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鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢(shì)

鋼結(jié)構(gòu)建筑相比較混凝土或者預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)：首先是我國(guó)鋼材產(chǎn)量豐富，鋼材質(zhì)量可靠，這為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了材料優(yōu)勢(shì)。其次，鋼結(jié)構(gòu)建筑標(biāo)準(zhǔn)化程度高，其自身的裝配式屬性使得其綜合造價(jià)低，設(shè)計(jì)周期短，施工速度快，回收利用率高。再次，鋼結(jié)構(gòu)建筑能最大限度的滿(mǎn)足綠色環(huán)保的要求，鋼材本身就是一種環(huán)保材料，鋼結(jié)構(gòu)建筑無(wú)論從構(gòu)件生產(chǎn)、加工到后期的現(xiàn)場(chǎng)安裝都不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成損害。最后，鋼結(jié)構(gòu)住宅可更好的實(shí)現(xiàn)私人訂制的要求，北美及歐洲地區(qū)的“住宅超市”現(xiàn)已相當(dāng)成熟。

近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)建筑已被建設(shè)部列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。建設(shè)部先后開(kāi)展了30多項(xiàng)關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)建筑的課題研究項(xiàng)目，興建了許多試點(diǎn)工程。與此同時(shí)，許多高校和企業(yè)也紛紛加入到了鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及關(guān)鍵技術(shù)的研究行列。

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傳統(tǒng)意義上的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系

傳統(tǒng)意義上的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系主要有五種：輕型冷彎薄壁型鋼體系、鋼框架體系、鋼框架剪力墻體系、鋼框架核心筒體系等。

冷彎薄壁型鋼住宅在北美應(yīng)用較多，目前已經(jīng)達(dá)到商品化生產(chǎn)的程度。該體系是以冷彎薄壁型鋼作為結(jié)構(gòu)的受力骨架，以自攻螺釘連接節(jié)點(diǎn)的鉸接體系。其優(yōu)點(diǎn)是自重輕、抗震性能好、施工速度快、綠色環(huán)保，但基本只限于低層住宅或聯(lián)排別墅，在多層和高層建筑中應(yīng)用不多。

冷彎薄壁型鋼體系

鋼框架體系受力骨架為傳統(tǒng)意義上的梁、柱等構(gòu)件組成的鋼框架。該體系適合于建造多層住宅，在多層范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益較好；但當(dāng)層數(shù)較高時(shí)，則表現(xiàn)為側(cè)向剛度不足且稍顯浪費(fèi)。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、梁柱剛接、安裝方便。

鋼框架結(jié)構(gòu)體系

鋼框架支撐體系是鋼框架和支撐協(xié)同工作的體系，鋼框架主要提供結(jié)構(gòu)的豎向承載力，而支撐體系主要提供結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。相比較鋼框架體系來(lái)說(shuō)，由于支撐的作用，其抗側(cè)剛度更高，因此適用的建筑物層數(shù)較鋼框架體系更高，一般在6～12層之間；且其梁柱尺寸較鋼框架體系小得多，因此是一種較為經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。

鋼框架支撐體系

鋼框架剪力墻體系是將鋼框架支撐體系中的支撐換成了抗側(cè)剛度更大的剪力墻，剪力墻承擔(dān)80%～85%的水平力。當(dāng)前比較流行的鋼板混凝土組合剪力墻，可以同時(shí)發(fā)揮混凝土抗側(cè)剛度大和鋼板剪力墻的延性好、耗能能力強(qiáng)的特點(diǎn)。其適用的建筑層數(shù)比鋼框架支撐體系更高。

鋼框架——鋼板剪力墻體系

鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)與鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)類(lèi)似，只是將剪力墻做成封閉的核心內(nèi)筒，而鋼框架在外圍。該體系能承擔(dān)的水平力更高，接近90%，適用的建筑物層數(shù)在理論上也更高，但更高的層數(shù)將降低其經(jīng)濟(jì)性，因此一般認(rèn)為還是12層以下最適宜。

鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)體系

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新型鋼結(jié)構(gòu)體系的探索

在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)體系研究的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和眾多學(xué)者開(kāi)始嘗試開(kāi)發(fā)集成化程度更高、設(shè)計(jì)周期更短、可操作性更強(qiáng)的新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系。具有代表性的是以下五種：

（1）遠(yuǎn)大可建集團(tuán)研發(fā)的多高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系

該體系主要由鋼結(jié)構(gòu)立柱和一體化樓板組成，鋼結(jié)構(gòu)立柱與一體化樓板之間采用套筒+螺栓連接，立柱帶有斜撐與樓板相連。其主要特色在于一體化樓板，樓板預(yù)先在工廠做好，在結(jié)構(gòu)上將桁架梁融合在內(nèi)，桁架梁很高，這樣就保證了一體化樓板內(nèi)有足夠的空間可以將管道、電線等預(yù)先埋設(shè)其中。同時(shí)遠(yuǎn)大在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮車(chē)輛的運(yùn)輸寬度，樓板都是寬度不大而長(zhǎng)度很長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)條形。該體系不僅在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)體系基礎(chǔ)上作了很大創(chuàng)新，最重要的是它大大提升了房屋營(yíng)造速度，現(xiàn)場(chǎng)只需少量人力即可完成房屋建造，集成化程度相當(dāng)高。

遠(yuǎn)大可建鋼結(jié)構(gòu)體系

（2）山東萊鋼采用的盒子型——集裝箱式方案

盒子型的優(yōu)點(diǎn)：整體性強(qiáng)，可以最大限度的集成，甚至可以在房子中集成家具等物品，實(shí)現(xiàn)真正的拎包入住；其工業(yè)化程度高，結(jié)構(gòu)密封性能好。缺點(diǎn)是運(yùn)輸較為困難；限于運(yùn)輸尺寸，不可能做的過(guò)大；適合三層以下，保證三層以上的多高層結(jié)構(gòu)的安全性，有很多問(wèn)題需要解決。

山東萊鋼的盒子型——集裝箱式方案

（3）萬(wàn)科等企業(yè)的墻板組裝型鋼結(jié)構(gòu)體系

萬(wàn)科的裝配式房屋的研究主要集中在混凝土結(jié)構(gòu)中，他們提出了“主體和填充部品分離體系”，即所謂的“VSI體系”。萬(wàn)科完成的項(xiàng)目中多為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，采用外墻預(yù)制，內(nèi)墻現(xiàn)澆，連接部位現(xiàn)澆的模式。雖然萬(wàn)科開(kāi)發(fā)的是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，但其體系的營(yíng)造方式、施工現(xiàn)場(chǎng)管理方式等方面對(duì)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的研發(fā)具有很好的借鑒意義。

萬(wàn)科VSI體系

（4）同濟(jì)大學(xué)陳以一教授等開(kāi)發(fā)的分層裝配式支撐鋼結(jié)構(gòu)建筑體系

該體系將房屋拆分成鋼框架支撐系統(tǒng)和樓面系統(tǒng)兩部分，其主要特點(diǎn)是密柱、梁貫通、柱梁鉸接，水平力主要由柱間支撐承擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和高度裝配化施工。該體系雖然還需要進(jìn)一步的研究，但其新穎的形式或?qū)⒊蔀槲覈?guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的一個(gè)重要分支，對(duì)研究裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系及其連接構(gòu)造具有很好的借鑒意義。

分層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系

（5）交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系

交錯(cuò)桁架體系是20世紀(jì)60年代麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的一種新型結(jié)構(gòu)體系，主要應(yīng)用于酒店、公寓等房間劃分比較規(guī)則的建筑中，在美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家已有很多應(yīng)用。將其歸為新型鋼結(jié)構(gòu)體系是因?yàn)檫@種體系在我國(guó)的應(yīng)用還極少，還有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

雖然該體系在我國(guó)的應(yīng)用很少，但很多學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了研究并取得了豐富成果。目前我國(guó)已先后于2012年和2015年制定了兩本相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程。

我國(guó)交錯(cuò)桁架體系相關(guān)規(guī)程

交錯(cuò)桁架體系的優(yōu)點(diǎn)很多，它是一種環(huán)保型綠色建筑，可工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，濕作業(yè)少。與普通鋼結(jié)構(gòu)相比，施工速度更快、工期短、綜合效益好；且該體系抗側(cè)性能優(yōu)異，能夠滿(mǎn)足多、高層建筑的受力需求。

某交錯(cuò)桁架建筑現(xiàn)場(chǎng)圖

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結(jié)論

綜上，國(guó)內(nèi)很多鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)和學(xué)者都紛紛加入到鋼結(jié)構(gòu)體系的研究中，鋼結(jié)構(gòu)在建筑產(chǎn)業(yè)化、綠色建筑等方面較混凝土結(jié)構(gòu)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展還很不充分，鋼結(jié)構(gòu)建筑自身不好解決的防腐、防火、隔音等問(wèn)題導(dǎo)致一些優(yōu)異的鋼結(jié)構(gòu)體系沒(méi)能與時(shí)俱進(jìn)地發(fā)展起來(lái)。盡管如此，以筆者愚見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)建筑因其自身強(qiáng)大的裝配屬性而不應(yīng)被社會(huì)和時(shí)代遺忘，與其大力發(fā)展一直令結(jié)構(gòu)工程師們?cè)嵅〉难b配式混凝土結(jié)構(gòu)，不如充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)建筑自身的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，開(kāi)發(fā)出更多符合當(dāng)下發(fā)展需要的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及其相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)連接形式。