低层装配式钢结构民用建筑的应用

袁伟杰

（青岛理工大学）

1 政策

早在2013年，国务院提出了“绿色建筑行动计划”，明确把推进工业化作为重点任务，促进适合工业化的装配式混凝土和钢结构建筑体系的生产。2016年9月，《国务院关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出，装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构都应采用因地制宜发展。5年的发展历程，各省市的配套政策得到积极落实，已有多个省、市出台了专项指导意见和相关措施，对装配式建筑提出了更为具体的发展要求。

“十四五”规划指出，优先发展乡村，推进城乡融合，其中强调未来农村住宅实行“一户一宅”、集中建设住宅的模式。因此，发展装配式钢结构在乡村建设中起重要地位（见图1）。

图1 近年来有关发展完善与规划装配式钢结构的政策

2 中国与发达国家的发展对比

在钢结构行业发展成熟的国家，钢结构在建筑结构上的占比超过40%，美国和日本等发达国家近些年来的钢结构建筑占比达到50%以上。通过参考国外发展历程，钢结构行业的高速发展期一般为22年左右，随后进入成熟稳定期，预计成熟阶段，钢结构产量占钢产量的比重约为20%～30%。据统计，美国进入成熟期钢结构产量最大已经达到5000多万t，占总比45%，之后有所下降，维持在30%左右。日本钢结构产量稳定在年均2500万t，占总比25%[1]。

中国的钢结构住宅发展依旧处于新兴阶段，据统计，2020年中国的钢材产量已经达到13.2亿t，而国家预期钢结构产量达到1亿t，占比约为7.5%。我国钢产量过剩问题，其实还有很大的市场发展空间。

3 相比传统住宅的优点

3.1 强度、重量、塑性

强度比较高。相比农村传统砌体结构（砖混）而言，钢结构有很好的抗拉强度（钢结构的强度主要体现在弹塑性阶段）、抗弯强度、抗剪强度。砖混结构的抗压能力强度主要取决于粘结砖之间的砂浆。传统住宅建筑因受力问题，导致民用建筑风格单一、不能灵活变化。

自重轻。传统的混凝土结构和砌体结构自重很大，施工不方便。钢结构自重轻，便于施工，容易控制精度，对地基基础的要求大大降低，减少了基础投入资金。

塑性和韧性好。钢材有良好的变形协调能力，有着很好的抗震、抗风能力，且钢材发生塑性破坏的时候有明显变形，易于及时发现补救避免发生事故。

3.2 有效使用面积，承载能力

钢结构具有良好的材料性能，截面尺寸相对较小，承载能力却很高，因此能够增加建筑的有效使用面积，能够随意打造空间，进而提升生活品质。同时，钢结构的加工性能，为建筑设计提供了无限的可能，使住宅体现艺术美学[2]。

3.3 工业化，施工周期

钢结构是在工厂提前预制好，然后通过运输运到现场进行安装。这一过程提升了施工质量，降低了施工难度，缩短了施工周期。通俗来讲，让造房子变得像造汽车一样高效方便。而传统砌筑工艺步骤繁琐、人工量大、施工技术要求高、工期长效率低、施工作业质量低。而预制装配式解决了以上不足。例如，火神山的建设，仅十天一所可容纳1000张床位的医院就拔地而起。

3.4 绿色环保，节省能源

国家号召应用绿色建材，建设环保型社会。2020年5月住建部出台《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》，建议优先使用绿色建材（钢结构），并减少施工现场建筑垃圾的产生，做到回收利用，节省资源。

材料方面。截至2020年，中国钢材产量达到13.2亿t，位居世界第一。而钢结构的产量不足1亿t，导致钢结构成本远低于混凝土成本，因此钢结构是目前性价比最高的建造材料。

施工方面。大大减少了砂石、灰、水泥的用量，减少噪声污染，保护了施工作业环境。数据表明，与传统的混凝土结构相比，钢结构建筑节省了约50%的混凝土用量、85%的用水量、67%的木材消耗量。

装配式施工主要使用连接、焊接。因此，钢材是一种100%可回收材料，在拆除、重建过程中节省了资源，避免了材料浪费，不会产生大量生产垃圾。对比砖混住宅，从材料的生产使用到拆除，严重损坏了土地资源、破坏了大气生态、浪费了大量材料和财力。

4 钢结构缺点及解决方案

4.1 耐热性

不耐热是钢结构的主要缺点，但是低层民用建筑对防火要求远没有高层钢结构高。解决这一问题可以从材料方面入手，钢材虽然是不燃材料，但在高温作用下，其屈服强度、弹性模量会急剧下降，在十五分钟左右失去承重能力而倒塌。所以只要使钢材在高温作用下达不到临界温度就能保证稳定性。主要有以下几个方法：用防火板装饰保护、涂刷防火材料、设置火灾自动报警系统（烟雾报警器等）[3]。

4.2 防腐蚀

天然的金属与空气中的氧气、水、二氧化碳等会发生化学反应。如果钢结构建筑受到腐蚀，对结构的承载力是很不利的，易产生安全隐患，且做好防腐有利于后期降低维修成本。

使用涂装耐候钢，相比使用其他方法成本低，而且低层民用建筑使用年限不高，不需要花费高成本用镀锌等方法防腐。室内防腐主要采用涂层法，同样成本低，但是不能长期防腐（约50年）[4]。

4.3 体系完善

装配式钢结构建造过程和传统砖混结构建造过程完全不同，前者更是一种工业流水式的建造方式，需要有一套完整成熟的体系支撑整个施工过程。

一些落后地域钢结构建筑并不普遍，而是保守倾向于传统的砖混结构，或选择购买城镇的楼房。如今国家已经全面脱贫，响应“十四五”规划，乡村建设必然会有大的变革。

随着政策的利好，钢结构产业链不断完善，国内兴起大量钢结构民建公司，为民用住宅建筑提供服务与保障。通过承包单位施工或政府扶持集中建设钢结构住宅，做到工业化建设。当装配式钢结构建设成为民用住宅建设的主流时，将为中国全面建设社会主义现代化国家提供坚实基础。

5 结语

中国新基建新发展离不开最基本的房屋建筑，而顺应新时代的背景，装配式钢结构的发展成为必然。中国在民用建筑的发展道路上还属于未成熟阶段。对于发展体系来说，应积极学习借鉴发达国家的完善体系，总结并找出适合中国发展的体系和道路。对于人民群众来说，改变传统观念，学习新思想，有利于提高自身的环保意识，并且建立绿色发展的理念，还应积极响应国家政策，推动民用建筑的改革进程。