1、SI體系
SI，是Skeleton Infill的縮寫，顧名思義是將住宅建筑分為“支撐體”與“填充體”兩大部分。S包含所有主體結(jié)構(gòu)包括梁、柱、樓板及承重墻、共用設(shè)備管網(wǎng)等；I包含戶內(nèi)設(shè)備管網(wǎng)、室內(nèi)裝修、非承重外墻及分戶墻。
1961年，美國哈布瑞根教授在其著作中提出“骨架支撐體”理論，被視為SI體系的前身。國內(nèi)外多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)住宅多以此為基礎(chǔ)衍生而來，如日本的KSI住宅體系、 NEXT21住宅體系、美國的預(yù)應(yīng)力板柱體系及我國的CSI體系和VSI體系等等。區(qū)分SI體系與非SI體系的關(guān)鍵點(diǎn)在于除主體結(jié)構(gòu)外的構(gòu)件是否可以拆卸替換。
SI體系的提出有兩方面的優(yōu)勢，一是住戶可在建筑主體框架不變的前提下，在建筑的全生命周期內(nèi)，依據(jù)自身經(jīng)濟(jì)能力的變化、家庭成員的發(fā)展變化及不同階段的喜好對住宅進(jìn)行平面及空間改造。二是將一些使用壽命較短的構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的壽命區(qū)別對待，比如埋置于主體結(jié)構(gòu)內(nèi)的管線及配管等設(shè)備構(gòu)件的壽命一般只有20-30年，與主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)年限50年-100年相比相差甚遠(yuǎn)，SI體系可確保住戶在不損傷主體結(jié)構(gòu)的前提下更換設(shè)備及構(gòu)件，從而實(shí)現(xiàn)百年住宅的目標(biāo)。
以下列舉鋼結(jié)構(gòu)體系均可實(shí)現(xiàn)SI體系的概念。
2、日本積水住宅β體系
由積水住宅創(chuàng)建的β體系為框架結(jié)構(gòu)，適用于三層至四層建造體系，均為工廠生產(chǎn)的高精度高強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。積水住宅目前可實(shí)現(xiàn)梁位置固定后柱子位置可變，即上下層柱子位置可不對齊，平面靈活度更高。不僅可以靈活布置平面，也能實(shí)現(xiàn)角部無柱靈活布置角窗的效果。
β體系中，外墻板運(yùn)用擠塑成型水泥墻板，此類墻板不僅具備優(yōu)異的耐久耐火等性能，獨(dú)特的工藝早就了豐富的表面肌理。除此之外，鎖定工法及墻壁內(nèi)通氣工法的使用提升了墻體性能及耐久性。
3、意大利BSAIS鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系
BSAIS體系適用于1~8層鋼結(jié)構(gòu)住宅，柱子采用H型鋼，主梁采用大斷面冷彎型鋼，支撐采用角鋼，梁柱通過高強(qiáng)螺栓連接。樓板為帶凹痕的壓型鋼板。外墻板采用雙層墻板體系，外側(cè)為普通混凝土預(yù)制條形板，內(nèi)側(cè)為輕鋼龍骨石膏板；內(nèi)隔墻采用輕鋼龍骨石膏玻璃棉。由意大利廠商完成的180㎡的樣板間，從主體結(jié)構(gòu)到室內(nèi)裝修，由10人經(jīng)歷40天便可完成，其中鋼骨架僅耗時(shí)3天。
4、美國Conxtech鋼框架體系
Conxtech鋼框架體系是由美國ConXL公司開發(fā)的一種新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系，該體系適用于多高層建筑，是由框架梁、框架柱、梁柱連接組件、壓型鋼板組合樓蓋組成，是一種純鋼框架結(jié)構(gòu)體系，采用方鋼管混凝土柱及寬翼緣H型鋼截面梁。
Conxtech體系獨(dú)創(chuàng)性的運(yùn)用了ConXR和ConXL兩種梁柱連接方式，是該體系的核心技術(shù)：
ConXR連接形式：梁柱交接處，在柱子的四個(gè)側(cè)面以楔形的插座鎖定相連，輔以高強(qiáng)螺栓固定完成梁柱節(jié)點(diǎn)拼接。連接節(jié)點(diǎn)處框架柱上下貫通，內(nèi)部填充混凝土形成鋼管混凝土柱，形成剛性連接節(jié)點(diǎn)。適用于框架層數(shù)不超過12層的結(jié)構(gòu)體系中。
ConXL連接形式：梁柱節(jié)點(diǎn)處，在柱子對角位置采用柱面T型套板相連，梁端套板插入兩個(gè)柱面套板之間，就位鎖定后由高強(qiáng)螺栓完成梁柱節(jié)點(diǎn)拼接。與ConRL形式相同，ConXL節(jié)點(diǎn)區(qū)域同樣為剛性連接節(jié)點(diǎn)。適用于框架層數(shù)不超過15層的結(jié)構(gòu)體系中。
5、DBS多層輕鋼住宅體系（Dietrich Building System）
本體系是由美國Dietrich公司研究開發(fā)的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，多數(shù)用于4-6層住宅及公寓等建筑，在非地震區(qū)最高可建12層，DBS多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系采用一般美國住宅尺寸，開間4.88米，凈高2.44米。墻體C型鍍鋅輕鋼龍骨采用鍍鋅鋼板制成，局部可采用熱軋型鋼加強(qiáng)。龍骨及樓蓋每隔一段距離均可便開孔布置管線。
DBS體系擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，開孔周邊的變形處理保證了截面削弱處的局部穩(wěn)定性，可使樓板開孔直徑達(dá)截面高度的80%。墻面為固定在輕鋼龍骨兩側(cè)的紙面石膏板，剪力墻需要加設(shè)一層鍍鋅鋼板，并用自攻螺絲和輕鋼龍骨固定。樓板采用20mm厚纖維水泥板，并在墻體龍骨與樓蓋梁間填充玻璃棉，兼顧保溫和吸聲隔音的作用。
1. 承載強(qiáng)度高、抗震性能好
同樣的荷載下，鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面尺寸小。由于鋼結(jié)構(gòu)建筑自重較輕、延展性較好，結(jié)構(gòu)自身所受的地震作用小，并擁有較好的耗能能力，在較大變形下不容易倒塌，抗震性能較好。
2. 建設(shè)周期短
由于多數(shù)構(gòu)件可在工廠實(shí)現(xiàn)預(yù)加工，現(xiàn)場施工以拼接為主，輔以高強(qiáng)螺栓連接，現(xiàn)場無需混凝土養(yǎng)護(hù)等工序，有效提升了施工效率。施工周期快，也降低了施工過程中受氣候影響延誤工期的幾率。
3. 構(gòu)件工廠化加工，精度高、誤差小
工廠預(yù)制化程度高，部分裝配式構(gòu)件廠家已達(dá)成墻板、樓板、單元體流水線生產(chǎn)，可預(yù)先完成門窗洞口或設(shè)備洞口的預(yù)留，預(yù)制精度較高，誤差較小，流水線生產(chǎn)降低了施工人員的技術(shù)水平對成品質(zhì)量的影響，有助于提升產(chǎn)品的品質(zhì)。
4. 現(xiàn)場干作業(yè)，污染小
施工現(xiàn)場無濕作業(yè)，粉塵等垃圾較少，現(xiàn)場噪聲較小。內(nèi)隔墻、外墻均采用預(yù)制墻板，不使用黏土磚符合綠色建筑的要求。
5. 廢料少，廢料可回收再利用
工廠流水線加工，產(chǎn)生的廢料部分可以在工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)回收再利用。主體結(jié)構(gòu)耐久性高，內(nèi)外墻體均可拆卸更換。進(jìn)行二次裝修時(shí)，成品部品的替換也可有效減少因拆改產(chǎn)生的建筑垃圾。
6. 建筑布局靈活，空間可變
可提供大空間結(jié)構(gòu)體系，減少室內(nèi)承重墻體，不僅為戶型及精裝設(shè)計(jì)提供多元化的設(shè)計(jì)空間，而且為全生命周期使用創(chuàng)造改造的空間及便利條件。
三、鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展中問題
1、耐火耐腐蝕技術(shù)仍需提升
鋼結(jié)構(gòu)由于其自身的物理性能，決定了其耐火性能會在溫度升高到一定程度時(shí)急劇下降。現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)的耐火耐腐蝕性主要依賴防火、防腐的保護(hù)涂層或外包保護(hù)層。
2、圍護(hù)部品市場尚需完善
鋼結(jié)構(gòu)住宅的隔熱、隔聲、保溫等問題主要取決于圍護(hù)系統(tǒng)及樓板材料，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量目前參差不齊，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，部品的產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展也會制約鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展與推廣。
1、日本：推行一戶建制度、市場化程度高、售后服務(wù)體系較完善
作為世界上較早發(fā)展工業(yè)化住宅的國家，日本住宅產(chǎn)業(yè)化的市場化程度較高。地處地震多發(fā)區(qū)因?yàn)槿毡就菩型恋厮接谢呒耙粦艚ㄖ贫龋ㄖ虝罁?jù)每一個(gè)客戶的經(jīng)濟(jì)實(shí)力及家庭成員情況完成住宅的建筑及室內(nèi)設(shè)計(jì)。
日本兩家知名的住宅公司——積水住宅與豐田住宅公司分別為客戶提供兩種不同的服務(wù)方式：積水住宅為每一戶配備專屬設(shè)計(jì)師，根據(jù)需求完成設(shè)計(jì)、制作及安裝；豐田住宅在買房初期便提供10種住宅設(shè)計(jì)方案，供客戶挑選并與設(shè)計(jì)師一同選取設(shè)計(jì)風(fēng)格及設(shè)備等。此外，這兩家公司均給客戶提供專業(yè)的售后跟蹤服務(wù)，包括監(jiān)測、維護(hù)及改造等服務(wù)。
2、美國:土地私有化、規(guī)范較詳盡
同樣是推行工業(yè)化較早的國家，美國產(chǎn)業(yè)化市場的發(fā)展較為成熟。與日本相似，美國同樣推行土地私有化政策，并且住戶可以按自己意愿設(shè)計(jì)房屋，再到市場中采買構(gòu)件委托承包商建造進(jìn)行機(jī)械化施工。正是這種個(gè)性化發(fā)展促進(jìn)了3層以內(nèi)住宅、別墅等小型住宅多數(shù)采用鋼結(jié)構(gòu)體系。
此外，北美部分地區(qū)建筑規(guī)范對別墅型住宅及小型房屋允許采用所謂“常規(guī)要求”的方法建造。這種“常規(guī)要求”的方法對結(jié)構(gòu)的體系，施工方法，結(jié)構(gòu)的尺寸及連接方式都有嚴(yán)格明確的規(guī)定。因此可以不需要或減少工程設(shè)計(jì)人員的參與，從而節(jié)省造價(jià)。
五、我國鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展展望
1、鋼材產(chǎn)能過剩、鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展空間大
世界各國鋼結(jié)構(gòu)建筑占比
日本及歐美國家的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展時(shí)間較長，且技術(shù)相對成熟。中國鋼結(jié)構(gòu)住宅市場發(fā)展空間較大，而且近些年，國內(nèi)鋼材價(jià)格回落，熱軋型鋼維持在2000~3000元每噸，為鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣提供了良好的契機(jī)。
2、產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展尚需逐步完善
鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的發(fā)展，不僅僅是結(jié)構(gòu)單專業(yè)的問題，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系不僅僅是集新材料、新技術(shù)、新體系、新的設(shè)計(jì)理念、新的施工方式于一體的集成化綜合性技術(shù)，更需在分工明確的前提下，完成生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工緊密配合。除了本文提到的鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅與結(jié)構(gòu)專業(yè)的關(guān)系，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展仍需結(jié)合建筑、水暖、電氣、室內(nèi)精裝等專業(yè)共同協(xié)作配合，售后維護(hù)、服務(wù)體系逐漸完善，才能為住戶更好的提供全生命周期的住宅產(chǎn)品。
3、打破傳統(tǒng)住宅理念
我國對于鋼結(jié)構(gòu)住宅仍處于初步認(rèn)識的階段，從接受到習(xí)慣還需經(jīng)歷一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。如何打破對傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的固有認(rèn)識，如何結(jié)合“產(chǎn)、學(xué)、研”的力量共同推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展，是鋼結(jié)構(gòu)住宅推進(jìn)進(jìn)程中的重要問題。
本文僅對部分鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的特點(diǎn)進(jìn)行分析，與鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展較成熟的國家相比，我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅研發(fā)與應(yīng)用尚處于初步階段，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系蘊(yùn)涵著巨大的發(fā)展空間及市場潛力。
