H型钢钢结构节能住宅建筑体系研究与应用

    一、体系介绍

    （一）体系的基本情况

    H型钢钢结构节能住宅建筑体系研究与应用课题（以下简称“体系”），是莱钢承担的建设部2001年科技开发项目。该项目于2003年9月通过了建设部科学技术成果鉴定。

    （二）﹑经过多年的努力，先后荣获：

    首届“全国绿色建筑创新奖”

    山东省科技进步一等奖

    全国十大建设科技成就

    山东省节能省地型建筑奖

    中国科技地产优选技术品牌

    2005年国家科技成果重点推广计划项目

    建设部节能省地型建筑推广应用技术目录

    六个项目获 中国建筑钢结构金奖

    四个项目列为 建设部科技示范工程

    莱钢建设成为 建设部钢结构绿色节能住宅技术产业化基地

    莱钢建设被评为中国建设科技自主创新上风企业

    （三）﹑体系的发展思路：实现钢结构、绿色节能、产业化的住宅体系

    1、钢结构 在钢结构建筑实现钢结构及其维护结构、配套技术及部品的完美结合；

    2、绿色节能 按照“四节一环保”的标准，把绿色节能技术融进钢结构建筑之中；

    3、产业化 在建筑钢结构体系、围护结构、建筑部品以及住宅精装修等实现的全过程，均采用工厂化生产和现场装配的产业化的生产方式。

    这一发展思路，也是在对国内外钢结构建筑进程和现状充分熟悉的基础上，并按照国家政策和产业发展方向制定的。

    （四）﹑分析国内外钢结构发展情况，我们以为，我国已经具备了发展钢结构住宅的条件。

    1、从国际上看，钢结构建筑已经是非常成熟的建筑形式

    ●目前，在欧美国家，钢结构建筑占全部建筑总量的65%左右，在日本占50%左右。

    ●国外钢结构建筑迅速发展的主要原因：

    第一、钢铁产业提供了丰富的建筑用钢物资基础；

    第二、钢结构具有安装轻易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染小等上风；

    第三、环保的严格要求和资源的充分利用，促使业主、建筑师和结构工程师选择钢结构；

    第四、 成熟、配套的技术和产品推动了钢结构业发展。

    2、从我国看，钢结构建筑具有广阔的发展远景

    第一、我国经济的持续发展、钢产量的剧增和钢结构行业的迅速崛起，是钢结构住宅发展的坚实基础。

    我国经济正以10％左右的速度持续发展，建筑业已成为国民经济的支柱产业。

    2006年钢产量已达到4.18亿吨，人均消费300公斤左右，建筑钢材数目、品种、质量基本满足钢结构住宅建筑的需要。

    钢结构发展应用领域不断扩大、用量不断增加，出现一大批钢结构建筑；一大批钢结构应用开发成果；一大批构件质量优良治理科学的钢结构制造企业和一大批钢结构安装企业。

    第二、国家的政策引导，有力了促进了钢结构住宅的发展。

    从1996年到目前的10年间，国家出台了一系列的钢结构建筑技术标准、规范和政策，引导和促进了钢结构住宅的发展。

    ● 1996年建设部编制了《1996-2010年建筑技术政策》提出公道使用钢材，发展钢结构、开发钢结构制造和安装施工新技术；

    ● 1999年，国务院办公厅72号文件提出——发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化过程。

    ● 2000年5月建设部、国家冶金产业局建筑用钢协调组在北京召开了“全国建筑用钢技术发展研讨会”，推动其发展；

    ● 2001年底建设部发布了《钢结构住宅建筑产业化技术导则》，这是第一部有针对性的钢结构住宅体系建筑发展的指导性文件。

    ● 2005年2月，建设部发文《关于进一步做好建筑业10项新技术推广应用的通知》，通知中推广新技术中的第五项为钢结构技术。

    ● 2005年10月25日，建设部联合科技部发布了《绿色建筑技术导则》,推广采用新型结构体系与高强轻质结构材料，进步建筑空间的使用率。

    ● 2006年6月1日建设部发布了《绿色建筑评价标准》，要求将钢结构建筑体系作为优选项列进评价指标体系。

    ●目前建设部和相关的行业协会等正对建筑钢结构的钢材、设计、制造、施工有关国家行业标准、规范进行编制和修订，已编制发布了《住宅性能评定技术标准》、《公共建筑节能设计标准》等。

    ●2005年9月3日，建设部在青岛组织专家论证会，通过了《莱钢钢结构绿色节能住宅建筑体系技术导则》。这是中国钢结构住宅领域首次提出的较为完整的企业技术导则。

    第三、钢结构绿色节能住宅逐步被消费者认可

    钢结构绿色节能住宅以其在环保、节能、安全、舒适等方面的独特魅力，被越来越多的消费者所接受和认可。莱钢建设开发的钢结构绿色节能住宅的销售证实了这一点。由莱钢建设开发的青岛华阳慧谷小区，开盘不到三个月时间，销售率超过90％，创下了青岛楼盘销售的新纪录。

    3、体系的构成

    体系包括建筑及节能体系、结构体系、墙板体系、设备及技术体系、施工技术及组织治理体系和标准化体系等六个子体系。

    （1）根据不同的建筑形式，研究应用了多种结构体系，主要包括：

    · 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)混合结构

    · 钢框架—预制混凝土剪力墙结构

    （2）墙板体系－墙板应用

    （3）建筑节能体系

    （一）钢结构住宅技术的深化研究

    体系通过建设部科学技术成果鉴定以来，对钢结构住宅技术进行了不断的深化研究，以下是几个方面的课题研发：

    1、结构体系的深化研究

    对新的结构体系和节点形式进行研究，以满足不同建筑形式对结构的不断需求。

    （1）开展“方钢管砼柱组合节点研究”，包括方钢管混凝土柱与工字形钢梁连接的新型节点研究等。

    2、钢结构低层住宅研究

    研究和开发了莱钢试验楼、民居、拼装式房屋、以别墅为主的生态智能小区等多种形式的低层住宅。

    2004年建成，采用框架结构体系和LCC－A、LCC－B系列墙板建设的两栋双拼住宅 。

    位于山东烟台蓬莱的度假村，2003年建设的别墅群。

    可拼装式小房屋：2005年7月份，开始出口爱尔兰可拼装式小房屋，截止到目前累计出口5700吨，目前计划每个月出口400吨。

    在结构上，主要采用了以下几种结构形式：

    框架结构与密肋结构相结合的体系

    3、钢结构住宅技术经济分析

    对钢结构节能住宅按低层、多层和高层等不同结构形式，按采用不同的结构体系、围护体系，不同的设备选用和装修方案等因素进行综合造价和敏感性分析等，为项目开发实现全面预算治理、市场营销等工作提供依据。

    4、设计、加工一体化研究与应用

    适应产业化特点的钢结构建筑设计、深化设计与计算机辅助制造一体化研究。

    5、工厂化装修方案的研究与应用

    研究与钢结构住宅相配套的工厂化装修方案。

    6、高层建筑中太阳能与建筑一体化技术研究应用

    在太阳能与建筑一体化技术已成功应用于低、多层建筑的基础上，拟在济南凯旋新城项目的高层建筑中，对太阳能与建筑一体化技术等进行研究和应用。

    7、建筑模数化研究与应用

    钢结构住宅设计体系模数化是解决钢结构住宅单元平面设计的标准化、系列化的基础手段。重点研究以下内容：

    · 建立了以标准化为目的的建筑模数体系；

    · 确立了基于模数体系的建筑设计方法，并开发了若干基于此体系的建筑户型和户型组合；

    · 对钢框架、钢框架-混凝土剪力墙体系用于标准化钢结构住宅适用性、抗震等进行了系统研究；

    · 研究了标准化钢结构住宅的结构设计方法，并建立了标准化的构件序列；

    · 对建筑提出的模数化建筑方案进行了结构试设计；

    · 研究了半刚性连接节点在钢结构住宅中的应用，并提出了符合标准化思想的节点设计方法。

    8、钢结构耐火试验及研究

    与相关研究院所合作，模拟火灾，获取数据，分析研究火灾下H型钢钢结构及维护的实际耐火情况，为标准制定及工程设计提供依据。

    9、节能住宅建筑体系墙体深化研究

    利用有限元分析和现场试验，对墙板配筋、连接节点等进行优化研究，形成在不同荷载、层高情况下的指标体系。

    同时对满足建筑节能65％要求的墙板、墙板在低多层建筑中应用等进行研究。

    （三）集成化发展

    钢结构绿色节能住宅以其设计模数化、构件标准化、加工产业化、施工装配化等一系列特点和集成化、标准化的建筑部品体系，成为“流水线上生产出来的住宅产品”，是发展节能省地型住宅，实现住宅产业化目标的重要途径之一。

    2004年3月，莱钢建设被授予建设部钢结构绿色节能住宅技术产业化基地依托单位。依托基地建设，形成了从H型钢的生产、研发设计、构件加工制作、墙板生产、施工安装、房地产开发、部品集成、物流贸易、物业治理一条完整的产业链。以体系为技术核心，以房地产开发为龙头，带动相关产业共同发展，以实现产业链式的集成化发展。

    1、形成了专业精干的研发设计队伍。

    2、在全国布点设立了7个钢结构加工厂，配备12条H型钢焊接生产线、8条热轧H型钢加工生产线、2条箱型梁焊接生产线，形成15万吨的年钢构件加工生产能力。投资建设了墙板生产厂，形成30万平方米的年生产能力。

    5、编制发布了《莱钢钢结构绿色节能住宅建筑体系技术导则》，通过建设部和山东省建设厅的论证和审核，由山东省建设厅颁布实施，成为山东省钢结构绿色节能住宅领域的行业标准。

    （四）体系的成果

    几年来，体系技术已经得到了成功的应用，运用体系技术设计、施工或开发建设的钢结构绿色节能住宅已近百万平方米，其他包括产业建筑、公共建筑和民用建筑等在内的总建筑面积已超过400万平方米。

    以下是近几年来体系取得的系列化的开发成果。

    1、体系的成果－房地产开发：

    ●莱钢樱花园小区: 山东省钢结构节能住宅示范工程。

    ●济南艾菲尔花园：建筑面积48000平方米，建设部认定A级住宅，山东省钢结构节能住宅示范试点工程，荣获第二届中国建筑钢结构金奖（国家优质工程）。

    ●济南黄金时代：建筑面积58912平方米。

    ●青岛华阳慧谷：建筑面积约40000平方米，是青岛市和山东省首个节能65%钢结构节能住宅社区。荣获第四届中国建筑钢结构金奖。

    ●青岛莱钢大厦：位于青岛市海尔路，啤酒城对面。建筑面积78000平方米，是一个以五星级酒店为主，辅以高档写字楼及精品零售设施的综合性贸易项目。

    ●滨州中海城：建筑面积1560000平方米，部分采用钢结构。

    2、体系的成果－公共建筑

    ●滨州国际会展中心工程：建筑面积78000平方米，荣获中国建筑钢结构金奖。

    ●青岛地丰大厦：位于青岛市经济技术开发区。总建筑面积53000平方米，总高92.8米。

    （五）体系的创新点（体系上风）

    1、户内的有效使用面积增大。由于采用了新型墙材，厚度比砖墙明显变薄，加之梁柱的截面减少，因此室内空间比传统建筑结构增加约3％—6％。

    2、建筑风格灵活、丰富。大开间的设计，户内空间可多方案分割，满足用户的不同需求。

    3、节能效果好。钢结构住宅更易实现建筑节能，采用轻质、保温的新型墙材和节能技术，使节能保温效果更好。

    （五）体系的创新点（体系上风）

    4、建筑物抗震、抗风性能好。钢结构延性好，自重轻、大大进步了住宅的安全可靠性。在地震等灾难情况下，能够避免建筑物的倒塌性破坏。

    5、建筑总重轻。钢结构住宅比砖混结构和钢筋混凝土结构轻1/3左右，可降低基础处理用度10％－20％。

    6、工厂化制作，易于产业化，施工速度快。工期比相应砖混结构和钢混结构缩短1/3—1/2，可降低综合造价3％左右，加快了资金周转，进步了资金的收益。

    （五）体系的创新点（体系上风）

    7、环保效果好

    施工时可大量减少砂、石、灰的用量，减轻了对不可再生资源的破坏；现场湿法施工大量减少，施工环境好，占用施工场地面积少。当建筑物服务期满需要拆除时，钢材可全部回收利用，减少灰色建筑垃圾。

    8、具有较高的性能价格比

    钢结构节能住宅具有节能、环保、抗震、施工速度快、有效使用面积大等诸多优点，具有较高的性能价格比。

    二、钢结构工程案例介绍

    （一）钢结构低层住宅案例介绍——上海碧海金沙¡¤嘉苑项目：

    位于上海奉贤区的海湾旅游度假区，占地总面积40万平方米，建筑总面积32万平方米，是目前国内最大的钢结构生态节能住宅小区。目前已完成一期工程3.1万平方米。

    该项目是按照《上海市生态型住宅小区技术实施细则》技术标准开发。

    项目技术定位：创建国家康居住宅示范工程、上海市一级生态住宅小区。

    1、特点：

    ●优越的地域上风

    其独特的地理位置形成海湾自然氧吧，周边大学林立、交通便利、拥有丰富的自然水系资源。

    ●和谐的小区环境

    小区环境规划与建设中，集成了太阳能光电利用、垃圾分类处理等多项生态新技术；建有贸易街、宾馆、会所俱乐部、幼儿园；具备安全高效的物业治理

    ●具有“钢结构、绿色节能、产业化”特点的生态住宅

    住宅中采用钢结构体系及筏型基础、粉煤灰加气混凝土砌块和聚苯板双重保温系统、无源湿感中心新风系统、与建筑一体化的分体式太阳能热水系统、直饮净水系统和个性化的工厂化装修等十多项生态节能住宅技术

    2、结构形式    项目为低层建筑，全部采用H型钢钢框架结构。项目一期工程3.1万平方米，使用热轧H型钢约1100吨。项目采用钢筋混凝土现浇楼板。由于采用钢结构，自重轻，故所有建筑均采用自然地基，基础采用片筏或条型基础。

    （二）钢结构多层住宅案例——济南艾菲尔花园

    济南艾菲尔花园项目济南艾菲尔花园项目位于济南槐荫区，是建设部1A级住宅、2004齐鲁名盘50强，并荣获2003年度中国建筑钢结构金奖（国家优质工程）、2005山东省节能省地型建筑奖。

    济南艾菲尔花园总建筑面积约4.8万平方米，其中三幢小高层，三幢多层住宅，小高层住宅采用钢框架--中心支撑结构体系，框架柱采用箱形截面，中心支撑采用圆钢管，框架梁、楼面次梁采用热轧H型钢；多层住宅采用纯钢框架结构体系，梁、柱采用热轧H型钢。用钢量为2300吨，其中热轧H型钢用量为900多吨。

    （三）钢结构高层住宅案例——青岛华阳慧谷

    青岛华阳慧谷项目是按钢结构住宅技术产业化模式建设，是建设部科技示范工程，也是山东省第一个按建筑节能65％标准建造的试点示范工程，该工程被中国建筑金属结构协会评为钢结构金奖。

    为了推广实施建筑节能65%的经验。2006年7月，山东省人大、山东省建设厅在青岛华阳慧谷专门召开现场会。

    1、工程简介

    华阳慧谷小区位于青岛市北区华阳路，占地面积15319平方米，总建筑面积约5.1万平方米，采用钢框架-现浇砼剪力墙结构，钢梁全部采用热轧H型钢。

    2、建筑节能体系

    （1）建筑总平面设计与规划

    小区建筑物南北朝向设计，并充分考虑利用冬季日照和利于自然透风，减少夏季室内得热，主卧、起居室等主要采热空间避开冬季主导风向。

    （2）建筑平立面设计及体形系数的控制

    —在满足建筑功能的条件下，结合钢结构住宅特点，平立面设计力求规则，避免凹凸面过多。

    —建筑物体形系数控制在0.3以内（例如：小区1#楼体形系数为0.23，3#楼体形系数为0.27）。

    （3）围护结构节能：

    按山东省《居住建筑节能标准》对维护结构传热系数（K值）要求,各部分均达到或超过建筑节能65％的要求。

    （4）采热系统

    · 室内采用低温热水地板辐射采热。

    青岛华阳慧谷采用钢框架-现浇砼剪力墙结构，建筑耐火等级达到一级。钢构件采用圆钢管混凝土柱和H型钢梁，用钢量为1400吨，其中热轧H型钢约为550吨。

    滨州国际会展中心采用钢框架结构体系，钢构件采用圆钢管混凝土柱和H型钢梁，用钢量为3900吨，其中热轧H型钢约为1550吨。

    （四）钢结构公共建筑案例——滨州国际会展中心

    滨州国际会展中心工程是滨州市的标志性工程，结构设计独特新奇，具有独创性。工程采用了国内最大的空间交叉梁钢－混凝土组合楼盖，外接圆直径达到57.8米。滨州国际会展中心采用钢框架结构体系，钢构件采用圆钢管混凝土柱和H型钢梁，用钢量为3900吨，其中热轧H型钢约为1550吨。

    （一）热轧H型钢由于截面经济公道、性能优越、加工制作和施工安装工艺简单、方便、快捷，成为建筑钢结构体系中重要的材料组成部分。目前，莱钢在开发、设计、施工的钢结构住宅、公共建筑、产业建筑等项目中大量采用了热轧H型钢。

    （二）莱钢团体公司H型钢加工配送中心的建立，有效解决了规格配套、材料利用率、交货期等方面的题目，对于热轧H型钢的应用将起到极大的推动作用。

    （三）在有关专家的指导下，将进一步深化相关课题的研发，拓宽热轧H型钢的应用领域。

    （四）我们将进一步深化、完善体系技术，加快钢结构节能住宅技术产业化基地的建设，推动“H型钢钢结构节能住宅建筑体系”技术在房地产开发中的应用，打造“绿色建筑，科技地产”品牌，努力推进我国住宅产业化进程。