论钢结构住宅在中国普遍推广的可能性

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【摘 要】本文根据钢结构住宅的发展现状和前景，主要阐述了钢结构的广泛应用及其在建筑领域的突出优势，并且还讨论了钢结构住宅结构设计过程中最值得注意的问题，并探讨相应对策，提出解决方法。

【关键词】钢结构住宅；优势；问题；解决方法

一、钢结构住宅的应用及普及的必要性

1.1 目前钢结构住宅的应用

钢结构住宅是指以钢作为建筑承重梁柱的住宅建筑。随着钢结构建筑的快速发展，作为建筑的一个分支，现如今与砌体结构、钢筋混凝土结构一样是建筑的重要组成部分。全世界101座超高层建筑中纯钢结构的有59座。国外60%以上的高档住宅采用的是钢结构。钢结构建筑最突出的优势在于节能环保，是世界建筑领域中的一匹“黑马”。许多国家，如美国、日本、英国、澳洲等，正积极推动预制装配化钢结构住宅，在日本称为工业化钢结构住宅。美国最早采用刚框架结构建住宅，1996年，已有了20万幢刚框架小型住宅，约占住宅总数的20%。日本的钢结构建筑数量最多，其新建的1-4层建筑，大都采用了钢结构。

1.2 中国钢结构建筑的现状及发展方向

中国作为世界上建筑体量最大的国家之一，钢结构建筑的发展却明显滞后。我国以前因缺少钢材而对建筑钢结构的应用加以限制，使建筑钢结构的使用限制在很小的范围内，建筑钢结构用钢量占全国钢材总产量的比重极低。

随着经济的快速发展，钢产量的不断提高，对绿色环保型建筑的不断要求，钢材应用于住宅建筑主体结构是历史所趋。20世纪80年代中期，随着我国改革开放的深入，工业化的轻钢别墅进入我国，先后从日本引入进几百栋轻钢结构低层别。 20世纪90年代以来，我国钢结构研究已经进入了一个新的阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。 国家建设部在全国积极倡导钢结构住宅的应用与发展。据了解近几年，北京、上海、天津、新疆、湖南、安徽、山东等地，开始并建成一批钢结构住宅示范地点工程。在今后的发展过程中钢结构住宅在逐渐形成产业化，标准化、系列化、通用化，专业化、社会化生产和商品化供应发展机制。可以想象，不远的将来钢结构住宅的发展和应用会有新的飞跃。

二、钢结构建筑的优点

钢结构住宅目前之所以受到广泛的关注，在于其自身不可替代的优越性。

1.钢架结构设计制造周期短，设计生产一体化。现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，设计图纸本身也没有砖混结构的复杂，便使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。钢结构住宅的施工工期比钢筋混凝土结构缩短一半以上，其实际收益更大。

2.钢结构计算准确，可靠性较高。钢材的内部组织比较均匀非常接近匀质体，其各个方向的物理力学性能基本相同，接近各向同性体。在使用应力阶段，钢材属于理想弹性工作，弹性模量高达206GP a，因而变形很小。这种性能和力学计算的紊合性很好，所以钢结构的实际受力情况和力学计算的结果最相符合。

3.符合节约型社会建设的要求。在建筑功能上，由于梁柱截面小、开间大、净空高、使用面积大、居住舒适度高，属于节能环保型建筑。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，提高住宅的产业化水平。今后随着城市建设的发展，在旧城改造时，钢结构比传统结构的拆除更容易实施，拆除成本低，钢材回收利用率高、污染较小，符合可持续发展的要求。

三、钢结构建筑的问题

混凝土结构重量太大，但钢结构由于自重比较轻可以做的很高很大，然而其形体却受到了了钢材本身耐火性能差的限制。高温下钢结构虽不燃烧，但极易发生变形和破坏。普通钢材在600摄氏度的环境下，强度就和面条差不多。一旦大火烧过，钢结构往往严重受损。如果救火时浇水，对其破坏将更加严重。钢结构高层建筑即使发生不大的火灾，技术上也必须拆除才能保证安全。这一问题限制了钢结构建筑的普遍推广。

四、钢结构建筑的防火解决方法

钢结构住宅建筑的防火解决方法主要有两种：一是主动防火保护法，这是一种采用建筑内的主动消防措施，如采取排烟、自动灭火系统，排除室内热量，抑制火灾增长和灭火，在火灾发生后从根本上消除高温和火焰对钢结构构件的威胁，以实现保护钢结构的方法；二是被动防火保护法，有以下两种措施。

1.直接包敷 在钢结构表面或直接施用防火材料，如砌筑砖石、浇筑混凝土、抹灰、喷涂防火涂料或包敷防火板等将的钢构件包封或覆盖起来，达到提高钢结构耐火能力的目的。它只凭所采取的措施自身的热特性，将结构构件与高温烟气或火焰隔离或吸收构件所接受的热量，使构件在火灾作用下仍能发挥其预定功能。一般采用不燃的热惰性材料或热导率小且遇热能自行膨胀或炭化的涂敷材料直接包敷在钢结构外面。

2.充水法 在空心钢构件内充水是抵御火灾最有效的方法，能使钢结构在火灾时保持较低的温度。水在结构构件内循环，受热的水可经冷却再循环，或由水管引入凉水来取代加热过的水。这种方法在国外被广泛地使用在钢柱的防护中。这种方法造价较高，对空心钢构件的防渗漏、防腐蚀要求高，只适用于空心钢构件的保护。

上图柱群之间形成循环水冷却管道系统， 当任一钢柱或任一部分钢柱受热时， 该钢柱内的水受热， 密度变小， 有的甚至汽化向上升腾， 使该柱内的水呈上升趋势， 而其他不受热的柱及高位水箱的供水管不断向受热钢柱供应冷水， 推动着柱群系统的冷却循环。高位水箱则为柱群系统的水循环提供压头。从理论上讲这是保护钢结构构件的最行之有效的方法。

在钢结构中间充冷水防火的同时带走建筑房间内的部分热负荷以达到降温制冷的目的，从而实现降低钢结构住宅在制冷设施方面的能量和材料的损耗。其方式类似于在房间内设置铸铁材料的散热片。通过热水或者冷水在其中的循环，以辐射和对流的方式与房间内的空气进行热（冷）交换。所以在空心钢构件中充冷水既可以在发生火灾时有效降低钢材本身的温度以防止因为温度升高而导致钢材强度失效，发生坍塌，还可以在流经房间时通过辐射和对流带走室内热量以达到降温制冷的目的。

五、结论

在全球呼吁绿色建筑的时代背景下，在我国钢产业的迅速发展下，在未来的一段时间内，钢结构建筑必将会引导建筑业的的潮流。过去的几年中，钢结构建筑仅用于大型的公共场所如体育馆、戏剧院等。正是这些公共场所中，钢结构建筑的优点表现得越来越明显，越来越为更多人所熟知。所以在未来的几年来，钢结构建筑将会向大面积居民楼和小型别墅等住宅进军，并会引起一股建筑业的改革。

因此钢结构建筑的发展也必将引起钢结构建筑（住宅）相关联的节能体系的发展。在全国号召绿色建筑和节能建筑的呼声下，必将迎来钢结构建筑节能体系发展的春天。

参考文献：

[1]陈志华 ，建筑钢结构设计，天津大学出版社，2004

[2]陆亚俊，暖通空调（第二版），中国建筑工业出版社，2007.11

作者简介：

贾昊（1991-），男，汉，河南省驻马店市驿城区，郑州大学，土木工程学院，大学本科，建筑环境与设备工程。

秦焕城（1991-），男，汉，河南省开封市，郑州大学，土木工程学院，大学本科，交通工程。