新型装配式钢结构住宅的结构体系研究与应用

新型装配式钢结构住宅的结构体系研究与应用

现阶段国家要求发展新型建造方式，大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短

建造工期，提升工程质量，建设国家级装配式建筑生产基地。从当前装配式建筑推广的混凝

土结构、钢结构、木结构的三种体系看，钢结构是建筑竖向结构最成熟的技术，钢结构竖向

结构的可靠性、安全性和抗震性好，成熟的连接工艺，与轻质复合墙板相匹配，成为装配式

建筑中最具创新优势、具有推广价值的建筑体系。推广钢结构建筑，实际上推广的是高效工

业化生产模式，推广的是低碳减排绿色施工方式、推广的是资源充分利用的建造形式。

绿色发展方式和绿色生活方式是当今社会最大关注点，是生产、制造企业可持续发展的根本。推广钢结构建筑，实际上推广的是高效工业化生产模式，推广的是低碳减排绿色施工方式、

推广的是资源充分利用的建造形式。钢结构是与绿色建材、部品最佳绝配的一种体系。新型

轻质复合板材、墙材，不可能再沿用现浇、笨重的主体结构。必然推动传统建筑业转型，国

家鼓励和推广以工业废弃物、粉煤灰、煤矸石、建筑垃圾等原料，经过无害化工艺生产的新

型复合绿色板材，与更轻牢固、抗震的钢结构体系相配套，“钢结构+绿色建材”是装配式建筑

的新机遇。

装配式钢结构-结构体系分析

现阶段钢结构民用住宅设计基本上都是混凝土方案改钢结构方案，这种做法严重制约了钢结

构性能的发挥，影响了钢结构民用住宅的发展。传统的混凝土住宅结构体系，平面凹凸不规则，竖向构件轴线不对位，多采用剪力墙来实现结构整体参数满足相关规范要求。混凝土剪

力墙结构改成钢框架结构或钢框架-支撑结构，由于平面布置不合理严重影响了钢结构房屋的

整体性能。

1)对于多层建筑优先采用大跨度钢框架结构，柱网布置在9-12米，充分发挥钢结构性能，能够减少整体用钢量，一般用钢量在55~65kg/平方米。钢框架柱采用矩形钢管柱，中间灌注

C35~C40自密实混凝土，框架梁可采用焊接H型钢梁。矩形钢管柱采用贯通隔板与钢梁连接，梁柱采用栓焊混合连接，梁端采用加盖板式连接节点进行抗震设计。大跨度钢框架结构由于

柱网开间较大，能够方便用户后期进行室内隔墙的自我设计，可以按用户个人喜好进行分割，可调性能高。

2)对于高层建筑，采用钢框架-支撑结构体系，或钢框架-钢板剪力墙结构体系，增加整体刚度，满足相关规范要求。电梯井道位置可设置成钢板剪力墙结构，既能增加抗震性能又不影

响使用要求。框架柱可采用异形钢管柱，T型或L型，采用钢管拼接或钢板焊接而成，内部

灌注C35~C40自密实混凝土。钢板剪力墙可采用160~200厚，两侧采用厚度≥6mm钢板，内

部设置栓钉或T型加劲肋，内部灌注C35~C40自密实混凝土，栓钉和T型加劲肋可按照相关

规范要求进行设计。当采用框架-支撑结构体系时，支撑可采用矩形钢管支撑，刚度大，方便

后期砌筑。支撑和剪力墙布置位置尽量布置在隔墙位置，不影响建筑使用功能要求。钢梁与

剪力墙连接节点可采用贯通隔板式连接，也可以采用梁端侧面贴板焊接或其它连接方式，做

到满足抗震性能设计要求。

民用建筑一般要求室内舒适度较高，框架结构体系往往会造成室内凸梁、凸柱等现象，占用

一定的室内空间并使得家具摆设和房间布置受到限制。在建筑方案设计初期应采用柱位调整

或扁柱、扁梁来规避这个问题，解决钢结构住宅的这一难题。方案阶段与建筑专业协调，外

墙部位的框架柱在柱网布置时偏心布置，使框架柱凸出外墙并保证室内不凸出，框架柱凸出

外墙立面的部分可采用装饰装修当做造型处理。内部柱布置时尽量布置在井道或一些非重要

的房间处，使柱子凸出在非常用的空间内。框架梁在结构设计时，做到梁宽小于墙厚，如果

梁的受力较大很难实现时，可以做成非对称截面，上翼缘宽下翼缘窄并小于墙厚，保证墙顶

位置不凸出梁壳。以上做法均可以实现室内无梁、柱凸出，规避室内漏梁、露柱等问题，提

高钢结构住宅的舒适性能。

楼板和墙体在装配式住宅中常采用以下几种方案。1）楼板已经不采用传统的现浇混凝土楼板，现浇楼板与钢结构体系相结合已经落后了。在装配式钢结构体系中常用的楼板为钢筋桁

架楼承板或叠合板。钢筋桁架楼承板为工厂预制底模和桁架钢筋，现在直接吊装铺设在钢梁上，无需设置模板与支架，现场只需铺设支座负弯矩筋即可，然后进行混凝土浇筑与养护。

底模一般采用镀锌板，当室内装修吊顶时底模无需拆除。叠合板为预制混凝土构件，即工厂

预先浇筑桁架筋及部分板厚混凝土，上部预留一定厚度的现场浇层。工厂养护到一定强度时，运输到现场并进行吊装铺设在钢梁上，现在绑扎一部分支座钢筋然后浇筑剩余面层混凝土。2）墙体材料多种多样，现多采用轻质、保温、隔声性能良好的新型墙体，传统的砌块往往

采用较少。轻质材料自重较轻，产生的地震作用随之减少，与钢结构建筑体系匹配良好。内

墙可采用轻钢龙骨加石膏板的做法，现在干作业，施工方便；也可以采用轻质条板，条板竖

向铺设，上部与钢梁连接，下部支撑在楼板上，宽度约为600~900，中间拼缝可采用柔性材

料连接。外墙板可采用条板外贴保温板的一体墙板，或采用内部砌块、中间保温、外挂条板

等方式，墙板与框架梁之间采用滑动连接，墙板拼缝之间采用柔性材料嵌缝,可以释放一定位移，减少墙体裂缝的出现。

结论

对装配式钢结构建筑来说，宣传、舆论很重要，但产品性能、技术、质量更重要。通过合理

的结构布局，降低钢结构住宅的用钢量，提高钢结构住宅的适用性及合理性是必要的。只有

这样才能做出让老百姓接受的户型结构，让开发商接受的合理用钢量，降低平米造价，从而

推动钢结构住宅的发展。促进装配式钢结构住宅的发展能够打通产业链上下游企业的合作，

每一栋装配式钢结构建筑，带动几十多个行业、100多个门类建筑部品构件的生产企业，涉

及到上千家配套产品应用，上游的钢铁生产、高强钢、中厚板材、建筑机械和数控设备、焊

接机器人等制造业；下游将带动门窗、管材、水暖电系统和厨卫设备、光伏产业等，对相关

行业企业产品结构调整、管理水平提升有着重要的带动作用。所以，新型装配式钢结构住宅

建筑结构体系改革对促进装配式钢结构住宅的快速发展起到至关重要的作用。

本文主要对装配式钢结构住宅现状提出一些合理性建议及观点，对装配式钢结构住宅的设计

起到抛砖引玉的作用。为广大设计人员提供一定的参考与对比，扩宽钢结构设计人员的思路。技术研发和科技创新，必须能够激活和调动各方面建筑专家和技术人员的积极性和创造性，

要充分发挥行业专家团队和技术资源共享的作用，搭建交流学习平台。好的钢结构建筑体系，必须是建筑工程师、结构工程师等各专业设计人员共同创造出来的，经过专业的论证及实践

的检测，要经得起时间考验，才能树立百年工程。

参考文献：

[1]《蒸压加气混凝土建筑制品生产及应用》高连玉李庆繁编著； [2]《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》 16G519；

[3]《钢板剪力墙技术规程》 JGJ/T380-2015；

[4]《钢管混凝土结构技术规范》 GB50936-2014；

[5]《组合结构设计规范》JGJ 138-2016；

[6]《蒸压轻质砂加气混凝土（AAC）砌块和板材建筑构造》 06CJ05；

[7]《钢与混凝土组合楼（屋）盖结构构造》 05SG522；