摘要:本文通过建设部科技示范工程--马钢光明新村村H型钢高层钢结构住宅的技术研究及实施过程中的实践活动，阐述了发展我国钢结构住宅产业对推广绿色建筑的积极意义以及需要关注的问题，对钢结构住宅在建筑设计上所采用的一些新技术、新材料、节能环保措施、构造手段及室内装修等方面进行了全面的介绍。

关键词:钢结构住宅绿色建筑节能环保建筑模数

1、前言

随着我国国民经济的持续发展，人们的消费水平有了较大提高，消费观念也发生了深刻的改变。特别是对住宅---一种最昂贵、最长久的消费品，人们已不仅仅是追求面积、地段、楼层等住宅外在的商品特性，对其内在品质诸如住宅的安全性、功能性、可改造（修复）性、自然通风采光条件、运行能耗、环保性能及周边环境等，也有了越来越高的要求。然而，与空前繁荣的住宅建设不相适应的是，在我国

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图一

每年竣工的十多亿平方米住宅中，80%以上是砖混结构，而且绝大多数是毛坯房。一方面，用于住宅建设的粘土砖及其制品要消耗可耕地面积达20多万亩，造成了国有土资源的极大浪费，阻碍了国民经济的可持续发展；另一方面，二次装修不同程度地破坏了主体结构，造成人力、物力资源的重复和浪费，影响了居住环境的质量。同时，施工队伍水平的参差不齐和管理混乱使得商品住宅的质量投诉事件不断上升。因此，建设符合时代要求的全装修节能环保型的“绿色建筑”，是时代赋予我们的使命。

1、建设条件

进入二十一世纪以来，我国的钢铁年产量已位居世界首位，钢材的品质有了较大的提高，规格种类日渐齐全。已由过去的限制用钢变为鼓励用钢，这为我国住宅钢结构建筑的发展奠定了坚实的基础。国家政策的大力支持和建设部的积极推广为钢结构进入住宅提供了有利契机。国务院（1999）第72号文指出：发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率。同时，钢结构技术的日益成熟和相关配套材料的产生，为钢结构住宅的产生和发展提供了技术保障。根据测算，到2015年，我国钢结构建筑的发展将使建筑业用钢量达到钢铁生产总量的6%，并将为相关的冶金、机电、化工、建材业的进一步发展替工了广阔的市场空间。

2、绿色建筑

绿色建筑的广意概念应该是全过程的。不只是通常意义上的建筑材料的所谓安全环保，而是从建筑材料的生产到运输安装、建筑的实施过程、建筑的营运过程等一直到建筑完成使用寿命被拆除为止，全过程都要符合低污染、低消耗（包括时间、能源、人财物等的消耗）的原则，最大限度地促进人类社会的可持续发展。钢结构住宅在我国作为一种新型产业，随着其研究和开发的不断深入，必将成为我国住宅产业发展中的一个亮点。

4、工程概况

马钢光明新村H型钢高层住宅，位于安徽省马鞍山市雨郑州路南侧，呈“一”字形布局。地上住宅共十七层，地下一层为设备层及自行车库。结构采用劲性混凝土框架加剪力墙结构体系，现浇钢筋混凝土楼板，墙体除剪力墙外均为蒸压加气混凝土（ALC)板。标准层为短外廊式布局（见图一），每层4户，标准层高2.90米。设计住宅共68套，为全装修工程。总建筑面积为9304平方米（不包括地下室），设计总高度55.0米。

该工程由马钢设计院有限责任公司总承包并承担方案及施工图设计，马钢建设集团公司承接施工；工程使用的热轧H型钢及其他配套建材全部实现国产化，其中热轧H型钢为马钢自行生产。该工程已于2003年4月底交付使用。

4.1 户型特征及建筑立面

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建筑功能性作为住宅设计的第一要素，对住宅的销售和使用有着最为直接的影响。钢结构住宅在我国还刚刚起步，面临着技术条件相对落后、设计规范不健全、配套材料不完善等许多困难，因此，结构体系的选择和优化是该项目设计中须首先解决的问题。规则的矩形平面不仅能较好地保证建筑的形心与钢度中心的重合，满足抗震设防的要求，而且为建筑的节能和产业化发展提供了保障。但同时，我们也发现，规整的结构平面给住宅功能设计和户型设计带来了较大困难。如何在一个限定的空间范围内，最大限度地满足现代人们的行为特征，合理安排住宅各要素单元的空间构成和面积分配等是建筑方案设计是首先须解决的问题。

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在方案阶段，我们结合场地特征和用户要求，进行了多轮方案比较，最后，确定一梯四户、短北外廊布局的设计方案上为最终实施方案（见图二）。该方案具有交通组织便捷、户型完整等特点，并最大限度地满足了结构规整性和消防部门的要求。交通中心位于建筑物中部，设有两部电梯、疏散楼梯间及公共管井等，东西两端各设两户。整个平面布局具有较强的逻辑性和可实施性。在建筑立面处理上，抨弃了过分追求所谓“丰富”的装饰，采用简洁明快的设计手法，以最大限度地满足住宅产业化生产的需要和钢结构建筑的外观特征，有效节约了建设投资。

分区合理、功能完善。充分考虑现代人行为习惯，以人为本。标准层中设有两种户型：中间户型为三房两厅，端头户型为两房两厅。均采用南厅布局方式。加气混凝土砌块砖设备价格。横向以厨房--餐厅--客厅等公共活动空间为中心，一侧（或两侧）布置卧室、书房、卫生间等私密活动空间。合理划分出闹静、公私等功能分区，保证了室内空间的有序性和完整性。同时，对室内细部的设计作了严格的推敲，如所有卧室、书房均采用小门斗手法，既减少了户内交通面积，又有效地创造出储藏空间，并且使从室内公共空间的任何部位都不能直接看到卧室门，满足了卧室对私密性的要求。

4.2 装配化的住宅设备、设施

厨房、卫生间作为住宅设计的重点，历来也是住宅设计的难点。由于其作业环境相对较差，油烟、湿度较大，各种管线集中，用水用电点多面广等特点，加上装修时对其功能的特殊性和使用的安全性、舒适性认识不足，存在着面积分配和空间划分不合理，人流物流组织混乱等现象，长期以来一直制约着住宅的发展。本工程中整体厨房、卫生间的应用，较好地解决了上叙问题，改善了作业环境，提高了住宅品质。特别是整体卫生间的设计采用了同层检修技术，即采取楼板局部下沉，集中组织管线和预留检修空间的构造措施，并设有排除基坑积水的地漏，彻底消除了楼层之间因管道渗漏检修带来的不便。另外，整体厨房、卫生间的集中管井更便于维护保养，为用户日后更换设备创造了条件。整体厨房、卫生间以其整体密封性好、外部管线接口少、安装维修方便、无建筑垃圾等优势，势必成为产业化住宅建设中的首选。

5、建筑材料和模数

钢结构住宅与普通混凝土结构的住宅在建筑设计上的一个最大区别在于其围护材料和模数体系的截然不同。

5.1 围护材料

为了发挥钢结构住宅自重轻、柔性变形性能好的优势，一般根据需要选用不同厚度的轻质板材作墙体材料。目前，市场上可共选择的有各种新型防水保温板、玻璃纤维增强水泥板（GRC)、蒸压加气轻质混凝土板（ALC)、轻质砂加气混凝土板（伊通板）等，这些板材大多宽度为600mm，长在6米以内，厚度50--250mm不等。经过全面比较，最后选择了ALC板作为该工程的围护分隔材料,选用厚度分别为150mm（南北外墙）、100mm厚（内隔墙）、75+75mm厚（分户墙）、100+75mm厚（山墙）。标准ALC板板宽为600mm,板长为5800mm(2个层高）。这种板材与钢结构主体有着良好的变形适应性，易于切割加工。具有自重轻（500kg/m3)、抗震性能好、安装方便可靠、物理性能良好（导热系数1=0.23W/m.k,150厚板热阻R=0.65m2.k/w，150厚板计权隔声量》45dB,)，防火性能优越（150厚板耐火极限达4小时）,便于回收再利用，具有良好的气密性和防水性能等特点。

5.2 构造连接

板材与主体结构的连接和门窗洞口的处理是我们在本工程中需要解决的重点问题之一。框架结构特别是钢框架结构的自由变形是产生墙体裂缝的主要因素，这种裂缝在许多同类建筑中普遍存在，究其原因是主体结构与墙板不能同步变形造成的。为此，我们在设计中采用了板缝立筋灌浆的连接方式，墙板与墙板、墙板与顶梁之间留有10∽20的缝隙，先以专用勾缝剂将缝填实，再以弹性内墙乳胶漆饰面。保证墙板与楼板及顶梁有足够连接强度的同时，允许墙板有一定的弹性变形空间，有效地防止了墙体裂缝的产生，取得了良好的效果。

5.3 建筑模数

并对墙板的模数体系进行了深入的研究。只有合理完善的模数体系才能更好地促进住宅产业化的发展,最大限度地减少现场切割作业量,发挥产业化生产的规模优势,加快工程进度。本工程设计中,就如何在满足住宅使用要求的前提下,尽可能符合墙板模数的问题做了大量的工作,从建筑进深的推敲到开间的划分，从门窗水平尺寸到立面标高的确定，均最大限度地考虑了墙板的充分利用和标准化，有效地保障了墙板安装的顺利进行,满足了工程进度要求，加气混凝土砌块供应商 。保证了建筑外观的完整性和有序性。

6、节能环保与室内装修。

长期以来，人们在选择住宅时，往往片面地追求住宅的实用性和一次性经济指标，对住宅的舒适性和运行能耗认识不足。特别是在长江中下游地区，常年空气中湿度较大，室内自然通风显得尤为重要。然而，过去的砖混结构住宅由于受外墙开洞率的限制，单个外窗面积一般在2.3平米左右，加上过分追求建筑的外观效果，导致外墙面积过大，户内分隔过于复杂，无法保障室内良好的自然通风和日照条件，导致一些如风湿、类风湿、皮肤感染等疾病的经常发生。本工程优良的建筑体型系数为建筑的节能提供了有利条件。外窗设计在满足构造安全的前提下，尽可能增大开窗面积，改善了室内自然通风采光条件。同时，双层中空玻璃有效地降低了住宅能耗，在提高居住环境质量和舒适度的同时，人们还能享受在室内与大自然更亲密的接触。本工程建成后，经国家建筑工程质量监督检验中心抽样检测，住宅各项指标均达到相关标准要求，特别是建筑的采光与隔热保温性能受到了专家的高度评价。本工程在内装修材料的选择上，除了要保证材料在强度、质感、色彩及各项物理性能符合标准外，还对材料的环保性能严格把关，确保使用的安全性。如实木地板、墙体乳胶漆、吊顶等。

7、建筑防火及墙体构造。

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图四

钢结构建筑的防火问题，长期以来一直是困扰钢结构发展的一大难题。钢结构虽然是非燃烧体，但它不耐火，不抗烧，极易导热。普通建筑用的钢材，在全负荷情况下失去静态平稳的临界温度为500度左右，一般在300--400度时其强度就开始迅速下降。蒸压加气混凝土砌块质量标准 。裸露钢结构的耐火极限只要15分钟左右。因此，钢结构必须加以防火保护才能作为建筑物的承载主体。

常见的钢结构防火有防火板包裹，防火喷涂，复合防火等。但防火板包裹用于住宅上存在着工序较复杂、板缝处理难等问题。而且，防火板包裹的室内钢柱很难保证不被用户在二次装修中破坏，从而丧失防火性能，造成安全隐患。而防火喷涂处理除了费用较高外，其拙劣的颜色和表面质感很难被住户接受，往往还要重新包装，造成浪费。

本工程设计采用的劲性混凝土框架柱为热轧H型钢H200x200x8x12外包C30钢筋混凝土，既有效地增加了建筑的刚度，又很好地解决了钢柱的防火，而且外观平整，不易破坏。钢梁及其他承重钢构件采用50厚ALC板包裹，施工方便，在保证防火极限要求的同时，有效地节约了投资。

本工程内隔墙采用100厚ALC板单侧布置的方式使得卧室等房间看不到梁，并方便了钢梁的防火构造施工，减少作业量。分户墙采用双层75厚ALC板加100宽空气间层的构造方式，便于管线敷设，增强了户间隔声性能，保证了住户日后装修的可修复性。两侧山墙采用100+100+75双层ALC板加空气间层的构造方式，既满足了保温隔热的需要，又省去了山墙钢梁及斜撑的防火处理。外墙板面采用透气性好、自洁性强的水性环保型涂料，以最大限度地发挥出新型板材的优良性能。

8、结束语

在我们从事工程实践和学术交流过程中，普遍感到配套材料品种的单一和价位过高、性能不够稳定及缺乏必要的检验手段等问题，是制约我国钢结构住宅发展的主要因素。其实，建筑材料的问题应该说是一个更商业化的问题，我们没有理由在我国钢结构住宅发展的初始阶段，在建筑体系和技术条件还不成熟，钢结构住宅产业化还没有形成，开发企业认识普遍不足等情况下，要求材料产家在产品研发和销售上承担过多的市场风险。只有在国家政策的扶持下，通过我们“建筑人”共同的努力，才能开辟出钢结构住宅产业的一片辉煌天空，才能有更多的“绿色建筑”之花迎风绽放