·6问钢结构住宅：钢结构住宅什么样？

6问钢结构住宅：钢结构住宅什么样？

“室外的事情室内做，高空的事情地面做，危险复杂的事情机器做，污染环境的事情不做”，这里描述的就是钢结构住宅的建设过程。

“平均两天半到三天一层，不到两年的时间一期27.5万平方米已进入最后的机电设备安装调试和室内装饰阶段。”9月23日，由杭萧钢构股份有限公司建设的包头万郡反蠖汲且黄诠こ炭蹋浣ㄉ杷俣戎欤浣ㄔ旆绞街捞匾鹆松缁岬墓刈ⅰ?/p>

事实上，早在2008年，杭萧钢构就在萧山建成了24层杭萧钢构集体公寓，2009年，他们承建的国内最大的钢结构住宅群——武汉世纪家园整体竣工并交付使用。作为住建部科技示范项目工程，时至今日，它依然是我国已交付使用的最大的钢结构住宅群。

在整个社会尚无认知的环境下，杭萧钢构以极大的勇气和智慧投身到钢结构住宅领域，十几年锲而不舍投巨资研发，建立起完全自主知识产权的钢结构住宅体系，为我国建筑工业化、住宅产业化发展闯出一条新路。在节能减排压力与日俱增，钢铁行业产能过剩，大力发展绿色建筑的今天，大规模推广钢结构住宅势在必行。让我们走近武汉世纪家园，走近拥有自主知识产权，一直低调潜行的钢结构住宅群，也希望借此增进社会对钢结构住宅的认知。

一问“钢结构住宅什么样？”

武汉世纪家园住宅小区位于武汉市江岸区，是由武汉香利房地产公司开发，浙江杭萧钢构股份有限公司承建的钢结构住宅项目，有11幢22-24层的高层钢结构住宅组成，总建筑面积26万平方米。

走近这一高楼林立的住宅群，若不是有人告知这是钢结构住宅，单从外观很难看出它与传统建筑有什么不同。

“同等建筑面积我们的房子要大一些”，“冬天不冷夏天不热，住着舒服”，走访小区住户，听到最多的是亲身感受。

“武汉世纪家园小区钢结构住宅项目应用了杭萧钢构多项新的研发成果，其中最大的亮点是新型CCA板灌浆外墙、冷弯高频焊接矩形钢管混凝土柱和高频焊接H型钢梁的应用。”杭萧钢构副总工程师李文斌告诉记者。

从楼板系统、结构体系、墙体系统三方面入手，李文斌为我们详细解剖钢结构住宅，从差异中认识钢结构住宅。

首先，钢结构住宅楼板系统有什么不同？

不同于传统施工方式的现浇混凝土楼板，杭萧钢构开发出“钢筋桁架楼承板”，就是将楼板中的钢筋在工厂中加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌压型钢板焊接成一体的组合模版。在施工现场，将其铺设在钢梁上，进行少量附加钢筋绑扎，浇注混凝土，形成钢筋桁架混凝土楼板。

“通过武汉世纪家园等住宅建设的实践，我们把钢筋桁架混凝土楼板总结为十大优点”，李文斌逐一盘点：一，现场绑扎工作量减少60%～70%，可进一步缩短工期。二，比普通压型钢板—混凝土组合楼板的厚度减少约50mm,混凝土用量减少，室内净高增加。三，栓钉焊接质量更容易保证。四，底面平整，感观好，钢板损耗更少。五，力学性能与现浇楼板基本相同，使用阶段板底基本不开裂。六，与现浇楼板的防火性能相当，钢板不参与使用阶段受力，不需考虑防腐问题。七，钢筋排列均匀，保护层厚度有可靠保证。八，通过改变桁架高度以适用跨度较大的楼板。九，楼板的双向刚度相近，有利于建筑物抗震，也可做成双向板。十，桁架受力模式合理，综合造价低。

其次，钢结构住宅框架结构体系有什么不同？

不同于传统混凝土结构，本工程结构体系采用高频焊接矩形钢管混凝土柱框架－混凝土筒体体系，在筒体中设置钢柱、钢梁。

高频焊接矩形钢管是将一定宽度的钢带，在常温条件下经过一组纵向排列的轧辊，逐步变形，达到适用要求的尺寸，而后通过高频焊接而成的具有闭口断面的型钢产品，是目前我国三种H型钢类型即热轧H型钢、焊接H型钢和高频焊接H型钢之一，具有截面模量大，承载力高、制作方便等优点。

李文斌告诉记者，六大优点凸显了高频焊接矩(方)形钢管混凝土柱的独特价值：

一是质量稳定。节材相比由四块钢板焊接而成的矩形钢管，冷弯高频焊接方钢管仅有一条通长焊缝，焊接变形影响范围小，焊接质量稳定，材料损耗少。

二是承载力高，节省用钢量。钢管混凝土构件在轴向压力作用下，混凝土由于受到钢管的约束作用而处于三向受压状态，其强度得到进一步提高；而混凝土的存在还可以避免或延缓薄壁钢管过早的发生局部屈服，使得钢材的承载力得以充分发挥。二者相结合，相互取长补短。在要求相同承载力的条件下，钢管砼柱的用钢量远小于纯钢柱。

三是塑性变形能力增强，抗震性能好。混凝土脆性大，高强度混凝土更是如此。但是如果将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，国内外的试验结果表眀，核心混凝土在钢管的约束下，不但改善了使用阶段的弹性性质，而且在破坏时具有较大的塑性变形，提高了建筑的耗能能力；钢管于混凝土共同工作，节点域刚度大，抗剪承载力高，能够避免纯钢柱在大震情况下易发生剪切破坏的缺点；在强震下，较容易满足强柱弱梁的抗震机理要求。

四是抗侧刚度大。与纯钢柱框架相比，钢管混凝土柱框架的抗侧力刚度大，侧移小，舒适性好，且效应小，稳定性好。

五是耐火性能良好。火灾时，混凝土吸收热量，从而使钢管结构较之纯钢结构具有更好的耐火性能，可降低防火处理费用。

六是现场施工、安装方便。与钢筋砼柱相比，采用钢管砼柱不需要绑扎钢筋、支模和拆模等工序；与纯钢柱相比，钢管壁厚较薄，自重小，运输、吊装方便。

再次，钢结构住宅墙体系统有什么不同？

钢结构住宅的难点在墙体，不同于传统墙体，CCA板整体灌浆墙是以汉德邦CCA板为面板，以轻钢龙骨为立柱，在其空腔内泵入混凝土而形成的复合整体式实心墙体。

李文斌从四个方面概括其优点：

第一，节能环保。CCA板的主要原材料是黄砂，灌浆料主要由黄砂、粉煤灰、EPS颗粒、水泥按一定比例混合而成，这些原材料的开采和利用不会造成对生态资源的破坏，所有组成材料都不含有害物质、无辐射，绿色环保，而且龙骨可回收冶炼，灌浆料强度不高，可经粉碎处理循环利用。汉德邦CCA板灌浆墙的导热系数较低，600密度等级EPS混凝土灌浆，200厚CCA板灌浆墙的传热系数为0.96，相当于600mm厚度的砖墙节能效果显著，符合目前国家发展绿色建筑和限制粘土砖节省耕地资源的国情。

第二，省地节材。武汉世纪家园外墙总面积为80632.6平方米，采用200mm厚新型CCA板灌浆墙。如果采用传统的粘土，按照60万块砖毁1亩耕地，每万块砖消耗1吨标准煤来计算，就可替换1100万块粘土砖，相当于节省耕地约18.4亩，节省约1100吨标准煤。

第三，性能与性价比高。武汉世纪家园住宅外墙均采用高密度CCA板，厚度为10mm；内侧采用中密度CCA板，厚度为8mm；两层CCA板之间灌600密度等级的EPS混凝土，厚度为200mm；经过国家建筑材料检验测试中心试验检测，CCA板灌浆墙相当于600mm厚粘土砖墙，所以有效使用面积大。

由于是实心墙体，与主体结构采用弹性连接，CCA板灌浆墙体有着很好的抗震性能，且实心墙的握钉力好，解决了轻质轻体在吊挂方面的不足。

CCA板灌浆墙由于其自重较轻，属于轻质墙体，从而可以降低基础和结构的造价，是与钢结构体系相匹配的一种优质墙体。

第四，施工速度快。CCA板灌浆墙体在施工安装方面，操作简单，速度快。由于墙体表面平整度较好，墙体成型后，未经装修工程就可拥有很好的外观表面。与砌块墙相比，节省抹灰分项。由于CCA板板幅较大，所以与目前使用较为广泛的GRC条板相比，大大减少了拼接接缝，既节约了接缝材料和人工成本。

二问“开发商的利益在哪里？”

钢结构住宅的推广需要社会的力量，更需要给执行者——开发商带来实实在在的收益，从而引导他们转向钢结构住宅领域，实现行业升级转型。

结合工程实践，李文斌把钢结构住宅给开发商带来的收益归结为四方面：

一，施工速度快，节省贷款利息和管理费用。

由于钢构件实现了生产线连续化加工制作，减少了现场工作量，还可以实现不同分项工程的立体交叉作业，因而使施工周期缩短约30%。施工周期缩短一方面加快了资金周转，方便提前还清银行贷款，另一方面还可以节省数额可观的扰民费和项目管理费如工资、差旅费等，在当前贷款利息高企的金融环境下，尤为重要。

二，主体结构自重轻，降低了基础费用和抗震成本。

主体结构不同，基础的费用也不同。两种体系中，全混凝土结构基础造价高。而钢管混凝土混合结构虽然用钢量大，但混凝土用量减少了很多，使得结构自重显著减轻，从而节省了基础造价。以武汉世纪家园小区为例，若采用钢筋混凝土结构，平均每平方米的垂直荷载1.38t，采用钢结构仅0.95t。在我国东南沿海地区，浅层地表承载力不高，如果兴建多层混凝土结构，很有可能会采用桩基础，但若采用多层钢结构，则为采用柱下独立基础提供了条件。由于基础形式不同，从而使基础造价差异更加悬殊。

由于自重轻，使得结构自身承受的地震作用减小，在同样满足现行国家规范的前提下，相对的可以相对节省更多的建造成本，这一点越是在高烈度地区越发显著。

三，科技含量高，成为销售亮点。

钢结构住宅科技含量高，节能效果显著，可为住户创造更加安全舒适的空间，作为销售亮点，可提高楼盘的售出率。

梁采用截面合理的高频焊接H型钢，能够轻松满足7-9米甚至更大的跨度。经过建筑结构密切配合精心布置的大柱网钢结构住宅，不仅空间通透灵活，为建筑灵活布局提供了方便，也为住户根据自身需要对房屋加以改造创造了条件，这无疑很受当前市场欢迎。

四，增加使用面积，既能成为卖点也能带来直接受益。

汉德邦CCA板灌浆墙体较薄，分室墙仅90mm厚，与传统材料墙体(厚150mm～200mm不等)相比，降低幅度明显。以武汉世纪家园小区为例，框架柱断面仅350mm墙体与柱两项之和，可使钢结构住宅的有效使用面积较传统形式住宅增加4%-8%，这实际上增加了建筑物的使用价值。同时，由此还带来一系列好处：

对于带车库或带底层商铺的住宅，可增加车位和商铺面积，直接增加销售收入；对于商品房按套内面积出售的地区，可为开发商带来直接的经济收益；对于商品房按建筑面积出售的地区，在楼盘销售时将成为吸引消费者的新的亮点。此外，对于地下室为车库的住宅或底部带商铺的住宅，结构可方便地实现，而无需采用昂贵的转换措施，无需为此增加建筑成本。

三问“住户的利益在哪里？”

钢结构住宅作为一种商品，最终还是要让消费者受益，让他们认可，感觉买得值才是硬道理。

在李文斌看来，生命安全是住宅的第一准则，在高楼林立的城市，在地震频发的年代，钢结构住宅对生命有强大呵护能力，其安全性是住户的最大利益。

一项调查显示，抗震性能差、房屋倒塌是导致人员伤亡主要原因，近年来国内外接连发生的地震进一步检验了钢结构住宅和公共建筑的抗震性能。

李文斌举出多次破坏性试验的数据：层间位移角小于1/200时，CCA板灌浆墙无任何裂缝；层间位移角为1/90时，墙体仅产生局部裂缝或挤压，只要略加补修就可恢复使用，不会伤及人员安全。能满足大震时主体结构层间位移变形的要求。

而早在2003年，台湾国立成功大学建筑学系教授张嘉祥就对CCA板灌浆墙进行钉孔破坏、板材接缝处开裂、板材开裂等破坏试验。结构主体层间变位角在31%、21.5%、11.5%、1%、1/40时CCA板灌浆墙均无破坏。

实践证明，杭萧多高层钢结构住宅体系不仅仅钢结构主体的抗震性能好，汉德邦CCA板灌浆墙也具有优越的抗震性能，因此在东南亚、台湾、香港广泛采用。

绿色环保材料也是钢结构住宅安全性的保证。

李文斌告诉记者，杭萧钢构与浙江大学、同济大学、国家建筑材料测试中心等十几家科研机构进行合作，进行了60多项系统的试验与检测，各项性能均满足或超过国家规范要求。试验证明，CCA板100%不含对人体有害的石棉、苯及甲醛等有害物质，无任何放射性，使用范围不受任何限制，属于A级不燃材料，若遇火灾，板材烟指数和毒指数为零。

钢结构住宅的舒适性同样为住户青睐。

由于钢结构住宅采用梁柱体系，套内无承重墙体，空间通透，有利于功能空间的灵活布置，可满足多层次住户的需求，也为住户根据不同时期的人口结构调整房间布局提供了最大便利。再加上钢结构住宅开窗不受限制，采光通风效果好，可为人们提供更加安全舒适的生活空间。

钢结构住宅节能保温效果好，在使用期间，冬天可为住户节省取暖费用，夏天可为住户节省降温开支，天长日久也是一个不小的数字。

钢结构住宅利用率的提高是带给住户最显性的利益。

这么多年来有个不成文的规定，消费者买房时是按照建筑面积缴纳房款，而实际享用的确是使用面积。钢结构住宅由于结构占用面积小，墙体较薄，因而面积利用率高，人们花同样建筑面积的钱，可获得更大的使用面积。以武汉世纪家园5号楼B户型为例，李文斌分析：在建筑面积137.6一定的情况下，有效面积钢结构为80.8%，混凝土结构为77.5%；使用面积增加3.3平方米。

以武汉地区为例，若住宅的平均售价为8000元/m2，消费者购买武汉世纪家园5号楼B户型后，所获得的隐含收益为2.64万元。从中可以看出，消费者购买钢结构房屋与购买同样建筑面积的全混凝土结构房屋相比，获得的不仅仅是更大的使用面积，而且还有更可观的经济收益。

四问“钢结构住宅贵吗？”

钢结构住宅造价高是社会的普遍认识，也是影响其推广的一大障碍。在李文斌看来，应该以综合经济效益为评价指标。

综合经济效益即在进行建筑工程结构材料方案分析评估时，除了考虑工程直接投资，还要考虑因以下因素：采用不同材料所产生的自重减轻引起的结构内力减少和地基基础造价的降低，由于构件截面小而使建筑使用面积增加，由于施工周期缩短带来利息减少和提前投入使用创造的经济效益。

此外，还有一些因素及其所产生的经济效益难以转化成经济单位来供评估使用，但其所产生的经济效益和社会效益是非常可观的，如因采用钢结构而使得结构抗震性能增强，建筑布置灵活，质量和品质提高，对周外环境影响小等等优点。

以武汉世纪家园住宅小区5号楼、7号楼组团为研究对象，可以看出，钢框架-混凝土核心筒体系施工速度快，构件占用面积小，但给人的直观印象是用钢量较多。然而，通过生命周期评价研究表明，因钢材可以循环再生利用，建造该体系住宅单位面积的能源消耗比混凝土建筑下降达11.0%，单位面积的CO2排放和混凝土方案持平，比混凝土结构可以节约大约26.8%的矿物和天然资源(以上数据仅包括原材料加工和建筑构件制造阶段，不含现场施工)，从绿色发展，造福子孙角度看，钢结构住宅既符合长远利益，又具有现实利益。

实践证明，武汉世纪家园钢结构住宅工程具有显著的综合经济效益、环境效益和社会效益，钢结构住宅早已走进寻常百姓家。

五问“防火防腐性能可靠吗？”

美国“9﹒11”事件，摩天大楼顷刻间轰然倒坍，坚强挺立的钢结构梁柱居然被烧成丝绸状，从此，防火与钢结构建筑的安全性敏感地联系在一起。杭萧钢构钢结构住宅防火性能怎样？这是社会格外关注的问题。

“针对钢材耐腐蚀性差、耐热不耐火的特点，需要做保护，我们利用汉德邦CCA板包裹的气密性增强钢构件的防腐、防火，将建筑装修与钢构件的防腐、防火统一考虑。”李文斌为我们描述了防火技术。

具体做法是：在CCA板与钢构件之间的空腔内泵入防火填充浆(EPS混凝土、厚涂型防火涂料)，以CCA板和防火填充浆的耐火隔热作用来提高钢构件耐火极限的一种复合式防火保护方法。具有如下特点：耐火性能好，钢构件完全被固结在耐火材料中；成本低，采用EPS混凝土填充浆与现有喷涂法和包裹法相比，成本明显节省；装饰性好，表面光滑平整；气密性好，有利于钢构件防腐。

而杭萧钢构所采用的高频焊接矩形钢管混凝土柱框架－混凝土筒体结构体系，就是将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，发生火灾时混凝土吸收热量，从而使钢管结构较之纯钢结构具有更好的耐火性能，从而可降低防火处理费用。

六问“不足与优化的地方在哪里？”

随着国民经济的快速发展，节能环保要求的不断提高，建筑劳务人员的短缺，将促进钢结构住宅的发展。但钢结构住宅是一个综合性课题，涉及的范围很广。作为一种新事物，我们对其认识需要较长的过程。若干年后回头看，杭萧钢结构住宅可能仅仅是钢结构住宅体系的一个分支，我们还有一些需要完善、发展之处。整个行业的发展需要有识之士共同努力。李文斌介绍，目前钢结构住宅还有以下几方面需要优化：

一、探索钢板剪力墙的应用

住宅建筑平面布置及立面造型的特点，决定了结构体系的局限性。我们在选择结构体系时除了满足结构受力及建筑功能要求外，还要考虑施工条件及工程造价。目前，我们主要采用钢框架—混凝土筒体体系和钢框架－支撑体系。我们发现钢板剪力墙在住宅中的适应性可能更强，我们正在进行相关技术的研究。

二、寻求降低直接造价的途径

如寻找性价比更优的墙体填充料CCA板灌浆墙的灌浆料采用EPS混凝土，其具有导热系数较低、重量轻等优点，但EPS的价格较高，我们正在研究EPS混凝土的替代品，这种灌浆料在保持EPS混凝土性能的情况下，成本将有较大的降低。

三、住宅体系内容的完善

目前，我们住宅体系主要涉及建筑主体结构和围护结构，对设备相关内容的关注度不高。这主要是因为钢结构住宅和普通混凝土住宅有关设备技术的差异较小，但从长远的发展来看，探索最适合钢结构的设配配套体系是必须做的工作。

四、钢结构住宅的标准化与社会化的推进

钢结构住宅要得到全社会的认可，其标准化是关键。我们希望，通过杭萧对钢结构住宅的研发与实践，带动整个行业的发展，形成全社会的大规模生产。(记者 宋明霞)