深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司广东深圳518000
摘要：建筑行业当前向着产业化、集约化、装备式方向发展的趋势，同时我国面临着钢铁产业等高耗能产业过剩压力，为钢结构住宅产业提供机遇。钢结构住宅所具有的环保节能性被广泛应用于各类建筑中。本文主要对钢结构住宅的优势特点及未来技术发展进行探索，供同行借鉴参考。
关键词：住宅产业化；钢结构住宅；装配式；节能环保；BIM技术
一、钢结构住宅的优势
（一）节能
节能可以说是钢结构建筑最为显著的优势，虽然很多建筑材料都有节能的效果，但是在使用量上有着严格的规定，比如说最为常见的外墙保温材料，就需要达到一定的厚度才能发挥作用。如我国北方的气候寒冷，建筑大多是砖墙结构，需要在砖墙外部粘贴保温材料，所以对保温材料有着较高的需求。如果材料的质量或厚度不达标，那么就无法达到保温的目的。发达国家解决能耗问题的方法就是用钢结构替代现有的砖墙结构，据统计住宅建筑节省的能耗可达1/3以上。
（二）节约水资源
水资源对人们的重要性不言而喻，由于我国人口众多，在人们的生产和生活中都离不开水，导致我国水资源十分僵乏，国家已经发出了节约水资源的倡议。在钢筋混凝土结构的建筑施工中需要使用大量的水资源，产生的建筑垃圾还会污染附近的水源，水资源的浪费现象比较严重。钢结构建筑的施工可以有效改善这类问题，只需要在基础工程中使用水资源，且施工效率较高，施工人员的生活用水和施工用水都得到了极大的缩减。
（三）节省施工材料
材料是建筑施工的基础，也是建筑中必不可少的关键要素，在混凝土和砌体结构的建筑中，混凝土不能循环利用，砌块虽能循环利用，但是在建筑拆除时难免会有部分砌块受到损伤，无法继续投入使用。与之相比钢材的利用率可谓是最高的，鉴于钢材的坚韧，很难会发生损坏，所以在进行钢结构建筑的施工时，完全可以回收其他建筑上的钢材处理后再次使用，以达到节省施工材料的目的。
（四）减少噪音和垃圾污染
众所周知，砖混建筑施工过程中及拆掉后主体结构不能二次利用而产生了大量的建筑垃圾堆积，且在混凝土的制备和施工中需要用到大型的机械设备，发出的噪音分贝较高，给附近的居民造成了很大的困扰。钢结构建筑大多采用装配式施工方式，在工厂生产构件后运输到现场组装，全程采用机械化作业，减少了固体垃圾和气体污染物的产生，而且机械发出的噪音分贝较低，污染问题因而得到了遏制。
二、钢结构住宅的机遇
随着经济的快速发展，科学技术水平的提高，环保意识的增强，钢结构住宅随着国家产业政策的调整终于迎来了加速发展的机遇。
（一）节能环保、可持续发展的需要
目前砖混结构、钢筋混凝土结构仍是我国住宅的主流。钢筋混凝土住宅的建筑材料主要是混凝土，需要使用大量的水泥，这些建材的使用每年都产生大量的难以处理的建筑垃圾。因此国家环境保护的“十二五”规划中明确提出建材行业要推进主要污染物减排，加快淘汰落后产能，提高污染物排放标准和制定更严格的清洁生产评价体系。这些措施的实施对建筑建材行业提出了更高的要求，推动建筑建材行业向节能环保、可持续方向发展。面对国家要求和行业困境，大力推广符合国家产业政策与改善传统行业的钢结构住宅显得尤为亟需，钢结构住宅以其独特的工厂化、集约化、装配化优势必将推动建筑行业的可持续发展。
（二）住宅需求大，品质要求高
据预测21世纪的前30年我国需新建住宅198亿m2，年竣工面积6.6亿m2，传统的砌体结构和钢筋混凝土结构住宅占地量大，存在着墙体开裂与渗漏水等各种质量问题，已不适应经济社会发展的要求。根据钢结构住宅可增加有效使用面积5%～8%的标准，如此巨量的住宅若采用钢结构将以节省大量宝贵的土地资源。同时钢结构住宅以其独特的优势可以轻松实现住户对高品质住宅的要求，解决保温、隔声、防潮、防火等难以解决的传统问题。
因此我国应加快钢结构住宅产业化步伐，满足住宅市场的大量需求。
（三）保障性住房大力兴建的契机
近年来，我国政府持续推进公租房等保障房的建设，其中2014年就要建设700万套以上的保障房，这对国内钢结构行业是巨大的机遇。如果今后由政府主导推动钢结构住宅产业化，不仅解决了钢铁产能过剩的问题，还可大幅减对少水泥等高能耗产业的依赖，有利于持续满足节能环保等诸多方面的发展要求。
三、钢结构住宅的技术实现
（一）高强钢材的开发
我国高强度钢材已经开始推广和普及，国内的相关科研院所也对高强钢的力学性能进行了研究，为高强钢的推广奠定了基础。清华大学石永久教授的课题组对Q460C、Q460D、Q460J和Q690D进行了材性试验、低温力学性能研究、疲劳试验和焊接工艺评定实验。随着国家经济结构调整和对建筑技术要求的提高，为确保钢结构住宅的安全，在结构设计中对高强度钢的要求逐步提高，将会推动高强度钢的应用和推广拓展。高强度钢开发和推广使用的成功将为钢结构住宅的发展提供优质材料和现实保证。
（二）耐火耐候钢材的开发
在钢结构建筑中，钢的腐蚀和高温时钢构件的软化这两大问题是困扰钢结构发展的重要因素。在自然气候下，钢材受蚀减薄5年可达0.1～1mm以上，时间长或在特殊及人为的恶劣环境下，减薄更为严重。采用涂装可以减缓腐蚀，但费用较高。当钢的温度达到350℃及其以上时，钢的屈服强度下降至规定的室温屈服强度的2/3或更低，低于钢结构要求的屈服强度，为使钢构件的温度在火灾期间不超过350℃，钢构件必须喷涂防火材料。但是喷涂防火材料的作业对工人的健康有着极大的损害且非常费时，此外，建筑的有效空间也因防火包覆而减少。因此，钢结构对减少防火包覆的要求越来越高。为此耐火耐候钢的开发对于钢结构住宅的发展具有重要意义。耐火钢的概念在20世纪80年代由日本提出，现在欧美、日本、韩国和澳大利亚等发达国家相继开展了耐火钢的研究和生产。日本新日铁、川崎和NKK都可提供耐火钢材，包括型钢、板材、带材和钢管等产品。新日铁和NKK的耐火钢板材形成了室温力学性能相当于JIS标准SM400和SM490级别的系列产品。我国对耐火耐候钢材的开发国家投入大量资金，也取得了可喜成果。我国的武钢、攀钢等钢铁企业正在开发和生产耐候钢材。耐火耐候钢的使用能产生巨大的综合优势，减少污染、缩短工期、降低成本等，节约综合成本20%以上，是一种具有绿色环保、可持续发展的经济性钢材。目前耐火耐候钢已开始应用于国内一些耐火耐候等级高的大型厂房、民居、商务楼等钢结构工程。
（三）防火涂料的开发
钢结构住宅在防火方面存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。因此钢结构住宅的巨大市场促进了防火涂料的研究。早在20世纪70年代，国外对钢结构防火涂料的研究和应用就展开了积极的工作并取得了较好的成就，至今仍是方兴未艾。80年代初国外钢结构防火涂料就进入中国市场，在工程上应用。从80年代初，我国也开始研制钢结构防火涂料，至今已有许多优良产品广泛应用于各行各业。如四川消防研究所最早在1984年研制出的LG钢结构防火涂料。
（四）BIM等新技术的运用
BIM，实际上就是基于3D技术、信息技术的多维模型集成技术。应用BIM技术，可使工程所有参与方能够操作信息模型，实现工程项目全寿命管理，提高工作效率和工程质量，减少错误和风险。从技术层面来说，BIM具有可视化、协调化、模拟性、控制性、信息共享等特点。比如，它可构建应用软件平台，实现规划设计全真虚拟、减少失误降低成本，参与各方可基于BIM对模型进行调整，使业主、设计人员、施工人员能够从自身专业角度管理项目进度和质量，作为房地产、设备、物联网管理的核心技术已经广泛使用。
钢结构领域的BIM软件有ＲevitArchitecture，TeklaStructures和CATIAD。BIM技术的应用将极大地促进钢结构的设计、深化、施工的发展。国内许多大型的钢结构工程如鸟巢、CCTV央视大楼、北京南站、上海世博馆等都使用BIM技术，大大缩短了施工周期，减少了设计变更，节省预算开支。
钢结构信息化的“领军者”BIM技术必将成为工程项目高效管理方法的必然选择。BIM技术是信息与计算机技术、工程管理理论集成的技术与方法，其将促进工程建设管理方法和技术的变革、引领建筑行业与相关学科的发展，并创造出巨大的经济效益。
四、结束语
综上所述，钢结构技术具有非常大的环保性，在设计及施工方面具有很多优点。随着我国经济结构的不断升级优化，建筑行业发生着深刻变化。结构的环保性、可持续发展性，以及新技术的研发，为钢结构住宅产业化提供技术支持。