2.3　钢结构住宅体系是我国住宅产业化发展较理想的住宅形式

推进住宅产业现代化，是一项复杂的系统工程。其中，探索出适合住宅产业现代化的住宅建筑体系及其发展策略是一项基础性工作。目前，我国主要的住宅建筑体系有砖混结构住宅体系、钢筋混凝土结构住宅体系及钢结构住宅体系等。其中，钢结构住宅体系具有便于实现标准化、部品化，组织进行工业化生产节能、节水、节地、节材，符合环保及可持续发展的要求等特点。这些特点与住宅产业化的内涵及我国住宅产业化的核心模式——“节约型住宅”的要求相一致，是我国推进住宅产业现代化的较理想的住宅建筑体系。

2.3.1　钢结构住宅体系与五个方面的内涵相符

一、住宅体系标准化

钢结构住宅体系非常适合住宅体系标准化的要求，这是因为钢结构住宅体系从结构构件到围护体系、部品都是在工厂以工业产品的标准加工而成的。而作为工业现代化的产物——工业产品是最能体现标准化。有了符合标准化要求的部件，钢结构住宅体系从设计到施工都可以达到标准化的要求。同时，由于钢材的易加工、装配性能及极具现代气息的丰富的表现形式，可以有效地避免住宅体系标准化过程中出现住宅建筑的千篇一律的弊端。

二、住宅部品化

钢结构住宅体系可以实现彻底的住宅部品化，首先钢结构住宅结构体系实现了部品化，所有的钢结构梁柱都是在工厂加工，现场组装。同时，这种新型的住宅结构形式也促进了其他建筑部品的发展。因为传统的现场砌筑砖墙及卫生间、厨房毛胚房无法在钢结构住宅体系中使用，这有力地促进了以部品形式生产的新型装配式墙板、整体安装式厨卫及全装修住宅的出现。

三、住宅生产工业化

钢结构住宅体系可以最大限度地实现住宅生产工业。钢结构住宅的所有构配件部品都是在工厂中以大工业规模生产的方式生产，由于钢结构住宅体系对现场装配要求很高，显然传统依靠手工作业形式的现场施工无法满足要求，必须依靠机械化的现场施工形式，同时引入现代的施工现场组织管理形式以完成钢结构住宅体系的施工建造。

四、住宅生产经营一体化

钢结构住宅需要在住宅生产经营一体化的条件下建造完成。因为钢结构住宅体系的建造过程与我国传统住宅有着本质的区别，传统住宅设计建造中，从设计单位、建材供应商到施工单位关系松散，而钢结构住宅体系则不同，在设计中设计单位要考虑建材供应商标准化部品体系，同时施工单位也要摒弃传统住宅施工中包揽大部分现场施工量的工作形式，而是更多地与部品供应商沟通协作，甚至组成包括设计、部品生产、施工组装及市场开发的现代化的钢结构住宅体系生产开发集团公司。这样组织更紧密，协调更方便，协作更流畅，更有利于住宅产业化及钢结构住宅体系的发展。

五、住宅协作服务社会化

钢结构住宅的建设，需要将分散的个体的生产转变为集中的、大规模的社会生产的过程。因此符合住宅协作服务社会化的特点。

2.3.2　钢结构住宅体系是“节能省地”型住宅

钢结构住宅体系是“节能省地”型住宅，与我国住宅产业化的核心模式相符。我国人口众多，土地资源紧缺，因此引进推广钢结构住宅体系具有更加重要的战略意义。

一、节能

钢结构住宅在建造过程中由于实现了产业化建造，因此能耗低于使用传统建造模式建设住宅。以二氧化碳排放量一项为例，据台湾相关资料介绍，钢结构住宅为200mg/m³，而钢筋混凝土住宅为248mg/m³。在使用过程中，由于钢结构住宅使用新型节能围护体系，因此节能效果更加明显。

二、节地

1．取代实心粘土砖

由于钢结构住宅体系采用复合墙体，完全可以取代目前我国尚在大量使用的实心粘土砖，减少因烧砖而毁坏的耕地。

2．有效利用土地资源，增加住宅使用面积

由于钢结构住宅体系采用复合墙体，截面积小于砌体结构和混凝土结构，可增加有效使用面积约6％。

三、节水

由于钢结构体系在施工中主要采用干作业，施工现场用水量很少，只有基础施工时用水。这样，建设钢结构住宅仅考虑施工用水，每年便可节约大量水资源。

四、节材

钢材属于可循环使用的材料，据有关资料显示，美国每年钢产量来源于回收的旧钢材。同时，钢结构住宅体系复合墙体系统中大部分材料也可以重复使用。以上两项建材是住宅建筑的主要构成材料，因此钢结构住宅体系十分节约建材。

五、有利于环境保护

目前我国多层住宅结构体系主要为砌体结构及混凝土框架结构，大量采用硅酸盐水泥材料。硅酸盐材料是不可再生的资源，而且在建筑拆除后，它将变成难以循环再利用的废弃物，给环境造成极大的破坏，目前许多发达国家都在研究如何尽可能降低水泥制品的用量。相比之下，钢结构住宅体系则是有利于环境保护的住宅建筑体系。

2.3.3　钢结构住宅体系具有的优势

2.3.3.1　钢结构住宅在结构上的优势

一、钢结构住宅抗震性好

钢结构住宅抗震性能好，大大提高了住宅的安全可靠性。钢结构住宅总质量小，地震力小，且延性好，历次大地震都证明了这一点。钢结构住宅有良好的抗震性，这是它被许多国家广泛应用的最重要的因素之一。住宅是人们每天停留时间最长的场所，提高住宅的抗震性能，对保障人们生命财产安全非常重要，特别对处在地震区的建筑而言，它所带来的综合效益是巨大的。

钢结构住宅具有良好的抗震性，主要是因为它具有塑性、韧性、延性好，自震周期长，自重轻等自身优势。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，只增大变形，故易于被发现，而且能使局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。这使其首先，在较大变形下能够吸收变形能，延长和保持结构抗震能力的延续时间；其次，体系之间的连接属于柔性连接，在地震荷载作用下，墙面可随主体结构发生变位，吸收部分地震荷载，并在地震荷载消失后自行复位；最后，自重的减轻也会导致地震作用的减少，一般自重减少一半，相当于降低抗震设防烈度一度，地震作用可减少30％～40％。此外，许多震后的调查结果也说明了钢结构的良好抗震性，如:1999年9月21日在我国台湾发生里氏7.6级强烈地震，钢筋混凝土和砖结构的破坏率极大，占75％以上，而在这次大地震中，钢结构建筑的破坏率很小，只占0.6％（比较结果如表2-1所示）；1999年8月7日在土耳其西北部贾埃利省省会伊兹米特市发生里氏7.4级大地震，有90％以上的钢筋混凝土结构破坏，而仅有个别的轻钢框架填充住宅有损伤；1995年初日本兵库县南部发生的地震中，钢结构建筑倒塌的数目很小，仅占钢结构的9.1％。这些都表明，钢结构建筑与其他结构建筑相比，具有非常好的抗震性能。

表2-1　建筑结构破坏比率

二、钢结构住宅抗裂性能好

钢结构住宅抗裂性好，质量易于保证。砖混结构中由于混凝土的热膨胀系数是砖的两倍，因而在温度发生改变时，在温度应力的作用下，墙体很容易产生裂缝。目前，约有60％的住宅出现开裂等问题，直接降低住宅建筑的保温、防水等性能要求，但是若采用钢结构住宅建筑，就会克服这些方面的不足，这是因为:

1．钢材属于延性材料，不会因为温度变化而产生裂纹。

2．钢材的强度高，用钢结构建造的房屋，承重墙减少，非承重墙增加，这对于提高墙体的科技含量是非常重要的。例如，轻钢龙骨石膏板、泰柏板、GRC板等在非承重墙中使用，它们的抗裂、保温、隔声等性能均非常好。此外，在承重墙体的研究方面也基本克服了这一缺点，例如:金邦板、ALC板、CS板等性能也非常得优良。

3．由于在钢结构住宅中的墙体均采用轻质材料，克服了由于沉降不均匀而产生的裂纹。传统的砖混结构住宅建筑无法克服裂缝的产生，主要是因为砖和混凝土既是承重结构，又是填充结构，无法选用其他墙体材料，而钢结构住宅建筑可以将墙体分为承重体和填充体，扩大了墙体材料的选择范围。同时，由于钢结构住宅建筑的构件在工厂加工制作，精度高，与混凝土相比，更易符合结构设计要求。因此，钢结构住宅建筑从根本上解决了墙体的开裂问题，并同时增强了墙体在其他方面的科技含量。

三、钢结构住宅空间布置灵活

钢材容重大、强度高，做成的结构却比较轻。钢结构住宅建筑轻质高强，容易简单实现大跨度与复杂结构。结构的轻质性可以用材料的质量密度ρ和强度f的比值α来衡量，α值越小，结构相对越轻。建筑钢材的α值为1.7×10^-4～3.7×10^-4/m；木材的α值约为5.4×10^-4/m；钢筋混凝土的α值约为18×10^-4/m。以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。

钢结构住宅具有以下几方面的优势:

1．若砖混结构与钢结构的开间、进深相同，RC构件比钢构件的截面大、比重大，使结构重量增加，同时增加基础的负荷，提高地基、基础部分的造价，土建投资增加，同时对室内采光，装修造型等都有很大的影响。而钢结构强度和刚度大，其梁、柱的尺寸相对较小，可埋入墙内，不影响建筑户型的美观。

2．砖混结构住宅的开间一般在2.7～3.3m之间。与砖混结构相同梁柱尺寸的钢结构建造的住宅，开间可到5.6～7.8m。前者户型变化较单调，不能满足目前人们对住宅的要求，这一方面将导致居民在二次装修时自行改变墙体布置，既增加了经济负担，又因为破坏承重墙而增加了危险隐患；另一方面不能满足居民对多种户型的选择，从而导致售楼率的下降，使业主蒙受损失。(www.daowen.com)

3．钢结构住宅建筑可采用大空间柱网布置，使建筑平面分割灵活，既为建筑师提供设计的回旋余地，又给用户提供了根据不同用途改变平面布局的可能性。钢结构住宅造型活跃，格局个性化。钢结构住宅除了厨房、卫生间固定，室内格局可以随意改变，不受原有传统结构的限制，由于隔墙的轻质化和可拆改化，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，利用钢结构连结简单的特点，在垂直平面内比混凝土结构能更好地应用错层、跃层结构，使住宅更持久地适应使用者的家庭人口变化和个性的需要。

4．采用钢结构，还可以在相同跨度情况下，减小梁的高度，增加住宅的净空。随着住宅建筑的水、暖、电、煤气等设施用量的大量增加，各种管材的用量和品种比过去增加了许多，管道纵横布满住宅的各个空间，如果采用砖混结构，因为其梁不能开孔，管道只能布置在梁的下方，占用了房间的净空，而且影响房间的美观。钢结构住宅建筑的结构构件多为型钢，比较适合管线通过，也可在梁上开孔，腹板处可埋入管线而不占用房间的内空间，一方面可增加结构层的高度，另一方面可以增加窗户的高度，增加采光的面积。

长期以来，人们在选择住宅时，往往片面地追求住宅的实用性和一次性经济指标，对住宅的舒适性和运行性能认识不足。特别是在长江中下游地区，常年空气湿度较大，室内自然通风显得尤为重要。然而，过去的砖混结构住宅由于受外墙开洞率的限制，单个外窗面积一般在2.5m²左右，加上户内分隔过于复杂，无法保障室内良好的自然通风和日照，导致一些疾病如风湿、类风湿、皮肤感染等经常发生。钢结构住宅建筑的外窗设计，在满足构造安全的前提下，尽可能增大开窗面积，改善室内自然通风条件，同时若采用双层中空玻璃，则可有效地降低住宅能耗，在提高居住环境质量和舒适度的同时，人们还能享受在室内与大自然亲密接触。

四、钢结构住宅建筑有效使用面积大

现在，人们在购买房子的时候，越来越重视房间的使用面积和布局，希望在建筑面积相同的情况下，得到房间利用率较高的户型，钢结构住宅建筑在这方面与其他结构体系相比有着无与伦比的优越性。

钢结构住宅建筑的特点就是其强度高、刚度大，这直接导致其跨度大，梁柱等构件截面小，在柱距相同的时候，梁、柱的面积比传统结构小很多，建筑面积中，结构占用的部分少。一些钢结构建筑中的钢梁、钢柱完全被包在墙体中，不占用房间的使用面积，这将使建筑的使用面积增加。同时，钢结构住宅建筑的大开间使布置更加合理，减少因结构造成的使用上的“死角”。此外，因为墙体多为轻质填充墙，内部也可埋入管线，不占房间的使用面积。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，居民购买同样建筑面积的房间可以享受到更大的使用面积。若加上合理的钢结构体系，其住宅的有效使用面积可达到90％以上。

据统计，在居民所购买住宅的建筑面积是100m²的前提下，当该住宅体系采用传统的砖混结构体系，由于该体系住宅建筑的房间面积使用率是73％，则居民所购买的住宅使用面积是73m²。当该住宅体系采用R.C结构体系，由于该住宅建筑的房间面积使用率是78.4％，则居民所购买的住宅使用面积是78.4m²，比传统的砖混结构体系增加了5.4m²的相对使用面积。当该住宅采用钢结构体系时，由于该住宅体系的房间面积使用率是90％，则居民所购买的住宅使用面积是90m²，与传统的砖混结构体系相比，增加了17m²的相对使用面积，几种结构体系增加的相对使用面积见表2-2。

表2-2　可增加的相对的使用面积

五、钢结构住宅建筑设计精度高

钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制，其组织比较均匀，接近各项同性，为理想的弹性—塑性体，其弹性模量和韧性模量皆较大，因此，钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，在计算中采用的经验公式不多，从而计算上的不定性较小，计算结果比较可靠，提高了设计精度。

六、钢结构住宅建筑可容纳整体式部件设备

钢结构住宅建筑的预制装配化的生产工艺，能够容纳各种预制定型化部件。钢结构住宅建筑除了结构本身的承重系统部件外，内、外墙体部件，屋面部件，厨房、卫生间部件，装饰装修和材料部件均可以不用湿作业和传统手工化，而达到全部工厂化预制。这些整体式部件和设备是:

1．带保温隔热板材或轻质气体材料的外墙部件，有严密的防水、抗裂措施。外窗可以有连体的和后装的两类，具有良好的密闭性、抗渗性和保温性能。

2．具有可拆改、模数系列化的内墙部品，具有可靠的隔声和足够的强度要求。

3．整体化厨房、卫生间。在国内，已经有如远大、海尔等企业生产的盒子卫生间的部品，最适合于钢结构的结构生产方式。远大公司集成式8层住宅就是典型的范例。厨房的功能设计和设备的复杂程度远比卫生间大得多，作为钢结构也必定要求厨房有整体化的要求。其整体化的内容实质上是将厨房的功能及设备进行分体化，包括厨具、吊柜、炉具、水池、吸排油烟机、冰箱、烤箱、洗碗机等，进行分解，形成厨房设备部件，由各生产部门生产，然后根据需要进行整合、安装。部品是定型的系列，而成品是多样的、组合的，能适应各种钢结构住宅建筑的住户的要求。它与钢结构住宅建筑的配合是模数的配合，将为厨具安装的完整性留有充分的余地。

4．装修和装饰材料部品化同样对工业化的钢结构住宅有重要的意义。我们常见住宅装修过程中的裁剪、截锯现象，造成了破缺和不完整，十分不美观，钢结构的灵活性容易调整尺度和各种接口的配合，达到完整装修的装配程度。

七、管线布置方便

在钢结构的结构空间中，有许多孔洞与空腔，而且钢梁的腹板也允许穿越小于一定直径的管线，这样使管线的布置较为自由，也增加了建筑净高，而且管线的更换、修理都更为方便。

2.3.3.2　钢结构住宅在经济上的优越性

一、钢结构住宅建筑基础造价低

钢结构住宅建筑总重轻，比砖混结构和钢筋混凝土结构轻1/3～1/2，可降低基础处理费用，在软土地区的优势尤其明显，同时钢结构建筑自重轻，建筑材料综合运输费用低。用钢材建造的房屋整体重量轻，这是因为:钢材比木材、砌块、混凝土等传统材料的强度高、重量轻，如果要达到同等强度，混凝土与钢材用量之比为7∶1；其次，在钢结构住宅的结构体系中，墙体和楼板非常适合于采用轻质材料，这对主体重量的减轻也非常重要，住宅中如果全部墙体均采用轻质材料，则主体重量会有很大的减轻。目前，我国在钢结构住宅建筑中墙体多采用石膏板、泰柏板、ALC板等轻质材料，其建造后的主体结构比其他传统材料建造的结构减轻30％左右。装修后的住宅建筑，采用钢结构体系的主体结构重量是砖混结构重量的1/4～1/6，是钢筋混凝土结构重量的1/2。

上部结构重量的减轻给下部基础带来了许多好处，从表2-3中可以看出，若上部结构采用钢结构，则基础可减轻近一半，进而对地基的地耐力要求降低，所以多层钢结构住宅建筑一般均采用浅基础。这将使地基处理工作简单，造价降低，同时主体结构自重减轻，基础减轻，运输量减少，降低造价，特别当遇到软土地基时，节省的费用更多，它给业主带来了经济效益。

表2-3　基础承受重力荷载对比

二、钢结构住宅建筑内在价值高

钢结构住宅建筑强度高，相应梁、柱等构件截面小，可增加建筑有效使用面积，增加房屋内在价值。由前面的分析可知道，如果住宅建筑采用钢结构体系，将比砖混结构体系增加17m²的相对使用面积，比R.C结构增加11.6m²的相对使用面积。如果按照目前北京市区住宅的平均售价5500元/m²，则居民在购买100m²的房屋之后，若该房屋是钢结构住宅建筑，与砖混结构相比，居民可获得的隐含收益是:5500×17=93500（元），与R.C结构相比，居民可获得的隐含收益是:5500×l1.6=63800（元）。同时钢筋混凝土结构和砖混结构的住宅由于强度和刚度的限制，不能建造开间过大的房型，影响了房间的布局，不能满足不同家庭结构的使用。据统计，目前大概80％的居民因对户型不满意，而破坏房间的墙体结构，这不仅带来墙体结构和整体抗震等方面的隐患，同时造成居民装修费用的浪费。另外，二次装修的住宅由于住户受经济条件限制和认识的不足，在装修材料的选择上，材料的安全性和环保性得不到应有的重视，导致有害气体及放射性浓度超标，严重危害了人们的身体健康。据北京对39所医院调查发现，儿童白血病患者50％以上的家庭，在半年内都进行过住房的装修，有的达2次以上。钢结构住宅建筑跨度大，房间布置灵活，可满足不同家庭的要求。

钢结构住宅建筑节能效果好，墙体采用轻型节能标准化预制墙板代替粘土砖，保温性能好，住宅的节能主要来自于墙体，不同的墙体材料节能系数不同，表2-4给出钢结构与传统结构住宅建筑的节能费用比较。

表2-4　冬季节能费用

三、钢结构住宅资金使用率高，风险低

钢结构住宅施工速度快，工期缩短约30％～40％。钢结构住宅是工业化生产的方式，即:钢结构构件在工厂中制作，运至工地安装完成。这种生产方式使许多作业可交叉完成，如工厂制作和现场安装可以同时进行，不受天气和季节的影响，有利于合理安排各分项工程的施工计划。钢结构住宅建筑施工时，柱子一般取3～4层为一个施工段，在现场一次吊装。钢结构还可以为施工提供较大的空间和宽敞的施工作业面。柱子的吊装、钢框架的安装、组合楼盖的施工等都可以进行平行立体的交叉作业，在上部安装框架的同时，下部可以进行内部装修、装饰工程。劳动生产率的提高，缩短施了工工期，减少了资金占用时间。如今在贷款利率高的金融形势下，施工工期指标的重要性不亚于造价指标，施工速度的快慢已经成为选择结构类型的首要因素。采用钢结构住宅建筑，使房地产开发商的资金周转加快，资金使用成本降低。例如:若开发商从银行贷款1000万元，按照当前年贷款利率5％～6％计算，提前100天完成，则节省资金为

总资金×年贷款利率×天数÷365

=1000×（5％～6％）×l00÷365=13.7～16.44（万元）

同时，钢结构住宅的施工工期缩短，所需的现场工人比混凝土结构所需的人数节省近一半，又可减少人工费，节省大量的资金。

2.3.3.3　丰富住宅商品市场

随着人民生活水平的的改善，审美层次的提高，作为商品投放市场的住宅也应有更加丰富的品种。钢结构住宅以其通透流畅的空间形式，轻盈灵巧的外观造型赢得居民的青睐，符合全面建设小康住宅“一二十年不落后，三四十年可改造”的要求。目前我国住宅建筑的需求量很大，全国每年竣工的城乡住宅建筑面积达5亿多平方米，如果其中的10％采用轻钢结构住宅，建筑面积即可达5000万m²，因而具有非常广阔的市场前景。

2.3.3.4　环保优势

众所周知，长期作为主要建筑材料的粘土砖生产对我国耕地造成极大的危害，导致水土流失，生态破坏，国家已在各大中城市开始全面禁用粘土实心砖。

水泥制品的开采和烧制也对环境造成很大污染，同时会形成难于降解的固体垃圾。钢材具有可再生性，可以重复使用，遗留的废料垃圾少，其生产和使用中对自然环境的破坏小。另外，钢结构建筑的大部分构件在工厂中加工完成，施工现场的主要工作是组合安装，以干作业为主，减少了粉尘、污水、噪声对环境的污染。

综上所述，钢结构住宅体系是适应于我国住宅产业化发展的住宅体系之一。

表2-5　钢结构与钢筋混凝土结构的环保比较