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1工管14-41410210425浅谈国内住宅结构体系的认识摘要：目前,我国的建筑数量和建设速度都属于世界发展史上所罕见,本文针对我国存在的不同适应工业化建筑形式做了简要分析，主要有钢结构住宅体系、砌块砌体结构、预制混凝土构件装配体系、预制预应力结构体系、钢-混凝土组合结构体系及其他结构体系。关键词：住宅结构体系工业化2.1钢结构住宅体系1)钢框架体系和钢框架-混凝土剪力墙(核芯筒)体系包括全钢框架体系,钢框架-支撑体系(中心支撑、偏心支撑)。当框架体系层数较多时,由于侧向作用力的增大,为减小梁柱等构件尺寸,增设支撑,形成框架支撑体系。钢框架-核芯筒体系是由外部的钢框架和混凝土剪力墙(核芯筒)构成。钢结构在工厂制作,现场安装易于工厂规模生产和标准化、系列化。2)轻钢轻板结构住宅体系按照结构形式不同主要有框架结构和框架支撑结构等。采用的钢材主要有热轧或焊接H型钢、冷弯型钢、T型钢、焊接或无焊缝钢管(圆形或方形)及其组合构件等。围护结构大都采用与钢结构体系配套的具有保温、隔热、节能性能的轻质墙体(板材)。设计标准定型,组合灵活多样。构件制作为工厂化生产,加工精度高、质量好。工业化程度高,施工速度快,施工周期约为传统结构的13。运输组装简便,对起重设备要求不高。结构构件尺寸相对较小,所有管线可暗埋在墙体及楼板结构中。可采用大开间布置,使建筑面积能够合理分隔,灵活使用,由于减少结构面积而增加使用面积约8%。楼盖主要采用的体系:由压型钢板和混凝土构成的组合楼盖,预制、现浇或叠合式混凝土楼盖,轻钢桁架上铺板或上设压型钢板-混凝土组合楼面。3)轻钢龙骨(冷弯薄壁型钢)体系这种体系工业化程度最高,在欧美有成熟的技术和广泛的应用,如在美国普通的低层民用住宅中所占的比例从20世纪90年代初的5%已发展到2002年的25%左右。冷弯薄壁型钢住宅建设研究已列入欧2洲重点研究项目。由于采用冷弯轻钢骨架技术,其生产方式和技术手段与制造业已无明显区分,甚至已经融为一体。此时,建筑业经完成了向制造业的转化,变手工作业为单机生产、流水线生产,直至柔性制造系统。在我国主要代表有MB-1型轻型房屋钢结构建筑体系[2]和北新薄板钢骨住宅体系[3]。体系采用工字钢或热镀锌钢板辊压而成的C形和U形薄壁轻钢龙骨,经现场快速组装形成墙体(系)的板肋承重体系,楼盖结构同轻钢轻板体系。结构用材,既有全部采用镀锌轻钢龙骨的承重构件,也有局部采用热轧型钢加强的承重构件。抗侧向荷载的体系常为轻钢拉条构成X形斜向支撑体系,或抗剪板材与轻钢龙骨组成的剪力墙,力学性能的特点是具有蒙皮效应。具有自重轻(在轻钢住宅结构中用钢量最轻,仅30kgm2),地基基础费用降低,自振周期较长,对地震作用不敏感,坚固的板肋结构体系使得抗风抗震性能好等优点。由于构件全部采用工厂化规模生产,构件模块化,现场组装用螺钉连接,建造速度快捷,现场干作业清洁技术建设,成为我国第一个“国家住宅产业化基地”。无建筑垃圾,环境污染很少;由于采用超级防腐镀锌钢龙骨,耐久性高;所用材料主要是绿色可循环再生或易降解材料,再加上集成环保节能技术,保温隔热性能好,因此,轻钢龙骨体系是一种高效节能型绿色建筑结构体系。这种体系只能适用于3层以下的低层建筑,限制了其发展空间。但需注意的是,近年来轻钢龙骨体系有由低层向多层发展的趋势,如美国有下部几层采用钢筋混凝土框架作为车库,上部几层采用镀锌轻钢龙骨建造住宅的做法。此外需引起注意的是,国内轻钢龙骨生产能力很大,其生产设备和原材料供应都很成熟。4)空间错列桁架结构体系在这种体系中,整层高的桁架横向跨越建筑两外柱之间的空间,在建筑平面上只有横向的外柱而没有内柱,以实现较大的空间,居住单元所要求的灵活性可用安排桁架交替在各楼层的平面上错列的方法达到。楼板体系的作用有如在短向传递侧向荷载到桁架上去的隔板。侧向荷载由桁架斜杆抵抗并转换为柱的直接荷载,用轴向受力来承受重力荷载和侧向受力,结构刚度大,材料利用很充分,错列桁架的用钢量与常用的抗弯连接相比可减少30%～40%,因此比较经济。此外,楼板的跨度仅为一个桁架上弦到相邻桁架下弦的距离,同具有相同内部开间的其它结构相比,楼板跨度减小,从而可以减小楼板的厚度,在整体上降低了结构高度。桁架跨度按合理的跨高比确定,可大于20m。这种体系的缺点:对建筑要求规整,3桁架跨度不能太小。这种体系适用层数通常为15～20层,低于35～40层。2.2砌块砌体结构砌块建筑由配筋砌体构成。通常在混凝土空心砌块局部空心处浇筑配筋混凝土芯柱和水平灰缝中配置一定数量钢筋,可以提高砌体的承载力、整体性和延性,显著改善砌块砌体抗震性能。取代粘土砖带来的契机,使新型墙体材料近年来得到较大的发展,特别是引进和吸收国外一些性能优良的砌块,如舒布洛克砌块夹芯墙集承重、装饰和保温于一体,施工简单[3],通过与现浇混凝土结合形成内浇外砌结构体系,使得使用新型砌块材料的砌体结构展示了良好的应用前景。但是,配筋砌体体系的工业化水平不高,严格说不是工业化的住宅体系。这种体系中值得一提的是板块住宅建筑体系,该体系是由SP预应力空心板和混凝土小型空心砌块配筋砌体构成的住宅建筑体系的简称,能适应大开间居住建筑的要求,符合我国墙体改革政策,建筑工业化程度提高,房屋建造速度快。2.3预制混凝土构件装配体系预制构件包括预制混凝土叠合板、预制墙板、楼板、梁柱等构件。与20世纪50年代我国装配化探索时不同,当前的预制装配体系有新的亮点,例如:1)预制立面标准段构件单元立面标准段构件单元预制代替部分墙体,在预制场中,窗框、空调板和墙体一起浇筑。2)三剪结构整体装配式钢筋混凝土框架结构为我国自行研制的建筑体系,体系由螺旋筋剪力柱、X形筋剪力梁、双向密肋蜂窝状楼板、复合节能墙板等构件组成,构件工厂预制现场安装,节点现浇形成整体。这种结构体系产业化生产、施工速度快、抗震性能好,但生产工艺仍在探索之中,存在节点处理的问题。3)ELCON大板建筑体系1999年引进中国,采用在现场预制钢筋混凝土“L”形大板体系,该体系与我国原有的全装配大板体系有许多不同之处,最主要的特点是“L”形的基本墙体构件和现场预制,因此对现场条件有要求。2.4预制预应力结构体系区别于前述预制混凝土装配体系,这种结构体系采用预应力技术将预制构件4连接形成结构整体。由于构件工厂预制,能提高施工速度,减轻工人劳动强度,保证结构质量,此外,预制预应力混凝土还是减少混凝土变形裂缝、提高结构耐久性的一种途径。20世纪90年代后,美国、日本联合对柔性连接的预制抗震结构体系进行了研究,为预制混凝土结构体系在不同抗震设防区的应用提供了合理的建议和必要的依据。预制预应力结构体系有可能成为钢结构的有力竞争对手[6]。在预制预应力框架结构中,由于预应力构件先简支,通过预应力形成结构后发生结构转换,二次受载后负弯矩有较大降低,容易形成梁铰机制。预制预应力结构抗震性能仍处于研究之中,预制预应力混凝土装配整体式房屋在国内的工程应用,工业化程度固然会有较大提高,但在住宅中的适用性有待探讨。2.5钢-混凝土组合结构体系钢-混凝土组合结构兼有钢结构和钢筋混凝土结构的优点,适合工厂化生产、装配式施工。除了具有全钢结构的环保性、抗震性、工业化生产程度高等特点外,与全钢结构相比,它能较好地解决防火、防腐的难题;由于含钢量低于全钢结构,具有良好的经济性,比较适合中国国情;由于体系的大开间设计,既节省了空间,又能对空间进行自由组合,打破了砖混结构内墙体承重的局限性。该体系主要包括钢管混凝土、型钢混凝土组合结构(SRC)、压型钢板混凝土组合楼盖以及在这些基础上发展形成的外包钢组合结构体系。需要指出,天津二建钢结构住宅建筑产业化基地正是以“钢-混凝土组合结构工业化住宅体系”为核心。2.6其他结构体系1)模网混凝土结构[3]帝枇建筑由具有三维空间网架结构的帝枇建筑模网,内浇大掺量粉煤灰免振自密实混凝土构成的剪力墙结构或框架剪力墙结构。2)复合板式结构有钢筋-混凝土组合网架夹心板(WZ板)结构及类似的CS板式结构住宅体系、CL结构体系和主要由密肋复合墙板与隐形框架构成的密肋壁板轻框节能住宅体系[7]。其特点是复合墙(楼)板集成围护、保温、承载力等功能能替代砌体结构,但都处在试验探索阶段,实用设计方法有待完善。总的来看,按照主要的结构材料,上述结构体系仍不可能超出砌体(现在包括墙体)、钢和混凝土的传统三大结构体系。总的来看,按照主要的结构材料,上述结构体系仍不可能超出砌体(现在包括墙体)、钢和混凝土的传统三大结构体系。