論鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)和發(fā)展前景

林　芳

摘要：鋼結(jié)構(gòu)住宅是未來(lái)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向，因其使用材料和結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)住宅是綠色、環(huán)保的住宅形式，有非常廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)該大力推廣運(yùn)用此技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)住宅綠色環(huán)保

中圖分類(lèi)號(hào)：F293.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914(2009)04-065-02

一、我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展概況

從建國(guó)初期到B0年代初，我國(guó)鋼產(chǎn)量少，鋼材緊缺，建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍很小。國(guó)家對(duì)建筑鋼材的應(yīng)用加以限制，所以建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量占全國(guó)鋼材總產(chǎn)量的比重極低。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)綜合國(guó)力大為增強(qiáng)，鋼材產(chǎn)量和質(zhì)量大幅度提高，我國(guó)用鋼政策由限制用鋼轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠碛娩撘灾练e極用鋼，鋼結(jié)構(gòu)建筑也從工業(yè)建筑拓展到民用建筑。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，大規(guī)模研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造、施工安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅還是近兩三年才發(fā)展起來(lái)的。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和高層建筑的增多，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展十分迅速。鋼結(jié)構(gòu)住宅作為一種綠色環(huán)保建筑，已被建設(shè)部定為推廣項(xiàng)目，特別是在我國(guó)大中城市中，由于人多，土地資源少，應(yīng)較大范圍內(nèi)推廣。目前，在北京、上海、廣州和深圳等地開(kāi)展低層、多層和高層鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程，已經(jīng)建成30多萬(wàn)平方米，這些都說(shuō)明了鋼結(jié)構(gòu)住宅前景廣闊。

二、鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)

鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1、能夠合理布置功能分區(qū)。鋼結(jié)構(gòu)住宅利用鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn)，采用大開(kāi)問(wèn)柱網(wǎng)布置，可以利用非承重墻體靈活分隔室內(nèi)空間，使室內(nèi)布置呈多樣化，住宅平面分隔十分靈活，為建筑師提供了多種設(shè)計(jì)方案的選擇，也滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。同時(shí)，利用鋼結(jié)構(gòu)連接簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在垂直平面內(nèi)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更容易做成錯(cuò)層、躍層結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)件截面尺寸小，可以增加使用面積。

2、抗震性能優(yōu)越。由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕，一般情況下不需要做樁基，可減少地基處理的費(fèi)用，且抗震性能好。鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)、自重輕。因而能有效地降低地震響應(yīng)及災(zāi)害影響程度，有利于抗震。我國(guó)是一個(gè)多地震區(qū)國(guó)家，在地震區(qū)建筑中應(yīng)推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)住宅，可以大大減少地震災(zāi)害和人員傷亡。

3、符合產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求。鋼結(jié)構(gòu)配件制作工業(yè)預(yù)制化和機(jī)械化程度高，商品化程度高，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的加工量，現(xiàn)場(chǎng)主要為干作業(yè)，能減少施工用水、噪聲、垃圾污染，施工速度快，施工周期可大大縮短。多層鋼住宅采用的復(fù)合墻體，主要是冷彎薄壁型鋼龍骨、保溫棉、石膏板等材料，可以取代目前我國(guó)尚在大量使用的實(shí)心粘土磚，減少因燒磚而毀壞的耕地。而且鋼結(jié)構(gòu)住宅具有循環(huán)利用性。鋼結(jié)構(gòu)在超出正常使用期限后的處理過(guò)程，無(wú)論是鋼材還是與之相配套的建筑物品，都具有可重復(fù)利用性和可降解性，適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)保要求。

三、鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系爰主要構(gòu)件

1、結(jié)構(gòu)體系。應(yīng)用于多層鋼結(jié)構(gòu)住宅的體系可分為：冷彎薄壁型鋼體系、純鋼框架體系、框架一支撐體系、鋼框架一混凝土剪力墻體系、周?chē)箓?cè)力體系等。

(I)冷彎薄壁型鋼體系。構(gòu)件采用薄鋼板冷彎成c形、z形構(gòu)件，可單獨(dú)使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺絲。這種體系節(jié)點(diǎn)剛性不易保證，抗側(cè)能力較差，一般只用于1-2層住宅或別墅。

(2)純鋼框架體系。目前，這種體系在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用最廣，純框架體系常用于4-8層住宅。縱橫向都設(shè)成鋼框架，門(mén)窗設(shè)置靈活，可提供較大的開(kāi)間，便于用戶(hù)二次設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運(yùn)用在低多層住宅，一般都能滿(mǎn)足抗側(cè)要求。它主要由寬翼緣的H型或箱形柱和工字型梁組成，亦可采用熱軋H型鋼。這種體系具有較為靈活的空間布局，但側(cè)向剛度較弱。純框架體系多采用雙向剛接，這樣可以加大結(jié)構(gòu)自身的側(cè)移剛度，減少抗側(cè)移構(gòu)件內(nèi)力，加強(qiáng)耗能機(jī)制提高建筑物的延性，但節(jié)點(diǎn)形式較為復(fù)雜。

(3)框架一支撐體系。該體系主要由焊接工字型梁柱組成，多數(shù)情況下，這種體系為橫向承重，梁柱節(jié)點(diǎn)在橫向上為剛接，縱向?yàn)殂q接。因此，結(jié)構(gòu)在縱向相當(dāng)于排架，抗側(cè)移剛度很低，需設(shè)置側(cè)向支撐抵抗水平荷載，限制結(jié)構(gòu)的水平變形。支撐可用槽鋼、角鋼或圓鋼桿，具體形式可結(jié)合建筑立面或門(mén)窗洞口需要采用中斜桿x型、K型或偏心支撐。在大地震作用下，保證支撐不發(fā)生受壓屈曲，而讓耗能梁段屈服消耗能量。在風(fēng)載或地震作用較大區(qū)域，為提高體系的抗側(cè)剛度，增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。

(4)框架一混凝土剪力墻體系。用鋼筋混凝土剪力墻部分或全部代替鋼支撐，就形成了框架—鋼筋混凝土剪力墻(筒)體系。它適用于小高層住宅，一般將樓梯或電梯間設(shè)計(jì)成鋼筋混凝土墻(筒)，這樣既有效地加強(qiáng)了建筑物的側(cè)向剛度，又解決了樓梯間的防火問(wèn)題。

(5)周?chē)箓?cè)力體系。這種體系在歐美國(guó)家的商業(yè)和民用建筑十分流行。它的特點(diǎn)是剛架柱的強(qiáng)軸與其相交的建筑軸線(xiàn)垂直，形成外筒，抵抗水平荷載，將之傳遞到基礎(chǔ)。它適用于建筑外型接近于正方形的結(jié)構(gòu)，可以將這種思路應(yīng)用到框架一支撐體系中。把縱向的支撐去掉，將原有位置的剛架柱扭轉(zhuǎn)90°，梁柱由鉸接變?yōu)閯偨?。這樣，剛架柱同時(shí)起到抗風(fēng)柱與豎向支撐的作用。

2、主要構(gòu)件。鋼結(jié)構(gòu)住宅是以鋼結(jié)構(gòu)作為承重骨架，以輕質(zhì)體材料作為內(nèi)外墻，功能配套的水暖電衛(wèi)設(shè)備和部品優(yōu)化集成的節(jié)能、環(huán)保型鋼結(jié)構(gòu)住宅，可采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，符合可持續(xù)發(fā)展原則。

(1)梁、柱。鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為強(qiáng)柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式。梁主要選用高頻焊接和熱軋H鋼，它是工字鋼的升級(jí)換代產(chǎn)品具有抗彎性能好，翼緣寬，側(cè)向剛度大，翼緣表面相互平行，構(gòu)造方便等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)目前采用的H鋼梁大多為Q235和Q345鋼，翼緣寬度為60－180mm,截面高度為100～800ram。鋼結(jié)構(gòu)住宅一般為大開(kāi)間，框架柱在兩個(gè)方向都承受較大的彎矩，同時(shí)應(yīng)該考慮強(qiáng)柱弱梁的要求，目前廣泛使用焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面。對(duì)于軸壓比較大、雙向彎矩接近、粱截面較高的框架柱，采用雙軸等強(qiáng)的鋼管柱或方鋼管混凝土柱。方鋼管混凝土柱不僅截面受力合理，同時(shí)可以提高框架的側(cè)向剛度，防火性能好。而且結(jié)構(gòu)破壞時(shí)柱體不會(huì)迅速屈曲破壞。

(2)樓板。樓板結(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是保證與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)調(diào)作用。所以，樓板必須有足夠的承載力、剛度。并且與鋼框架實(shí)現(xiàn)可靠連接，確保結(jié)構(gòu)體系的整體剛度和穩(wěn)定性。另外從抗震角度來(lái)看，還應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重。同時(shí)樓板還要應(yīng)該滿(mǎn)足住宅功能的要求，如防顫動(dòng)、隔音、隔熱等。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅的樓板，一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)體系的傳統(tǒng)做法。常用的樓蓋結(jié)構(gòu)有：壓型鋼板一現(xiàn)澆混凝土組合樓板，現(xiàn)澆鋼筋混凝土板以及鋼一混凝土疊合板而以第一種最為常用。

(3)支撐體系。支撐分軸交支撐和近年發(fā)展起來(lái)的偏交支撐兩種，前