中国高层钢结构住宅的战略选择与研究 资源环境与城乡规划管理 毕业论文

1、中国高层钢结构住宅的战略选择与研究摘要本文遵循可持续开展的原那么，依据中国国情，得出了高层战略不仅是中国的必然选择，而且是未来中国具有广阔前景的住宅形式。并着重介绍了高层钢结构住宅的设计方法和特点,结合钢结构住宅的设计,比拟了钢结构住宅与其他结构住宅在经济性和绿色环保方面的优缺点，较详细地阐述了高层钢结构住宅的潜在优势和远大的开展前景。关键词：高层住宅 ; 钢结构住宅;可持续开展 ;结构体系The Choice and Research on High-rise steel Residents in ChinaAbstractAccording to the principle of deve

2、lopment and the reality of China, not only is high-rise building a must of China , but also a hopeful choice for China in the future.This paper discussed the design method and characteristics of high-layer steel structure residence,combined the design of steel structure residence.This article compar

3、ed the advantages and disadvantages in the economy and the green environmental protection between steel structures and other structures.It also discussed in detail the latent advantage and long-range development prospects of high-layer steel structure residence. Key words：high rise residents ; steel

4、 residence ;durable development ; structural systems目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232906465 摘要 PAGEREF _Toc232906465 h I HYPERLINK l _Toc232906466 Abstract PAGEREF _Toc232906466 h II HYPERLINK l _Toc232906467 1.绪论 PAGEREF _Toc232906467 h 1 HYPERLINK l _Toc232906468 本课题的提出 PAGEREF _Toc232906468

5、h 1 HYPERLINK l _Toc232906469 可持续开展原那么下的高层钢结构住宅设计研究 PAGEREF _Toc232906469 h 1 HYPERLINK l _Toc232906470 2中国高层钢结构住宅的策略选择 PAGEREF _Toc232906470 h 3 HYPERLINK l _Toc232906471 高层钢结构住宅的历史回忆 PAGEREF _Toc232906471 h 3 HYPERLINK l _Toc232906472 2.1.1 准备时期 PAGEREF _Toc232906472 h 3 HYPERLINK l _Toc232906473

6、2.1.2 探索启动阶段 PAGEREF _Toc232906473 h 4 HYPERLINK l _Toc232906474 2.1.3 我国钢结构住宅应用的启动阶段 PAGEREF _Toc232906474 h 5 HYPERLINK l _Toc232906475 高层住宅时代的需求和必然选择 PAGEREF _Toc232906475 h 7 HYPERLINK l _Toc232906476 2.2.1 高层住宅的内在选择机制 PAGEREF _Toc232906476 h 7 HYPERLINK l _Toc232906477 2.2.2 高层住宅在中国建设的必要性 PAGER

7、EF _Toc232906477 h 8 HYPERLINK l _Toc232906478 高层钢结构住宅的可行性分析 PAGEREF _Toc232906478 h 9 HYPERLINK l _Toc232906479 开展钢结构住宅条件已经具备 PAGEREF _Toc232906479 h 10 HYPERLINK l _Toc232906480 已有大量的技术标准支持 PAGEREF _Toc232906480 h 11 HYPERLINK l _Toc232906481 高层钢结构住宅的特点 PAGEREF _Toc232906481 h 12 HYPERLINK l _Toc2

8、32906482 高层钢结构住宅的优点 PAGEREF _Toc232906482 h 12 HYPERLINK l _Toc232906483 高层钢结构住宅体系中的缺乏 PAGEREF _Toc232906483 h 13 HYPERLINK l _Toc232906484 3高层钢结构住宅的综合性分析 PAGEREF _Toc232906484 h 15 HYPERLINK l _Toc232906485 3.1 高层钢结构住宅常见的结构体系 PAGEREF _Toc232906485 h 15 HYPERLINK l _Toc232906486 3.1.1 钢框架结构体系 PAGERE

9、F _Toc232906486 h 15 HYPERLINK l _Toc232906487 3.1.2 钢框架支撑结构体系 PAGEREF _Toc232906487 h 15 HYPERLINK l _Toc232906488 钢框架剪力强结构体系 PAGEREF _Toc232906488 h 16 HYPERLINK l _Toc232906489 交错桁架结构体系 PAGEREF _Toc232906489 h 17 HYPERLINK l _Toc232906490 钢框架-核心筒体系 PAGEREF _Toc232906490 h 17 HYPERLINK l _Toc23290

10、6491 高层钢结构的应用分析 PAGEREF _Toc232906491 h 18 HYPERLINK l _Toc232906492 3.2.1 钢结构住宅综合经济指标分析 PAGEREF _Toc232906492 h 18 HYPERLINK l _Toc232906493 钢结构住宅的绿色环保体系分析 PAGEREF _Toc232906493 h 26 HYPERLINK l _Toc232906494 4 高层钢结构住宅常见的问题及其少许建议 PAGEREF _Toc232906494 h 29 HYPERLINK l _Toc232906495 4.1 高层钢结构住宅不可无视的

11、问题 PAGEREF _Toc232906495 h 29 HYPERLINK l _Toc232906496 4.2 我国钢结构住宅开展的几点建议 PAGEREF _Toc232906496 h 32 HYPERLINK l _Toc232906497 5 高层钢结构住宅的开展前景与展望 PAGEREF _Toc232906497 h 33 HYPERLINK l _Toc232906498 结语 PAGEREF _Toc232906498 h 35 HYPERLINK l _Toc232906499 参考文献 PAGEREF _Toc232906499 h 36 HYPERLINK l _

12、Toc232906500 致谢 PAGEREF _Toc232906500 h 381.绪论住宅产业是一个符合时代要求,市场前景广阔的产业。无论从国际建筑业的开展经验、走过的道路以及目前的状况都可以看出这一点。有关资料显示，我国每年住房需求大约8亿平方米，再加上人们因生活质量的提高，住宅改善的要求，从现有的25平方米/人增加到30-35平方米/人，那么这一需求必然更大【1】。从我国的国情出发。我国必竟是一个人口众多、土地资原相当匮乏的国家，住宅高层化无疑是解决这一问题行之有效的途径之一。与此同时,我国住宅工业化的道路走得并不顺利,而钢结构住宅正是推进住宅工业化的一种有利的武器.并且随着我国钢产

13、量的迅速增长,新型建材的开展和应用，钢结构住宅体系也逐渐兴起. 根据预测到2050年，中国人口将到达15亿，占世界人口的16【2】。 综上所述，我国应该着力开展经济实用的多层和小高层钢结构住宅。可持续开展原那么下的高层钢结构住宅设计研究人因居住意识而建造住宅，使用一段时间以后，由于生活的开展而产生住宅的老化和不适应生活需要的矛盾，于是就要求改造现有住宅。住宅设计就是循着这个规律呈螺旋式不断向前开展的。特别是高层住宅设计方案，还必须适应生活的开展而留有改造的余地。从广义上讲，住宅是人们生活在时间和空间上的“组织器官，它需要科学地、合理地、全面地解决住户的居住生活需求，但是人们的生活方式和生活需求

14、随着技术进步和时间的推移始终处在不断地变化中，所以住宅本身就应该是一个动态的概念。从狭义上讲，在工业社会条件下产生的住宅设计概念本身是以抽象的居住者概念为根底，当其与多样的生活实景相碰撞时必然要产生矛盾。另一方面，住宅形体不能随时间中人的需求变化而适当地调整自己，所有这一切都影响住宅的功能使用寿命和结构实体寿命的一致性【3】。图1-1是美国某高层住宅在使用价值上的统计曲线，可以看出功能的老化大大快于实体材料的老化。 持续开展性的目的，是通过住宅的可变性使其到达较长时间的适用性，其意义主要有:(l)以可开展的住宅适应开展中的生活需求;(2)满足不同居住者的需求促使产生多样化的生活形态;(3)充分

15、发挥住宅的实体材料寿命【4】。图1-1 某高层住宅使用价值的统计曲线钢结构住宅是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架,配以新型轻体的保温隔热、高强墙体材料作为围护结构,它克服了许多传统模式的缺点。钢结构与其它结构相比,在使用功能、设计、施工,以及综合造价方面都具有优势,开发该体系对于钢材和水泥的消费,带动建筑、冶金、建材、化工等一大批跨部门、跨行业企业的开展也有着重要意义。钢结构建筑的开展,会带动一系列相关轻质高强墙体材料的开展,为我国产业结构调整,实现产业升级创造条件。自1996年我国钢铁产量突破亿吨大关,成为世界第一大钢铁生产国,政府开始鼓励民用设施使用钢材,其中建筑业用钢成为消化多余钢材的主要

16、渠道之一,钢结构建筑开始越来越多地占领了建筑市场。另一方面,随着人民生活水平的不断提高及国家住房分配制度的改革,住宅消费日益成为热点,住宅产业成为拉动居民消费需求、推动国民经济开展新的增长点。研究开展钢结构住宅既消化了钢材市场的过剩产品,又推动了住宅产业化的进一步开展,可谓一举两得,因而得到国家政府部门的大力支持与推广。随着城市建设的开展及人们对住宅品质要求的不断提高,城市改造需要撤除大量旧建筑,钢结构装配化建造方式使其比传统结构的撤除更容易,钢材回收利用率高、撤除本钱低、污染小,符合可持续开展的要求。由于民用住宅的物质总量在人类生态环境中占有较大比重,所以该体系建筑模式的大量开展应用,必将为

17、人类生态环境的保护做出巨大奉献。总之，钢结构住宅在可持续开展的原那么下有很大的开展潜力。2中国高层钢结构住宅的策略选择 准备时期在20世纪8090年代，我国钢结构在建筑界应用上，主要用在高层和超高钢结构建筑。在此期间，全国大约建了40多栋高层建筑钢结构，建筑面积在320万平方米左右。但用在钢结构住宅方面很少，主要是从国外引入或建造一些低层住宅或者是探索性的开发、研究阶段【5】。在我国引进的多层钢结构住宅相比照拟早的是1987年建成的北京展览馆宾馆见图2-1。其中宾馆主楼层数为7层，在边上还建了些3层连体住宅。宾馆主楼是采用中间走廊，两排客房的方案。建筑用钢材主要是加拿大进口的。柱子采用焊接的方

18、钢，梁采用焊接的H型钢。图2-1 北展宾馆,近处为3层连体住宅,远处7层为宾馆主楼20世纪80年代中期，外商来到我国特区和开放城市投资，开始利用轻钢结构兴建厂房，随着人们观念的转变和认识不断提高，国内的有识之士开始研究，探索钢结构住宅。轻钢结构住宅采用的材料是以钢结构为骨架配合多种复合材料的轻型墙体拼装而成，所有材料均为工厂标准化、系列化、批量化生产，改变了传统的住宅和沿用已久的钢筋混凝土建筑，砖、瓦、灰、沙石传统的现场作业。它可以利用建筑方面的新技术，新产品向住户提供多样化、选择性、适应性的经济住宅。此外，推广和开展轻钢结构住宅，可以带动建材、冶金、化工、机械等几十个相关产业的开展，对于快速

19、拉动国民经济开展，提高建筑业的技术含量和整体水平，促进国民经济结构的调整，实现住宅的产业化、标准化、标准化生产将起到积极的推动作用。 探索启动阶段通过前期的准备阶段，钢结构住宅经过了一段时间的开展，开始了探索阶段。第二个北京的钢结构住宅是恩济里小区的假设干栋住宅。房子为7层，是意大利示范建筑，外墙用混凝土加砌块砌筑。当时在国内由许多单位，引进了国外的小型别墅，山东烟台，在滨海地区引进了将近200栋的日式建筑；北京的北新集团引进了意大利式的3层别墅样板间【6】。在这个时期，国内也有少数先驱者开始进行钢结构住宅的开发、研制、试建。1994年，上海浦东北蔡防水材料长的李鑫泉同志，于当年的11月份在厂

20、区内建了一栋钢结构住宅【7】。这是一栋8层住宅，无电梯，采用框架承重体系。但是，当时北蔡所建8层住宅楼，由于过分追求造价低廉，由于在稻草板的使用上不十分恰当，一方面是防火上存在有一定隐患。另外，施工时个别地方破损后，影响观瞻，楼板的刚度不够，走上去也有些发颤，影响了它的推广，但是，作为初步尝试，还是给人们以启迪。后来，对墙板体系进行了改良，并对框架系统也进行一些修改，承重结构体系，从力学上有很大的改善，在上海又相继建了几栋样品房，但用钢量有所增加，造价也有了较大提高。1999年，上海浦东北蔡防水材料厂改为上海现代房地产公司，用错列桁架体系建造了一栋5层的钢结构住宅示范房。它的用钢量到达50千克

21、每平方米。该工程做的不太理想，并未充分发挥错列桁架的优势，做法也很粗糙，但还是为这种结构体系在中国的应用进行了初步尝试。随后，现代房地产公司，还生产了几百栋低层装配式的钢结构建筑，支援湖南等受灾地区。在这个时期，北京的北新集团万斯达钢结构公司在自己厂内，建造了一栋试验性钢结构别墅，共三层。此期间，另一个有意义的试验是长沙远大公司，建造了一个称为集成化建筑的8层公寓。结构体系为钢框架，梁柱采用H型钢，楼板采用压型锅板的组合楼板。其特点为中央空调一体机组，整体厨房卫生间，但其造价也是可观的，大面积推广尚待时日。在北京的西三旗，由赛博思公司建造了一栋6层宿舍，采用钢框架，用H型钢，压型钢板组合安装。

22、单方造价为1200元/平米。马鞍山公铁公司为职工建造了一栋12层宿舍，采用框架支撑体系，采用马钢自产的热轧H型钢产品，结构用量是52千克/平米，单方造价是1100元/平米。此外，绍兴精工集团钢结构公司在绍兴轻纺城，也试建了21层钢结构商宅。此时期的开展特点是：一些单位才真正开始将注意力转向了钢结构住宅。由此，国内钢结构住宅开始了一些有意义的试验。2.1.3 我国钢结构住宅应用的启动阶段经过上个世纪末，一些单位和组织的试验开发，实践探索，政府主管部门，当时的住宅产业办又采取了一系列促进政策及措施及人们观念的改变,对钢结构住宅的优越性有所认识，从2000年开始我国已经进入了钢结构住宅开展阶段。在这

23、期间，政府为了推动钢结构住宅的开展，出台了一系列政策。1998年11月建设部正式发布的“建筑技术政策19962021年，具体提出了开展钢结构的要求【8】。在这个技术政策中规定的建筑业开展总目标是：提高建筑业整体素质，生产工艺与技术装备水平，到达在国际建筑市场中具有较强的竞争能力，并充分发挥建筑业带动国民经济增长和结构调整中的先导作用，到2021年使建筑业成为名副其实的国民经济支柱产业。建设部，国家冶金工业局联合组织建筑用钢技术协调组织制定?国家建筑钢结构产业“十五方案和2021年开展规划纲要?【9】。纲要中明确提出：钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占地面积小、工业

24、化程度高、外型美观等一系列优点。国家为加快住宅产业现代化的步伐，采取了一系列的具体措施。不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用；同时，还明确规定了被淘汰建材品种及淘汰的时间表：即从2000年起3年内在住宅建设中逐步禁止使用实心粘土砖，代之以其他建筑材料。钢结构住宅建筑体系以其结构部件轻预置程度高便于推行设计标准化、定型化、施工机械化、装配部件制作工厂化，施工周期短等优势，在建筑用材市场中展示其广阔的应用及其开展前景，成为替代现有254号文件颁发了?钢结构住宅建筑产业化技术导那么?，该文件明确钢结构住宅开展的根本原那么，是钢结构住宅建筑开展的指导性文件。在这个时期已经具备开展轻钢住宅的

25、有利条件：1.7亿吨，居世界第一位，可以充分保证建筑市场的用钢需求。第二，H型钢的最大截面已达700毫米，年产能力可达140万吨，轻钢结构用的彩色钢板年生产能力已达7090万吨，冷弯型钢年生产能力约120万吨。【10】这些都为钢结构建筑的开展奠定了根底。“十五期间建筑钢结构的开展目标，是每年建筑钢结构用钢争取到达全国钢产量的3%。2021年建筑钢结构的开展目标，是争取每年全国建筑钢结构用钢量到达钢材总量的6%。由此可见，我国建筑结构的开展终上一个新台阶。同时，高效的焊接工艺和新的焊接切割设备的应用为钢结构高效制作和生产高质量产品创造了良好条件。第三，国际上已经有相对成熟的轻钢结构住宅的建筑结束

26、和经验，可供参考。我国这方面的有关技术标准和标准也相继公布，并且多个钢结构设计软件也已投入使用。第四，开展钢结构的急需技术标准都在编制，可以逐步实现“定型化轻钢房屋体系，符合小康住宅“一、二十年不落后，三、四十年可改造的要求。第五，中国冶金工业的开展为钢结构进入住宅提供了保障。目前钢结构在国外建筑业已得到了广泛的应用。如钢结构建筑占建筑总量的比例，韩国到达20%左右，日本50%，美国甚至更高。这个时期钢结构住宅工程的特征是：钢结构住宅的试点工程工程繁多，量大面广，遍布各地；种类包括的也比拟全，有低层，有多层，也有高层，并且用途的种类有住宅，有商住，有办公楼，也有超市等在使用的钢材上，有一般常用

27、的钢材，也有耐火钢；结构体系选择也进行了各种尝试，有框架，有框支也有钢管混凝土等；模板样式也比拟多与结构体系配套的维护结构也有较快开展，有砌块外加处理的，也有板墙板材的种类及样式也比拟多。其中更重要的是各级政府重视，参与力度加大，给予政策上优惠。这个时期，高等院校及研究机构进行积极参与，象湖南大学对“交错桁架进行的理论研究等。在这期间，为推进钢结构住宅建筑体系的形成，目前国内局部省市已在不同层次开展对钢结构住宅研究，试验和开发工作。在北京，上海，天津，湖南 等各地都进行了试点工程，并且建设部确定了一批试点工程和建设推广基地进行推广。此外，推广和开展钢结构建筑，可以带动建材，冶金，化工，机械等几

28、十个相关产业的开展，对于快速拉动国民经济开展，提高建筑业的技术含量和整体水平，促进国民经济结构的调整，实现住宅的产业化，标准化，标准化生产将起到积极的推动作用。从此，我国的钢结构住宅开展翻开了新的一页。时代的需求和必然选择 高层住宅的内在选择机制1、城市居民对住宅层数的选择1城市居民的承受力。国际经验说明，当住房价格与家庭年收入之比在2-7的范围内时，或把居民购置住房的支出平均分摊在一定时期之内，家庭平均每月用于住房的支出占同期收入的15%-30%时，可以认为居民对住房价格是有承受力的【11】。然而，中国城市商品住房价格与家庭收入的比例却不断攀升，住房价格就成了居民的首要条件。在土地制度不完善

29、的今天，多层住宅由于其价格优势而成了居民的首选。2城市居民对住宅形式的认识。在调查中显示，如果住宅的工程质量、物业管理、设施质量均为一流，多数居民愿意选择高层住宅 。这说明居民的居住观念认识水平正在向更高层次迈进。2、产业化水平对住宅层数开展的限制住宅产业是以生产与经营住宅区为最终产品的主要行业。按国际通行的说法，科技进步对住宅产业的奉献率超过50%才算是集约内涵型开展的产业，而我国目前尚不到30%。这就大大制约了住宅层数的开展【12】。3、城市土地使用制度与住宅层数开展过去中国实行方案经济体制，土地使用实行的是单一的、无偿的、无限期使用的行政划拨制，城市土地利用具有明显的无偿性、固定性和长期

30、性特征，城市住宅的建设必然选择最廉价最简单的形式多层砖混住宅。改革开放以来，土地利用由无偿向有偿转化，地租或土地使用费开始成为调节城市土地利用的重要经济因素，在城市的中心区段或地价较高的地段开始建高层住宅。 高层住宅在中国建设的必要性 1、认识高层住宅的优越性 客观的讲，推动高层住宅大开展的真正动因，无庸质疑是城市土地有偿使用和住宅商品化。但就高层住宅本身来说，它较传统的低层或多层住宅也具有一定的优越性。首先高层住宅相对于多层住宅科技含量高，满足了现代人追求高品位和获取信息的需要；其次高层住宅多在位置优越、交通方便的地区建设，能最大程度地满足居民居住便利性和生活丰富性的需求，特别是现阶段，大多

31、数人还是依靠公共交通解决出行问题的情况下，选择高层住宅就不失为明智之选；再次是高层住宅在通风采光上均优于多层，在户型设计上有更大的空间余地，业主可以自由发挥，其多样性就满足了市场上不同消费层次的需要；四是高层住宅自身硬件设备优势，上下楼有电梯可代步，将给老、弱、病、残、孕居民上下楼以及居民搬运重物等带来极大方便，提高了居民的生活质量。五是在寸土寸金的今天，建高层住宅楼可以节省空间，从而留出更多、更大的土地空间进行美化、绿化和相关设施配套。实践说明，高层住宅是城市向前开展的产物，是城市时尚化，国际化的标志。 2、认识高层住宅在中国建设的必要性众所周知，可持续开展的观念从提出到实践已经数十年，现已

32、成为世界各国的共识。就我国来说危及社会可持续开展的有诸多问题，但人口多、土地少是我国最突出的问题，人口的增加与不可再生的土地资源的短缺成为最锋利的矛盾，是我们所面临的最直接、最急迫的问题。伴随着城市建设的开展，大量外来人口不断涌入，城市人口密度急剧上升，城市建设扩宽的无限性和城市土地资源的有限性之间的矛盾也越来越突出。从规划建筑学角度来讲有两个指标与此有直接关系，一是建筑密度，一是建筑容积率。住宅高层化无疑是解决这一矛盾行之有效的途径之一【13】。我国是一个人均资源占有率相对贫乏的开展中国家，在众多的资源中，土地是不可再生的资源之一。随着我国大城市现代化进程的加快，城市土地紧张将成为城市建设中

33、最突出的矛盾。此时，高层住宅节约土地的优势会越来越有价值，由此带来的各种优点会逐渐显露出来。在人口百万以上的城市中开展高层住宅，可以提高居住密度，从而在控制城市规模的根底上解决城市住房问题，防止因向郊区扩展引起的矛盾;由于建筑密度的降低，同样容积率的条件下，高层住宅群中，出现大量绿地，有益于居住环境的改善。高层住宅可以减少市政公用设施和生活效劳设施的投资;并减少城市交通量的增加，方便居民的上下班。需要指出的是，在中国几千年来的城市己有很大的开展，人们已习惯于密集居住，由于以往较低的居住标准，人们很愿意从以往的三代同居一室的多层住宅中搬到较为宽敞舒适的高层住宅中，在中国，城市中的人们很少有时机住

34、别墅与独院住宅，即使是低层的平房也通常是多户人家共处一院，居住状况相当拥挤，所以面对高密度居住的高层住宅人们不易产生不适感。自1996年我国钢铁产量突破亿吨大关,成为世界第一大钢铁生产国,政府开始鼓励民用设施使用钢材,其中建筑业用钢成为消化多余钢材的主要渠道之一,钢结构建筑开始越来越多地占领了建筑市场。另一方面,随着人民生活水平的不断提高及国家住房分配制度的改革,住宅消费日益成为热点,住宅产业成为拉动居民消费需求、推动国民经济开展新的增长点。研究开展钢结构住宅既消化了钢材市场的过剩产品,又推动了住宅产业化的进一步开展,可谓一举两得,因而得到国家政府部门的大力支持与推广。随着城市建设的开展及人们

35、对住宅品质要求的不断提高,城市改造需要撤除大量旧建筑,钢结构装配化建造方式使其比传统结构的撤除更容易,钢材回收利用率高、撤除本钱低、污染小,符合可持续开展的要求。由于民用住宅的物质总量在人类生态环境中占有较大比重,所以该体系建筑模式的大量开展应用,必将为人类生态环境的保护做出巨大奉献。开展钢结构住宅条件已经具备中国是世界上最大的砖砌体建筑和混凝土建筑大国,每年生产7000亿块砖(约占世界产量的1/2),5亿吨水泥(占世界产量1/3),生产砖的代价是每年毁农田15万亩,消耗标准煤约7000万吨,生产水泥的代价是每年排放温室气体CO2约3亿吨(生产1吨水泥熟料,排放1吨CO2),破坏的矿山和排放的

36、废水那么难以统计。同时，国内建筑用钢仅占钢产量的30%左右,且大都用于钢筋混凝土结构和砖混结构中,而钢结构的用钢量只占建筑用钢的1.5%左右,因此加快开展钢结构住宅有利于消化过剩的钢材,对冶金行业的推动作用也显而易见。为此,国家确定2021年建筑结构开展目标:每年全国建筑钢结构的用钢量到达钢材总产量的5%(目前不到1%)。1我国经济以7%以上速度开展。2005年城乡住宅投资占全国GDP的8.49%，住宅逐步成为国民经济的支柱产业。2005年住宅开工面积达15亿平米，竣工面积为4.6亿平米。预测2021年城市化水平到达45%，10年内将新建56亿平米住宅，竣工面积到达5.6亿平米/年。为满足住宅

37、用户多元化，个性化的需求，钢结构住宅建筑会得到逐步开展，如按年竣工面积的1%5%采用钢结构住宅计算，每年将到达560万2800万平米，需用钢材28万吨140万吨/年。2我国建筑钢材数量，品种，质量根本满足钢结构住宅建筑的需要。2005年全国钢材产量已到达3.49亿吨。 强度级别为Q235和Q345，规格品种可供设计者选用。 各钢厂对建筑钢材的使用要求越来越加重视，一批钢材配送效劳中心的建立为用户提高了更好的效劳。据国际钢铁统计局ISSB的资料显示，全球钢产量可能将上升至12亿吨，较2005年的11.29亿吨增长6%，中国将是增产的主力。【14】。随着中国进入WTO建筑钢材品种更加丰富多样，价格

38、也更加合理，这些都为钢结构住宅建筑健康开展创造了条件。根据市场需求：已经有一批彩色钢板生产线建成，热轧H型钢也将增加一条生产线，大型冷弯机组也在筹划之中，我国能自行生产彩色钢板100多万吨，热轧H型钢100多万吨及冷管大中型矩形管，加上现有的焊接薄壁H型钢及其他建筑钢材，完全可以满足钢结构住宅建筑的需要。全国已有上千家钢结构制造厂，其中年产量超过万吨的大型制造厂有几十家，一大批中小企业正在成长开展。从生产、设备能力及加工制造质量均可满足钢结构住宅的要求。但要求构件标准化、定型化并有一定批量。各地都在积极研究开发适合当地环境的“三板。有些板材、砌块生产量较好 、应用面广、产业化水平高。如蒸压加气

39、混凝土板，粉煤灰砌块，石膏隔墙板，预应力叠合板。而且各地结合钢结构住宅正在推出新产品。各种部件正在进入钢结构住宅。如整体浴室，整体厨房等。防火，防腐蚀材料除原有产品外，不断推出新产品。如防火涂料等。已有大量的技术标准支持 建筑钢结构设计，制造，施工采用的有关国家标准标准分三类：材料、结构设计、施工。都是钢结构住宅开展的有力推动。详见附表2-1 表2-1 目前的各类和钢结构有关的标准序号名称1钢结构设计标准2冷弯薄壁性钢结构技术标准3网架结构设计与施工规程4门式钢架轻型房屋钢结构技术规程5门式钢架结构构件设计规程6金属波纹拱板屋盖技术规程7轻型钢结构房屋设计规程8轻型钢龙骨设计规程9钢管混凝土结

40、构设计施工规程10型钢混凝土组合结构技术规程11钢-混凝土组合结构设计规程12钢管混凝土结构设计施工规程13悬索结构设计施工规程14索膜结构设计施工规程15钢结构加固技术标准16压型金属板设计施工规程17钢结构质量验收标准18建筑钢结构焊接与验收规程2.4高层钢结构住宅的特点.1高层钢结构住宅的优点(1)承载强度高,抗震性能优越。相同的荷载,钢结构构件截面最小;相同的截面,钢结构构件承载力最大。在抗震设防区,钢筋混凝土结构有许多缺乏之处,而钢结构体系具有自重轻、强度高、延性好、塑性变形能力强、耗能能力好等优点,有优良的抗震性能,从而大大增强了住宅的平安可靠性【15】。而且钢结构在经受地震荷载时

41、受损轻,灾后容易修复。(2)能够合理布置功能区间,建筑有效使用面积大。传统结构体系由于所用材料的特性,限制了空间布置的自由。如果开间过大,就会造成楼板厚度大,梁柱截面过大,影响室内美观。钢结构建筑体系材料强度高,截面尺寸小,可以采用大开间柱网布置,使建筑平面分隔灵活。居住空间大小可以随意布置,空间组合创造的余地不受限制,可以最大化满足用户对住宅功能和设备的高品位追求,并能满足不同时期家庭人口结构的变化。同时,因为墙体多为轻质填充墙,内部也可埋入管线,不占用房间的使用面积。而且钢结构住宅建筑所用的墙体材料占用的面积小,与传统砖混结构相比,使用面积提高大约10%左右。 (3)自重轻,综合造价低,施

42、工方便,工业化程度高。结构重量轻减少了运输和吊装费用,根底负载也相应减少,降低了在工程造价中占有较大比重的根底的造价,从而减少整个工程的投资。钢结构施工速度快、施工周期短的特点,减少了人工费和模板等其它辅助材料费用,综合效益十分可观。 (4)可回收,污染少,符合住宅产业化和可持续开展的要求。由于现场作业量少,与传统建筑材料相比,噪声粉尘和建筑垃圾少,对周围环境污染小。而且钢结构所使用的材料钢材是一种绿色环保材料,改建和拆迁容易,对环境污染少。材料的回收和再生利用率高。长期以来,人们一直在追求建筑的“环保、节能、工厂化,即“绿色建筑的理想,钢结构恰恰能够实现人们的追求。钢结构适宜工厂大批量生产,

43、工业化、商品化程度高。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起,实现综合设计、生产、施工一体化,提高住宅产业化的水平。钢结构的改造和加固更容易实施,钢材回收利用率高、撤除本钱低、污染小,符合可持续开展的要求。同时,钢结构住宅建筑还可以带动与钢结构和住宅有关的许多相关行业的开展。开展钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义尤为重大。.2高层钢结构住宅体系中的缺乏(1)耐火问题。在正常温度下使用,钢结构材料是一种很好的建筑材料。但一旦钢结构材料温度超过250时,钢材的强度降低为40%,其刚度降低为78%。当温度大于550时,钢结构材料就会完全丧失承载力。当建筑采用无防火保护措施的钢结构时

44、,一旦发生火灾,很容易使建筑损坏。钢结构建筑的防火问题一直是其较难解决的问题。(2)防腐问题。钢结构材料暴露在自然中就会被腐蚀生锈。钢材一旦生锈,其承载力就会下降,建筑的美观也会受到影响。因此,在钢结构住宅体系中,对钢材的防腐处理是应认真对付的。(3)立面问题。钢结构住宅体系对于建筑形状、外立面装饰等会受到一定限制。高层钢结构住宅的梁跨度可增大、开间布置可以更自由,为住户创造更大的空间,但很难防止钢结构带来的建筑平、立面单调呆板的问题,住宅建筑立面的个性化会受到一些限制。(4)相关产品、设备的配套开发、配合问题。选择和开发配套设施体系是钢结构住宅建筑推广中的关键问题之一。除满足各项相关技术要求

45、外,还要做到原材料因地制宜、工厂化生产、运输、安装连接方便。另外,钢结构一旦采用,图纸或房型等都不能轻易变动,市场的风险比拟大。在建筑管理方面,我国现行的建筑管理模式与轻钢结构住宅这种工业化生产方式不适应。在技术标准、标准方面,虽然目前单一的专业技术规程标准比拟齐全,但是作为钢结构住宅的综合性技术规程尚待编制。需要结合我国的实际情况总结经验、加强信息交流、学习和引进国外先进的技术和开展模式,使钢结构住宅建筑在我国形成工业化、产业化的潮流。3高层钢结构住宅的综合性分析3.1 高层钢结构住宅常见的结构体系 钢框架结构体系钢框架结构体系是最常见的,主要依靠梁柱受弯来承受竖向荷载和水平荷载。纯框架体系

46、最简单,它的延性好,抗震性能也很好。这种体系受力明确,使用灵活,制作安装简单,施工速度较快,但为抵抗侧向力所需的梁柱截面较大。一般可用于6层以下的多层建筑,这种体系用于高层建筑经济性较差。纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。钢框架结构体系的特点有:平面布置灵活,各局部刚度均匀,安装制造都很简单,施工速度快。自重轻,延性好,具有良好的耗能性能,不易产生应力集中;易于其它形式结合,以满足结构上的需要。框架的抗侧力能力主要取决于梁和柱的受弯能力和刚度,只有加大梁、柱的截面【16】。而梁、柱的截面过大会影响住宅居室的家具布置和活动空间。同时节点需要采用刚接或半刚接,这不仅使节点的构造相对复杂,而且

47、属于单一抗侧力体系,在地震时可能会产生较大的破坏。 钢框架支撑结构体系钢框架-支撑结构体系是由纯框架体系变化而来,即在框架体系中局部框架之间设置竖向支撑,形成支撑框架,属于双层抗侧力结构体系,借助支撑来承受水平力和提供侧向刚度。这种体系在高层钢结构中的应用最多,它的特点是框架与支撑体系协同工作承当水平力。当房屋较高时,它比纯框架结构体系来得经济。纯框架结构在风、地震荷载作用下,侧移不符合要求时,可以采用钢框架-支撑结构体系。图3-1所示的是梁与柱铰接,用支撑加强,以抵抗水平力和侧向位移。在多层住宅中钢支撑局部一般采用中心支撑的形式,它是利用支撑的变形来耗能。在高层钢结构住宅建筑中较多采用的是偏

48、心支撑,具体形式见图3-2所示。 钢框架-支撑体系的特点有:结构的侧向刚度较大,抗震性好。由支撑来抵抗水平荷载,减少侧移,不用框架承受太大的侧向力,防止了框架梁柱为了增加侧向刚度而加大截面积,有效的减小了梁柱的截面积,从而增加了房屋的使用面积。设置支撑可以提高压杆、梁和框架的稳定承载力;支撑处多为轴心受压,节省用钢量。支撑的存在将影响洞口的开启位置,门、窗洞口的布置和尺寸受到限制,给建筑布局带来不便。在钢支撑处不能采用墙板,而只能采用砌筑形式,用轻型砌块;节点为梁、柱、钢支撑三种构件连接,构造较复杂【17】。图3-1 用支撑加强悬臂柱体系图3-2 偏心支撑示意图钢框架剪力强结构体系钢框架-剪力

49、墙结构体系在我国的应用最为普遍,近几年建造的多、高层钢结构住宅较多采用的是这种结构体系。钢框架-剪力墙结构体系是在原有框架根底上,为了增加结构的侧向刚度,防止侧向位移过大,按照整体刚度均匀的原那么,设立剪力墙或核心筒来抵抗水平荷载的作用。该体系是以楼梯间或其它适当部位(如分户墙)采用现浇钢筋混凝土剪力墙,作为结构主要抗侧力体系,框架局部主要承当竖向荷载。既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度。常用的剪力墙体系有:钢板剪力墙、内藏钢板支撑剪力墙和带竖缝混凝土剪力墙等。钢结构框架-剪力墙结构体系特点:侧向刚度较大,易于保证整体刚度及稳定性;传力路径明确,结构分析简单,非常适合于

50、我国目前的技术水平;核心筒布置成电梯间、卫生间对隔声、防潮以及管道的布置都非常有利;剪力墙对结构的防火、耐火性非常有利,可起到防火墙的作用。由于剪力墙属于刚性结构,而钢框架属于柔性结构,当遭到强烈地震时,在剪力墙处易产生应力集中,造成局部结构的破坏;现浇混凝土剪力墙虽然整体性好,但是现场湿作业使施工速度减慢,延长施工工期,而且受天气的影响较大。交错桁架结构体系这种体系的受力特点为:水平力主要通过楼板传至相邻桁架的斜腹杆,如此水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层支撑传至根底。楼层间的柱子主要承受轴力,其所受的剪力和弯矩很小。由于桁架有整层高,所以整个体系刚度较大,一般不需要增加柱子刚度以控制位

51、移。由于错列桁架结构体系中柱子主要承受轴力,其柱截面强轴可布置在纵向,故其纵向侧移刚度亦较大。这种体系的用钢量可比框架结构减少30%40%,因此该体系是一种经济、实用、高效的新型结构体系。钢框架-核心筒体系 该体系是以卫生间(或楼、电梯间)组成四周封闭的现浇钢筋混凝土核心筒,与热扎H型钢框架结合成组合结构。钢框架-核心筒体系的受力特性与钢筋混凝土的框剪结构体系相似。其特点是结构受力分工明确,核心筒抗侧移刚度极强,主要承当水平荷载(占结构抗侧移总刚度的90%以上);钢框架主要承当竖向荷载,可以减小钢构件的截面尺寸,国内已有较多的应用经验。高层钢结构的应用分析 钢结构住宅综合经济指标分析钢结构住宅

52、在技术上根本没有困难，在质量上与传统结构相比具有优势，之所以没有得到开发商足够的重视，没有得到显著的开展，与人们的观念有很大关系。许多专业人员、非专业人员和业主都存在着一种观念，即钢结构建筑用钢量大、造价高。但这种观念是不全面的，对于采用何种结构材料，除了考虑造价以外，还应从建筑的有效使用面积、根底处理、施工速度、施工对周围环境影响以及建筑的可持续性开展等综合因素作全面、系统的分析，应以综合经济指标为依据。引用同济大学的教授沈祖炎和沈阳大学的刘晓老师的一个关于多层钢结构住宅综合经济指标分析的例如说明钢结构住宅的经济性【18】。1工程概况为了有可比性，选择了北方地区层数相当、开工年份月份相同的钢

53、结构、钢筋混凝土结构和砖混结构多层住宅进行比拟。三个工程的概况列于表3-l。 表3-1 工程概况结构形式钢结构钢筋混凝土R.C结构砖混结构地点北京沈阳沈阳层数676建造时间2000年4月2000年4月2000年4月工期月487结构体系热轧H型钢框架-剪力墙钢筋混凝土框架体系砖混结构柱断面尺寸(mm)H200200812500500240240梁断面尺寸(mm)H25012568650250楼板100 mm厚现浇板110 mm厚现浇板140 mm厚现浇板根底形式钢筋混凝土单独根底加连梁剪力墙桩根底桩根底总建筑面积m25533综合用钢量kg/m26528从以上数据可以看到三种体系的施工速度、构件尺

54、寸、以及用钢总量。其中，钢结构的速度最快、构件占用面积最小，但用钢量是三种体系中最多的。那么，这种结构体系的综合经济指标又将如何，接下来将结合以上获得的具体工程资料，从综合经济角度进行分析。首先，住宅是一种商品，假设使它能够在市场竞争中立于不败之地，那么须使买卖双方即开发商和购房者在经济和质量上都能获得一定好处。下面将结合上述工程分别从开发商和购房者两方面进行分析。2开发商的收益钢结构住宅作为一种商品带给卖方的利益，主要是施工速度快，节省贷款利率，使用面积利用率高，增加了售房率和房源;主体结构自重轻，降低根底费用。以下分别通过工程资料中的数据，计算各项的具体经济利益，及开发商所获得的综合经济收

55、益。 施工速度的影响三种结构的施工速度的比拟见表3-2。表3-2 施工速度比拟结构体系钢结构RC结构砖混结构工程有效期天120280275建筑面积平方米5533单位面积的有效工期天/平方米相对提前工期天/平方米0RC-钢筋混泥土 三种结构中由于钢结构适合于工业化生产，其钢框架的安装仅用10天就可完成，有利于各层进行交叉作业。在砖混结构中，虽然现场砌筑作业量大，但混凝土养护、梁柱板支模作业量比钢筋混凝土结构少，因而三种工程的施工速度比为:钢结构砖混结构钢筋混凝土结构。施工速度快，那么资金周转快，提前还清贷款，这里假设贷款2000万，按照年利息率10%计算，建筑面积相同均按照钢结构的5533平米计

56、算，那么开发商可获得的收益见表3-3。可见，在建筑面积相同的情况下，钢结构住宅的利息节约最多，开发商的收益最大。根底费用的影响主体结构的自重不同，地基根底的形式和费用也不同。从工程概况中可以看到，建筑高度和层数相近，地质情况相当的三种住宅，由于结构自重不同，采用的根底形式分别为独立根底和桩根底，各自的费用如表3-4所示。在三种结构中RC和砖混结构的根底造价高。因为在钢结构住宅中，虽然用钢量高于R.C和砖混结构，但混凝土的用量比后两者少了近2倍，使得结构自重大大减少，降低了根底造价。同时，在多层钢结构中根底为浅根底，其埋深范围是04m，而桩根底埋深依地质条件而异，一般在地面以下7m，南方地区由于

57、地基土多为淤泥，地基处理的造价非常大，不同的结构体系，根底造价的差距会更悬殊。 使用面积的影响由于钢材强度高，当荷载相同时，梁柱等结构构件的占用面积小。在表3-1中可以看到钢柱的截面尺寸仅为H200 x200mm，因此增加了建筑的使用面积，如房屋以使用面积出售，那么按照开发商每平米纯收入1000元的标准假设，在建筑面积相同的情况下，开发商的收益见表3-5。 开发商的综合经济收益通过以上分析，可以进一步计算出三种不同结构体系，在建筑面积相同的情况下，按照使用面积售房时，开发商的综合经济收益(表3-6)。三种结构体系上部结构的造价，钢结构住宅为790元/平米，合计437.1万元;RC住宅为615.

58、8元/平米，合计340.7万元;砖混住宅为448.9元/平米，合计248.4万元。扣除表3-6中的相对收益，那么钢结构住宅比R.C住宅少支出33.25万元;比砖混住宅仍多支出64.21万元。此外，由钢结构建造的房屋，房间变化灵活，布局合理，满足居民对大开间和灵活分隔的要求;整体抗震性好，墙体科技含量高，室内净空高等一系列优点使人们的居室环境平安、舒适、采光面积大。优良的质量将进一步加快和提高楼房的出售率，从而使开发商减少投资风险，获得更大的综合经济收益。 表3-3 利息节约结构体系钢结构RC结构砖混结构提前工期天940计算式%利息节约万元0表3-4 不同结构形式根底比拟结构形式钢结构RC结构砖

59、混结构根底形式柱下独立根底桩根底桩根底根底造价万元50单位根底造价元/平方米相对节省的根底费用元/平方米0假设面积相同553355335533节省的金额0万元表3-5 面积增加的金额结构体系钢结构RC结构砖混结构面积利用率88.14%78.4%73%可增加的面积率15.14%5.4%0假设建筑面积平米553355335533可增加的面积平米0增加的金额万元0表3-6 综合经济收益结构体系钢结构RC结构砖混结构利息节约万元0增加面积的金额万元0节省的根底费用0总收益万元相对收益万元0(3) 居民的收益我国进行住房制度改革之后，人们需要在市场上购置住宅，住宅成为一种商品呈现在人们的面前。钢结构住宅

60、虽然使开发商的收益大大增加，但是它是否值得人们去购置，它对购置者又有多大的好处呢?下面针对以上三种不同体系的多层住宅进行综合比拟分析，通过具体指标来衡量居民在购置钢结构住宅时可获得的收益.面积利用率高目前居民在购置住房时，所交纳的房款是按照建筑面积计算。而居民在购置房屋之后，实际享受的是房屋的使用面积。钢结构住宅由于其结构所占面积小，居民可花同样建筑面积的价钱，享受到更大的使用面积(见表3-7)表3-7 可增加的相对使用面积结构体系钢结构RC结构砖混结构面积利用率88.14%78.4%73%假设居民购置的建筑面积平米100100100使用面积平米73相对增加的使用面积平米0假设住宅的平均售价5