钢结构装配式住宅的设计优化方案探讨

钢结构装配式住宅的设计优化方案探讨

李怀国

中国城市建设研究院有限公司100120

摘要：钢结构装配式住宅在我国的建筑行业得到了广泛的应用，且可以预见的是，其未来的发展前景有也较为优质，因此针对于钢结构装配式住宅的设计与优化工作也应当保持持续的发展势头。本文立足于钢结构装配式住宅的实际，从阐述其发展历程出发，并分析了针对于钢结构装配式住宅的建筑设计中涌现出的主要问题，并以此为基础探寻设计优化的有效策略，以期为建筑设计人员提供参考。

关键词：钢结构装配式住宅；发展历程；设计优化

1钢结构装配式住宅发展历程

作为一种较为新颖的住宅形式，钢结构装配式住宅最早起源于西欧，是二战之后住宅结构变革的重要代表。钢结构装配式住宅的出现，大大变革了传统住宅结构的基本格局，契合了现代化、工业化的时代方向。当前，在世界现代化水平不断提高的大背景下钢结构装配式住宅以其高度的集约化、便捷的施工方式、较高的工程强度等优势得到了世界各国的青睐，也代表了现代化住宅的发展方向。

1.1以英国、德国为代表的西欧国家

西欧国家是装配式钢结构住宅的起源地，因此，在西欧发达国家，相应的设计技术也相对完善，创新化的设计理念念层出不穷，在全世界范围内具有极高的影响力。从其新建建筑的数量来看，装配式钢结构住宅已经占到了三分之一以上。除此之外，西欧地区以英国、德国为代表的国家也依照本国的建筑发展实际，在细化的建设领域中拥有独特的优势。例如，德国重视建筑设计、结构工程、水电等基础功能的协调作用；英国则率先实现了针对于钢结构装配式住宅从设计、材料生产到最终施工的全套技术供应链，在集约化程度上具有较大的优势。

1.2以美国、加拿大为代表的北美国家

以美国、加拿大为代表的北美国家也是世界范围内经济较为发达的地区之一，钢结构装配式住宅在这一区域也展现出了蓬勃发展的势头。美国在钢结构装配式住宅的设计中选用了大量的预应力预制构建，并展现出了较高的应用价值。加拿大的预制构件应用也十分广泛。

1.3中国

近年来，我国钢结构装配式住宅的发展较为迅猛，但是综合来看，与起步较早、技术方案较成熟的欧美国家相比，仍然需要加大优化力度。受限于过去经济条件的限制，我国的住宅产业化概念在上世纪九十年代中期才首次提出，这与欧美发达国家的发展历史相比，具有较大的差距。新世纪以来，在我国经济持续增长的优质环境中，建筑行业的创新变革力度不断加大，相应地，钢结构装配式住宅体系也实现了高速的发展，并在不同层次的住宅设计中得到了广泛的发展。

2钢结构装配式住宅设计的优点

2.1、钢结构住宅能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6%。

2.2将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下，钢结构能够避免建筑物的倒塌性破坏。

2.3、建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价。

2.4、施工速度快，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一。

2.5、符合住宅产业化和可持续发展的要求。钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高建设产业的水平。

3钢结构装配式住宅的缺点

3.1建造成本制约

钢结构装配式住宅由于受力结构全部为钢结构，故此建筑含钢量会大幅增加，经过大量的测算，以7度地震烈度地区为例，一般9-11层钢结构装配式住宅地上平均含钢量约60-75KG/㎡,而普通混凝土剪力墙结构住宅地上平均含钢量约为40-45KG/㎡。20-30KG/㎡的含钢量差距，在成本上将增加约30KG/㎡x8元/KG=240元/㎡。240元/㎡的差价很难由基础及建造速度来抵消。这样直接影响了钢结构装配式住宅的广泛应用。

3.2钢结构装配式住宅的防火、防腐及后期维护的制约

由于钢结构承重体系防火、防腐性能较差，需要额外增加150元/㎡的成本。

同时钢结构防火和防腐需要定期维护，尤其是钢结构防腐，最长年限仅有50年，且费用较高。

4钢结构装配式住宅的设计优化方案

对万郡?大都城住宅小区一二期各类型住宅含钢量统计的分析数据如下表：

根据对表中的数据分析，建筑布局对钢结构装配式住宅的含钢量影响巨大。

通过我们对上面项目的数据分析及对我们设计的贵州省长顺县广顺安置房项目的总结（本项目为6-9层钢结构装配式住宅项目）。钢结构装配式住宅设计应从以下几方面进行考虑：

4.1合理的平面布局：我们对户型平面进行了大量优化，减少建筑凹凸，使建筑平面很是规整；同时优化建筑开间尺寸，使建筑柱网尽可能贯通，柱距尽量控制在6米左右，这样既能使布局合理，又能控制梁的高度。通过平面布局的优化，可以减少钢结构住宅的含钢量10-20%。

4.2合理的钢结构柱子截面，在设计贵州省长顺县广顺安置房项目中钢结构柱子截面为200x200,这样既能节省用钢量，同时可以使柱子尽可能布置于分隔墙中，可以使钢柱得到保护，增加钢柱的使用寿命，减少钢结构的后期维护费用。

4.3提高钢结构装配式住宅构件的标准化率，在设计中尽量整合构件的尺度，使之合理、统一。如空调板、楼梯、阳台等。使构件的重复率大量提高，减少相应模具数量，降低建造成本。

4.4尽可能采用厨卫一体化设计，隔绝水对钢结构受力构件的影响。以减少后期维护的成本。

4.5加强钢结构装配式住宅外墙板于梁柱连接的密闭性、水密性。隔绝雨水对受力结构的腐蚀。

5结束语

综上，钢结构装配式住宅在具有高强度、规模化的优势，在世界范围内的建筑行业得到了广泛的应用。但必须认识到的是，当前的钢结构装配式住宅的建筑设计仍然面临着较为突出的问题，我们应在钢结构装配式住宅设计中采用更多的技术策略，把握其基本特点，进行针对性的优化设计，推动钢结构装配式住宅的创新升级，为建筑行业的长足发展注入活力。

参考文献

[1]李建.钢结构装配式住宅关键建造技术研究[D].华北理工大学,2018.

[2]王宇飞,于天怡,袁嘉宁,周驰,杨懿.钢结构装配式住宅平面设计方法探析——以安徽某高层钢结构装配式住宅为例[J].建筑技艺,2018(12):119-121.

[3]刘锋,王新.钢结构装配式高层住宅的研究与实践[J].住宅产业,2017(03):30-35.

[4]魏宏毫,王崇杰,管振忠,杨倩苗,李炳来.钢结构装配式被动房的围护结构施工关键技术[J].建筑节能,2017,45(11):128-135.

[5]区碧光.BIM技术在轻钢结构装配式建筑的应用研究[D].广东工业大学,2017.

[6]刘亮俊.苏丽丽.高层钢结构住宅含钢量分析与探讨《山西建筑》.2015年4月第12期