坏。

3、 现场湿法施工减少，施工环境较好。同时，钢材可以回收再利用，建造和拆除时 对环境污染小，其节能指标可达 50%以上，属于绿色环保建筑体系。（6）钢结构在住宅中的应用，为我国钢铁工业打开了新的应用市场。还可 以带动相关新型建筑材料的研究和应用。二、国内外钢结构住宅发展历史2.1装配式钢结构体系住宅在国外的发展历史与现状20 世纪初，随着工业革命的开始，一些发达国家的钢铁工业规模迅速扩大， 钢结构住宅得到初步发展。时至今日，钢结构住宅技术在世界发达国家的发展历 史己达百余年。在欧美和日本等地，建筑用钢量已达钢产量的三成以上，钢结构 建筑面积占总建筑面积约四成以上，形成了各自的钢结构住宅体系。法国是推广住宅工业化的最早几个国家之一。经历了 30 年发展法国钢结构 住宅体系，目前已经成功过渡至用体系，主要应用于多层集合式住宅。英国的钢结构住宅体系，根据预制单元的工厂化程度不同分为三个等级：1）“Stick ”结构，杆件在工厂加工制作，全部运输至现场后，用螺栓或自攻螺栓连 接；（2） “Panel”结构，钢构件以及墙板和屋面板等围护结构用专用的模具进行 工厂化预制，现场拼接；（3） Modula

4、r结构，将整个房间作为一个单元全部在工 厂预制，此种结构发展较快。曰本是世界上率先兴起住宅产业化的国家。目前日本的工业化住宅有木结 构、钢结构和混凝土结构三种形式，日本每年新建 20 万栋左右的低层住宅中， 钢结构住宅约占七成以上的市场份额。现在日本正在推广的钢结构住宅体系主要 有以下几个特点:柱间距14.4m，可实现200m2的大空间内无柱，且可自由分割 成1-3户；框架釆用钢管混凝土柱和FR耐火钢（Fire Resistant Steel）梁；地面为 PC 板+现绕钢筋混凝土结构，管道置于地板下部的中空空间；外墙板采用 ALC 板、PC板，内隔墙采用隔音性能高的强化石膏板，均为干式施工，施工速度快； 设备与结构构架相独立，便于管道维修。美国钢结构住宅的建造技术由传统的木结构住宅衍变而来。美国是采用钢结 构住宅形式的最早的国家之一， 1965 年轻钢结构在美国仅占建筑市场的 15%， 1990年上升到53%， 2000年达到75%，目前美国的钢框架小型住宅巳达20万 幢，别墅和多层住宅都采用轻钢结构。80 年代至今，美国逐渐实现了主体构件 通用化和住宅部品化，构配件达到模数化、标准化

5、和系列化，生产效率显著提高， 住宅达到节能环保要求。进入六十年代，美国开始发展轻钢龙骨结构建筑，该体 系以 2 英寸*4 英寸为基本模数，适于低层集合住宅和联排住宅的建造。1997 年 美国发布住宅冷成型钢骨架设计指导性方法，全方面地指导轻钢龙骨体系住 宅的设计、施工。总体说来，国外的钢结构住宅体系在模数化设计、标准化生产、装配化施工， 节能、防火和抗震等方面已非常成熟，尤其是相配套的墙体、楼板等围护部件的 应用也非常完善，施工周期特别短，这值得我们借鉴和学习。2.2装配式钢结构体系住宅在国内的发展历史20世纪 80 年代我国的钢结构住宅开始发展。90 年代以来，建设部积极倡导 钢结构住宅的开发和应用，组织编制钢结构住宅建筑产业化技术导则，并于 2001 年通过钢结构住宅建筑体系及其关键试点工程的立项。我国最早的钢结构 住宅是一幢 8 层住宅，建于 1994 年，目前在北京、山东、上海、天津、湖南、 安徽等地，均有建成的钢结构住宅工程试点项目。2005年初，建设部在北京组织了无比钢轻钢龙骨体系评估会，一致同意可 在国内将无比钢轻钢龙骨体系应用于低多层建筑，并决定参考国外同类资料在 轻钢

6、房屋钢结构技术规范和低层轻型钢结构装配式住宅行业标准中补充 相关内容。我国钢结构试点的工程建设情况为:天津太平洋村别墅，采用轻钢龙骨体系， 楼板为大跨度预应力空心板，平均用钢量50-55kg/m2，工厂加工约30天，现场 安装时间40天左右。济南市埃菲尔花园，六层纯钢框架结构体系，H型钢梁柱， 现饶混凝土楼板，LCC外墙板，综合造价约1550元/m2。另外在建的钢结构高层 住宅最高为34层，包括上海中福城和陆海城等6处。由上述可以看出，钢结构住宅在我国的发展势头良好，虽然钢结构住宅的综 合造价比混凝土结构稍高，但发展前景广阔。在我国大中城市中，由于人口密度 较大，土地资源稀少，考虑出房率、土地使用效率等因素，各大房地产商开始重 视推广新型钢结构住宅建筑体系。三、国内主要钢结构住宅结构、围护体系的形式、工艺与特点31钢结构住宅结构体系目前应用较多的钢结构住宅结构体系有：钢框架结构体系、钢框架-剪力墙 结构体系、钢框架-支撑结构体系、钢框架-核心筒结构体系、轻钢龙骨住宅体系。311钢框架结构体系形式、工艺与特点框架体系的主要受力构件是框架梁和框架柱，它们共同作用抵抗竖向和水平 荷载；框架梁

7、有I型、H型和箱型梁等种类，框架柱有H型、空心圆钢管或方钢 管柱、方钢管混凝土柱等种类。该体系在建筑体系中技术最成熟，使用最多，- 般应用于6层及以下的低层、多层建筑和抗震设防烈度相对较低的地区，国外 1-3层住宅也多采用此形式。1994年，上海北蔡防水材料厂建成一栋8层钢结构 住宅（图1）。无电梯，钢框架结构，采用冷弯薄壁矩形钢管内浇混凝土柱，U 型冷弯薄壁组合梁。外墙和内墙板均采用压制成型稻草板。单位面积用钢量为 34千克/平米。图1：上海北蔡防水材料厂钢结构住宅图2：梁柱框架式结构体系钢结构框架体系的优点包括：1）梁柱截面小而跨度大，平面布置灵活，可组 成较大开间；2）自重轻，延性好，刚度均匀，抗震性能良好；3）设计简单，受力 和传力体系明确；4）杆件形状规则，制造和安装都很简单，施工速度快。（图2） 钢结构框架体系的缺点包括：1）纯框架结构缺少侧向支撑，结构的侧向刚度较小, 侧向力作用下的水平位移较大；2）节点采用刚接或半刚接，震时会产生较大应力 集中而导致结构破坏。312钢框架-剪力墙结构体系形式、工艺与特点钢框架-剪力墙结构体系是以框架为基础，为增强建筑的侧向刚度，防止侧

8、向位移过大，沿其柱网的两个方向布置一定数量的剪力墙的结构体系。由于剪力 墙体抗震性能较好，钢框架-剪力墙结构体系多适用于7-18层的小高层及高层住 宅和地震区多高层钢结构住宅。在钢框架-剪力墙结构中，钢框架承担全部的竖向荷载，而钢框架和剪力墙 协同承担由水平荷载引起的水平剪力，由于剪力墙的抗侧刚度较强，因而采用此 种结构体系在多高层建筑中具有很大优势。常见的剪力墙体系有现绕钢筋混凝土 剪力墙、钢板剪力墙、预制剪力墙和内藏钢板支撑剪力墙等。中福城位于上海福州路，由六个高层住宅单元通过三层裙房连成一体，工程 地下一层、地上17层，采用钢框架-混凝土剪力墙体系，大柱网结构，从地下室 开始，全部采用钢结构。（图3，图4）图3：中福城施工现场图4：中福城施工外观钢框架-剪力墙结构体系的优点包括：1）钢柱的截面尺寸较小，用钢量少， 成本较低；2）侧向刚度较大，整体稳定性较好；3）结构分析简单，传力路径明确; 4）剪力墙的防火耐火性好，可提高结构的抗火性能。钢框架-剪力墙结构体系的缺点包括：1）当遇到高烈度地震时，框架与剪力 墙的节点处易产生应力集中，造成墙体局部破坏；2）现绕混凝土剪力墙为现场湿

9、作业，施工周期较长，且受天气的影响较大。3.13钢框架-支撑结构体系形式、工艺与特点钢框架-支撑结构体系，是在框架体系的部分框架柱之间设置横向型钢支撑, 形成支撑框架的结构体系。其中的钢框架主要承受竖向荷载，钢支撑则承担水平 荷载，形成双重抗侧力的结构体系,多适用于高层钢结构住宅。钢支撑可采用角钢、槽钢和圆钢等，主要用途是增加结构的抗侧刚度；支撑 体系包括人字型、十字交叉等中心支撑形式和门架式、单斜杆式、V形和倒Y形等偏心支撑形式；支撑结构一般布置在外墙、分户墙、楼梯间和卫生间的墙上, 可根据需要在一跨布置或多跨布置。（图5）图5：日本长野县钢框架-钢支撑公共住宅钢框架-支撑体系的优点包括：1）支撑的设置提高了梁、框架和压轩的承载 稳定性；2）结构侧向刚度较大，有效地减小了梁柱的截面积，节约钢材和成本; 3）体系采用全钢构件，便于工厂化加工生产。钢框架-支撑体系的缺点包括：1）节点为梁、柱和钢支撑三种构件的连接， 构造复杂；2）传力路线较长，抗侧效果较差；3）支撑常常影响洞口的位置设置, 降低了建筑布局的灵活性。4）在钢支撑处无法采用墙板，只能采用砌筑方式。3.14钢框架-核心筒结构体系形式、工艺与特点钢框架-核心筒结构体系是以钢框架为基础，近中心部位通过现绕混凝土墙 体或密排框架柱围成封闭核心筒的结构体系。该体系中框架和筒体为铰接，钢框 架承担全部竖向荷载，核心筒则承担全部水平荷载，筒体结构一般布置在卫生间 或楼电梯间位置。由于综合受力性能好，钢框架-核心筒体系目前在我国应用极为广泛，特别 适合于地基土质较差地区和地震区，新建的高层和超高层建筑几乎都釆用了钢框 架-核心筒体系。钢框架-核心筒结构体系的优点包括：1）节约钢材，造价较低；2）结构各部 分受力分工明确，核心筒抗侧移刚度极强3）般将框架柱布置在阳台和转角部 位，不占用住宅的布置空间，且装修方便；4）核心筒为现饶施工方法使得卫生间 具有良好的防水性能；5）除筒体部分为现绕外，其余构件均可以工厂化生产，缩 短工期达30%40%。钢框架-核心筒结构体系的缺点

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