像造汽车一样造房子—钢结构住宅体系浅析

SI，是Skeleton Infill的缩写，顾名思义是将住宅建筑分为“支撑体”与“填充体”两大部分。
S包含所有主体结构包括梁、柱、楼板及承重墙、共用设备管网等；I包含户内设备管网、室内装修、非承重外墙及分户墙。
1961年，美国哈布瑞根教授在其著作中提出“骨架支撑体”理论，被视为SI体系的前身。国内外多数钢结构住宅多以此为基础衍生而来，如日本的KSI住宅体系、 NEXT21住宅体系、美国的预应力板柱体系及我国的CSI体系和VSI体系等等。区分SI体系与非SI体系的关键点在于除主体结构外的构件是否可以拆卸替换。

SI体系的提出有两方面的优势
1.是住户可在建筑主体框架不变的前提下，在建筑的全生命周期内，依据自身经济能力的变化、家庭成员的发展变化及不同阶段的喜好对住宅进行平面及空间改造。
2.是将一些使用寿命较短的构件与主体结构的寿命区别对待，比如埋置于主体结构内的管线及配管等设备构件的寿命一般只有20-30年，与主体结构的设计年限50年-100年相比相差甚远，SI体系可确保住户在不损伤主体结构的前提下更换设备及构件，从而实现百年住宅的目标。
以下列举钢结构体系均可实现SI体系的概念。
日本积水住宅β体系

由积水住宅创建的β体系为框架结构，适用于三层至四层建造体系，均为工厂生产的高精度高强度的钢结构构件。积水住宅目前可实现梁位置固定后柱子位置可变，即上下层柱子位置可不对齐，平面灵活度更高。不仅可以灵活布置平面，也能实现角部无柱灵活布置角窗的效果。

β体系中，外墙板运用挤塑成型水泥墙板，此类墙板不仅具备优异的耐久耐火等性能，独特的工艺早就了丰富的表面肌理。除此之外，锁定工法及墙壁内通气工法的使用提升了墙体性能及耐久性。
意大利BSAIS钢框架支撑结构体系
BSAIS体系适用于1~8层钢结构住宅，柱子采用H型钢，主梁采用大断面冷弯型钢，支撑采用角钢，梁柱通过高强螺栓连接。楼板为带凹痕的压型钢板。外墙板采用双层墙板体系，外侧为普通混凝土预制条形板，内侧为轻钢龙骨石膏板；内隔墙采用轻钢龙骨石膏玻璃棉。
由意大利厂商完成的180㎡的样板间，从主体结构到室内装修，由10人经历40天便可完成，其中钢骨架仅耗时3天。
美国Conxtech钢框架体系
Conxtech钢框架体系是由美国ConXL公司开发的一种新型装配式钢结构体系，该体系适用于多高层建筑，是由框架梁、框架柱、梁柱连接组件、压型钢板组合楼盖组成，是一种纯钢框架结构体系，采用方钢管混凝土柱及宽翼缘H型钢截面梁。


Conxtech体系独创性的运用了ConXR和ConXL两种梁柱连接方式，是该体系的核心技术：
ConXR连接形式：梁柱交接处，在柱子的四个侧面以楔形的插座锁定相连，辅以高强螺栓固定完成梁柱节点拼接。连接节点处框架柱上下贯通，内部填充混凝土形成钢管混凝土柱，形成刚性连接节点。适用于框架层数不超过12层的结构体系中。

ConXL连接形式：梁柱节点处，在柱子对角位置采用柱面T型套板相连，梁端套板插入两个柱面套板之间，就位锁定后由高强螺栓完成梁柱节点拼接。与ConRL形式相同，ConXL节点区域同样为刚性连接节点。适用于框架层数不超过15层的结构体系中。

DBS多层轻钢住宅体系（Dietrich Building System）
本体系是由美国Dietrich公司研究开发的轻钢结构住宅体系，多数用于4-6层住宅及公寓等建筑，在非地震区最高可建12层，DBS多层轻钢结构住宅体系采用一般美国住宅尺寸，开间4.88米，净高2.44米。墙体C型镀锌轻钢龙骨采用镀锌钢板制成，局部可采用热轧型钢加强。龙骨及楼盖每隔一段距离均可便开孔布置管线。
DBS体系拥有多项专利技术，开孔周边的变形处理保证了截面削弱处的局部稳定性，可使楼板开孔直径达截面高度的80%。墙面为固定在轻钢龙骨两侧的纸面石膏板，剪力墙需要加设一层镀锌钢板，并用自攻螺丝和轻钢龙骨固定。楼板采用20mm厚纤维水泥板，并在墙体龙骨与楼盖梁间填充玻璃棉，兼顾保温和吸声隔音的作用。


承载强度高、抗震性能好
同样的荷载下，钢结构比混凝土结构的构件截面尺寸小。由于钢结构建筑自重较轻、延展性较好，结构自身所受的地震作用小，并拥有较好的耗能能力，在较大变形下不容易倒塌，抗震性能较好。
建设周期短
由于多数构件可在工厂实现预加工，现场施工以拼接为主，辅以高强螺栓连接，现场无需混凝土养护等工序，有效提升了施工效率。施工周期快，也降低了施工过程中受气候影响延误工期的几率。
构件工厂化加工，精度高、误差小
工厂预制化程度高，部分装配式构件厂家已达成墙板、楼板、单元体流水线生产，可预先完成门窗洞口或设备洞口的预留，预制精度较高，误差较小，流水线生产降低了施工人员的技术水平对成品质量的影响，有助于提升产品的品质

现场干作业，污染小
施工现场无湿作业，粉尘等垃圾较少，现场噪声较小。内隔墙、外墙均采用预制墙板，不使用黏土砖符合绿色建筑的要求。
废料少，废料可回收再利用
工厂流水线加工，产生的废料部分可以在工厂内实现回收再利用。主体结构耐久性高，内外墙体均可拆卸更换。进行二次装修时，成品部品的替换也可有效减少因拆改产生的建筑垃圾。
建筑布局灵活，空间可变
可提供大空间结构体系，减少室内承重墙体，不仅为户型及精装设计提供多元化的设计空间，而且为全生命周期使用创造改造的空间及便利条件。

钢结构住宅发展中问题

耐火耐腐蚀技术仍需提升
钢结构由于其自身的物理性能，决定了其耐火性能会在温度升高到一定程度时急剧下降。现阶段钢结构的耐火耐腐蚀性主要依赖防火、防腐的保护涂层或外包保护层。
围护部品市场尚需完善
钢结构住宅的隔热、隔声、保温等问题主要取决于围护系统及楼板材料，围护结构的质量目前参差不齐，产品标准尚未统一，部品的产业链条的发展也会制约钢结构住宅的发展与推广。

国外钢结构住宅发展特点

日本：推行一户建制度、市场化程度高、售后服务体系较完善
作为世界上较早发展工业化住宅的国家，日本住宅产业化的市场化程度较高。地处地震多发区因为日本推行土地私有化政策及一户建制度，建筑商会依据每一个客户的经济实力及家庭成员情况完成住宅的建筑及室内设计。
日本两家知名的住宅公司——积水住宅与丰田住宅公司分别为客户提供两种不同的服务方式：积水住宅为每一户配备专属设计师，根据需求完成设计、制作及安装；丰田住宅在买房初期便提供10种住宅设计方案，供客户挑选并与设计师一同选取设计风格及设备等。
此外，这两家公司均给客户提供专业的售后跟踪服务，包括监测、维护及改造等服务。
美国:土地私有化、规范较详尽
同样是推行工业化较早的国家，美国产业化市场的发展较为成熟。与日本相似，美国同样推行土地私有化政策，并且住户可以按自己意愿设计房屋，再到市场中采买构件委托承包商建造进行机械化施工。正是这种个性化发展促进了3层以内住宅、别墅等小型住宅多数采用钢结构体系。
此外，北美部分地区建筑规范对别墅型住宅及小型房屋允许采用所谓“常规要求”的方法建造。这种“常规要求”的方法对结构的体系，施工方法，结构的尺寸及连接方式都有严格明确的规定。因此可以不需要或减少工程设计人员的参与，从而节省造价。