目前，国内高层钢结构装配式住宅还处于起步阶段，尚未形成统一的主流结构体系。住宅领域广泛应用的结构体系有钢管剪力墙结构体系、矩形柱框架支撑结构体系、异形柱框架支撑结构体系等。本文重点分析这三类结构体系及当前存在的主要问题。
1 钢管束组合剪力墙结构体系
1.1 主要组件及节点方法
1.1.1 钢管剪力墙
钢管束剪力墙由方钢管和卷曲U型钢单元依次连接而成。形状有直形、L形、T形、C形、Z形、十字形等，其中最常用的是L形和T形。形状和 Z 形状。钢管束剪力墙由方钢管（转角处使用）和冷轧U型槽（墙肢处使用）焊接而成。壁厚一般为4~8毫米，底部加强区域壁厚一般不小于6毫米，其他部位不宜小于4毫米。壁厚一般为130毫米、150毫米，也可根据受力情况调整壁厚（一般不超过200毫米）。钢管束剪力墙的竖向长度一般为9m左右（以3层1节计），也可根据安装工艺和吊装设备进行调整。
1.1.2 制作与安装
钢梁、钢柱、钢管束段均在工厂制造。钢管束段需要在现场焊接组装成符合设计要求的L型、T型、Z型。节点板和加强板按图纸焊接，并预先留好钢筋孔，完成吊装前的准备工作。
钢管剪力墙、钢梁、钢柱的吊装与其他钢结构住宅基本相同，一般以3层1节段为主。安装校正后，焊接该柱段（一般为3层）所有梁与柱、梁与墙；然后对该柱段内的结构进行验收，重点检查焊接质量、高强螺栓连接副及结构尺寸。偏差，墙、柱混凝土均满足要求后方可浇筑；钢管剪力墙、矩形钢管柱内浇注无收缩自密实混凝土。经试验确定的混凝土配合比不应仅满足设计要求的强度指标。还应考虑浇筑工艺要求，选择合理的混凝土坍落度，以保证混凝土浇筑质量。
1.1.3 主要节点实践
钢管束剪力墙是一种新型的结构形式。与传统钢结构不同，由于其节点连接存在缺陷，钢管束所有竖向截面均无法焊接（位于墙体内的竖向边缘无法焊接），因此必须注意钢管束相关节点的方法。钢管束剪力墙。
(1)钢管束剪力墙竖向连接方法。 1）底部连接节点：钢管束剪力墙深入底层，在第二层地下结构顶标高处安装预埋件。钢管束剪力墙与预埋件采用焊接连接，并加设加强板，保证节点连接强度。 。 2）中间对接节点：由于钢管束垂直连接存在缺陷，位于墙内的钢管壁无法焊接，使连接节点成为薄弱环节。为此，采取以下加固措施：在连接处加设过渡钢板，将过渡钢板焊接在下部钢管束剪力墙顶部（焊接应在吊装前完成），上部钢管束剪力墙与过渡钢板采用全熔透焊缝；钢管束接头处的钢管腔内安装有钢筋，可以改善混凝土浇筑后墙体的整体受力性能。
(2)钢管束与钢梁的连接节点。由于钢管束钢板厚度较小（一般为4~6毫米），直接焊接到钢梁上不能满足节点局部应力要求。因此，采用加加强钢板的方法，即在钢管束连接处预焊加固。钢板（通过角焊缝与塞焊结合，并在钢管束外侧焊接加强钢板）、钢梁连接板与加强钢板焊接。
(3)钢桁架楼承板与钢管束的连接节点。由于钢管束剪力墙的阻碍，钢桁架无法穿过钢管束，因此需要设置钢板支撑支撑楼板（可用角钢焊接在钢管外侧）管束）钢结构楼承板图集，附加钢筋和全长钢筋穿过钢管束（预钻孔）。
1.2 优缺点分析
1.2.1 主要优点
(1)空间布局灵活，受力性能好。该系统采用钢管剪力墙承受竖向荷载、水平荷载和地震作用。它将钢结构建筑的工业化与剪力墙结构布局的灵活性有机地结合在一起，使其非常适合住宅项目。 (2)零部件标准化，工业化程度高。钢管束所用的方钢管和U型冷轧槽钢可标准化生产，制造工艺简单，可根据设计要求组合成不同的形状。
1.2.2 主要缺点
(1)现场焊接量大，施工速度不快。由于钢管束的构件（方钢管、U型槽）需要全焊接，且为了运输方便，工厂只能将其焊接成直形，需要组装成L形现场焊接量大，T型、Z型等。它很大；钢管束上下段也采用焊缝连接，焊接量大，焊接难度高。 （2）目前钢管束结构体系尚无国家或行业标准，设计图纸必须经过专家验证后方可使用。
2 矩形钢管柱框架支撑结构体系
2.1 主要组件及节点方法
2.1.1 结构组成
矩形钢管柱可采用成品矩形钢管，加工成本低。当壁厚大于12mm时应采用焊接型材。根据受力要求，钢管内可浇注自密实无收缩细石混凝土。钢梁采用热轧或焊接H型钢，钢梁翼缘宽度不大于壁厚。中心支撑可选用热轧H型钢或方钢管，以承受水平荷载和地震作用。
2.1.2 制作与安装
矩形钢管柱框架支撑结构系统构件包括矩形钢管柱、H型钢梁和中心支撑。矩形钢管柱应尽可能采用成品矩形钢管加工。当壁厚大于12mm时，宜采用焊接型材。由于矩形钢管柱宽度较小（仅150~200mm），焊接时应采取措施防止变形。
2.1.3 主要节点实践
由于矩形钢管柱截面较小，成品矩形钢管无法加内隔板。虽然可以通过焊接增加内隔板的截面，但由于截面太小，焊接起来比较困难。为了解决梁柱节点连接问题，一般采用以下两种节点形式。 (1)切割矩形钢管，焊接贯穿加强板：该型式接头是将钢管柱切割，在钢梁上下翼缘对应的位置焊接贯穿钢板，以保证保证节点应力的可靠传递。 (2)外部钢板加固法：当钢梁与钢柱外表面平齐时，可在矩形钢管柱外侧焊接加强板；当钢梁的侧面对应于矩形钢管柱的中部时，可将加强板焊接在矩形钢管柱上。通过加强板开槽和焊接。这种做法类似于钢管剪力墙与钢梁之间的连接节点。
2.2 优缺点分析
该系统的主要优点是施工成本低，能满足室内梁柱不外露的要求；主要缺点是适用高度较低，主要用于高度小于50m的住宅建筑。
3 异型钢管柱架支撑结构体系
3.1 主要组件及节点方法
3.1.1 结构部件
构件包括异型钢管柱、H型钢梁和钢支撑。 H型钢梁和钢支撑与矩形钢管柱框架支撑结构相同，重点是异型钢管柱。异型钢管柱由方钢管和U型槽组成。方钢管规格为150mm×150mm。 U形槽宽150毫米，长150~600毫米。方钢管和U型槽的壁厚相同，一般为6~20毫米。壁厚不大于12毫米时，可采用成品钢管和轧制U型槽；当壁厚大于12毫米时，应采用钢板焊接制作方钢管和U型坡口。若加工U型槽有困难，可用相同截面的矩形钢管代替。
3.1.2 制作及安装
异形钢管柱框架结构体系的梁、支撑与矩形钢管柱结构体系相同。制作安装简单，施工难度小。但异型钢管柱的制作和安装难度较大。主要困难如下。 （一）材料采购困难。市场上销售的方钢管壁厚一般为5~10毫米。如果壁厚超过12毫米，只能使用焊接截面。小断面箱形立柱加工繁琐，焊接变形难以控制。 U型槽需要定制，因为它的宽度只有150毫米。加工难度极大，因此在实际工程中多采用矩形管代替。 (2)焊接量大。异型钢管柱纵向焊缝较多，均需满焊，焊接量较大。由于截面不对称，大量纵向焊缝容易扭曲变形。生产过程中需要特殊工装来控制焊接变形。 (3)连接节点施工难度大。异型钢管柱垂直对接接头连接难度大。内方钢管的垂直边缘不能直接焊接。需预留焊接段。内部焊接完成后，再进行预留部分的焊接。连接钢梁和钢柱需要加强板。
3.1.3 主要节点实践
(1)钢柱竖向对接节点：异型钢管柱上下对接时，内部钢管柱的竖向边缘不能直接焊接。需要预留连接段（每个柱肢预留）。待中间钢柱焊接完成后即可完成连接。分段焊接完成。 (2)钢柱与钢梁的连接节点：在异型钢管柱与钢梁的连接点处附设加强板(钢柱采用外围角焊缝和中心塞焊缝组合连接，相当于加厚钢柱连接（型材钢板）钢结构楼承板图集，连接板焊接在钢筋钢板上，实现与钢梁的刚性连接。
3.2 优缺点分析
该系统的优点是室内梁、柱不外露，能满足建筑要求，受力合理，承载力高；缺点是加工困难，成本高。目前还没有标准，审图时需要专家评审。
4 钢结构住宅存在的主要问题
4.1 结构体系有待完善
传统的钢结构体系与市场主流的房屋类型不太匹配。新型钢结构体系有待完善，尚未形成成熟的钢结构住宅结构体系。
4.2 遏制系统存在缺陷
目前，仍缺乏配套钢结构住宅的成熟围护系统，特别是缺乏适合高层钢结构住宅的外墙板，已成为制约钢结构住宅发展的主要原因。
4.3 防腐问题尚未解决
与钢筋混凝土建筑相比，钢结构建筑的两个突出缺点是防腐和防火。虽然防火问题可以通过涂装防火涂料、使用防火板、包裹混凝土等方式来解决，但根据现行标准，防腐问题需要定期进行油漆维护。住宅楼使用过程中面对众多业主，实际操作难度很大。
4.4 建设成本高
目前，钢结构装配式住宅尚未形成完整的产业链，缺乏可大规模复制和推广的建筑体系，无法形成规模优势。与传统现浇钢筋混凝土结构相比，钢结构活动板房直接成本高、施工时间长。
5大发展思路
5.1完善装配式建筑标准及图册的制定
在大力推动装配式建筑发展的政策下，虽然我国制定了多项装配式建筑的相关标准，但仍不能满足需求。钢结构装配式建筑结构体系和围护体系的研发应在国家层面予以推广和完善。相关标准的制定。
5.2研究解决钢结构住宅的防腐问题
目前，钢结构的防腐问题已成为制约行业发展的关键问题。应针对钢结构住宅进行专题研究，制定合理、可执行的防腐方案。
5.3推广EPC项目总成本管理模式
钢结构活动板房是一个完整的建筑体系，特别适合EPC总承包管理模式。该项目EPC总承包商完成设计、采购、土建、钢结构、装修等各方面工作，有利于各专业的协调和质量、进度、成本的控制。
6 结论
经分析，制约钢结构装配式住宅发展的主要因素是：（1）尚未形成成熟的结构体系； （2）缺乏配套成熟的外墙工法； （3）人们对钢结构住宅的接受度较低； （4）钢结构在住宅领域的优势并不明显； （5）钢结构的防腐问题没有可靠的解决办法。有必要改善上述问题，促进装配式钢结构住宅的成熟。
摘自《建筑技术》2021年7月石智慧、曹跃冲
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