鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)原則

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)住宅是一種更符合“綠色生態(tài)建筑”特征的結(jié)構(gòu)形式。它具有自重輕、地基費(fèi)用省、占用面積小、工業(yè)化程度高、外形美觀、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環(huán)境污染少等優(yōu)勢(shì)，具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)住宅;綠色建筑;結(jié)構(gòu)體系;經(jīng)濟(jì)效益

0.前言

住宅產(chǎn)業(yè)化是我國(guó)住宅業(yè)發(fā)展的必由之路，這將成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)住宅體系易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化制作，而與之相配套的墻體材料可以采用節(jié)能、環(huán)保的新型材料，它屬綠色環(huán)保性建筑，可再生重復(fù)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。若是在城市中采用鋼結(jié)構(gòu)住宅，因?yàn)槠涔S化程度高、施工周期短的優(yōu)勢(shì)，將能很好地解決城市市區(qū)，尤其是中心市區(qū)人口稠密交通繁忙、施工生產(chǎn)不便的問(wèn)題。因此鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)該是城市住宅設(shè)計(jì)的主要方案之一，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)體系住宅成套技術(shù)的研究成果必將大大促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，直接影響著我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平和前途。

1.多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系

多高層住宅建筑的鋼結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)體系、混凝土結(jié)構(gòu)體系有很大的不同，它主要由承重鋼結(jié)構(gòu)體系、樓面結(jié)構(gòu)體系和圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系等組成。

1.1承重鋼結(jié)構(gòu)體系及體系的分類

(1)鋼框架結(jié)構(gòu)體系。其特點(diǎn)是受力明確，平面布置靈活，為建筑提供較大的室內(nèi)空間，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻，具有較大的延性，自振周期較長(zhǎng)，因而對(duì)地震作用不敏感，抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，施工速度快．但框架結(jié)構(gòu)屬典型的柔性結(jié)構(gòu)體系，其側(cè)向剛度差，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。

(2)鋼框架一支撐結(jié)構(gòu)體系。為了提高鋼框架的側(cè)向剛度，有效地抵抗水平荷載，減少層間位移，通常在墻體平面內(nèi)布置由角鋼或槽鋼構(gòu)成的垂直支撐體系，當(dāng)房屋較高時(shí)，較純框架經(jīng)濟(jì)。支撐設(shè)置的位置要合適，為了與建筑設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，一般布置在窗臺(tái)下至下層窗頂之間，既隱蔽又能滿足支撐體系的需求。

(3)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系。由房屋外側(cè)的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯(cuò)布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由于兩開(kāi)間布置一榀桁架，且中間無(wú)柱子，所以非常適合要求各單元靈活布置的住宅、旅館建筑。

1.2范圍

(1)3層及以下的低層住宅：①輕型鋼框架結(jié)構(gòu)體系；②冷彎薄壁型鋼密排柱（輕鋼龍骨，00C形或Z形檁條）結(jié)構(gòu)體系。

(2)4～6層多層住宅：①鋼框架結(jié)構(gòu)體系；②鋼框架．支撐結(jié)構(gòu)體系；③鋼框架一混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

(3)7~12層中高層住宅：①鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系；②鋼框架．混凝土核芯筒結(jié)構(gòu)體系。

(4)13～30層高層住宅：①鋼框架．支撐結(jié)構(gòu)體系；②鋼框架?？辜翳旒芙Y(jié)構(gòu)體系；③鋼框架一混凝土核芯筒結(jié)構(gòu)體系；④鋼框架一帶豎縫預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系；⑤鋼框架一抗剪鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

1.3設(shè)計(jì)原則

承重鋼結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜遵循強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的一般設(shè)計(jì)原則，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，若較難滿足強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)公式，則滿足軸壓比要求也可?？蚣苤髁旱牟牧弦话憧蛇x用熱軋或高頻焊接H型鋼，次梁可以有多種作法?？騶架柱子的材料一般可選用熱軋或焊接工字鋼、H型鋼、方（箱形）鋼管、圓鋼管或冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼。為了節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，框架柱也可采用在空鋼管內(nèi)澆筑高強(qiáng)素混凝土而形成的鋼管混凝土框架柱。

1.4連接形式

框架橫梁與柱在強(qiáng)軸方向適于采用剛性連接；而在弱軸方向宜結(jié)合支撐布置采用鋼管柱設(shè)計(jì)方案。鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)連接的構(gòu)造形式為：①螺栓連接；②焊接連接：③栓、焊混合連接。焊接節(jié)點(diǎn)的連接剛度大，混合節(jié)點(diǎn)次之，螺栓節(jié)點(diǎn)的連接剛度較小，但螺栓連接的安裝施工速度最快，且在現(xiàn)場(chǎng)拼接和安裝時(shí)，施工質(zhì)量容易保證。主梁與次梁之間一般也采用鉸接，在連接構(gòu)造上以焊接和高強(qiáng)度螺栓連接為主，也可采用栓、焊混合的連接方式：梁腹板用高強(qiáng)度螺栓連接，翼緣用焊接，可先用螺栓安裝定位，再對(duì)翼緣施焊。

1.5樓面結(jié)構(gòu)體系

樓面結(jié)構(gòu)由鋼梁和樓面板組合而成。樓蓋除了將豎向荷載直接分配給墻、柱外，更主要的作用是參與并保證和抗側(cè)結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同作用。因此，必須保證樓蓋有足夠的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)盡量采用技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重，并提高施工速度。作為民用住宅的樓面結(jié)構(gòu)，樓板還應(yīng)具有較好的隔熱、隔聲、保溫、防水和防火性能。為了保證鋼梁的整體穩(wěn)定性，樓面主、次梁應(yīng)采取緊湊型構(gòu)造措施。

1.6護(hù)結(jié)構(gòu)體系

內(nèi)外墻的造價(jià)約占鋼結(jié)構(gòu)住宅總造價(jià)的30%，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)影響很大，同時(shí)，為減輕結(jié)構(gòu)自重，滿足建筑節(jié)能要求，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)，其圍護(hù)墻體要滿足自重輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱性好、安裝可靠、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)合理的要求，故應(yīng)采用輕質(zhì)材料。如外墻可采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板（ALC板）、SRC復(fù)合保溫墻板、鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板、植物纖維強(qiáng)化空心墻板、玻璃纖維加強(qiáng)水泥墻板等工廠預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)化輕質(zhì)墻板和玻璃幕墻等。內(nèi)墻可采用輕鋼龍骨石膏板、加氣混凝土輕質(zhì)墻板、ALC輕質(zhì)砌塊、輕質(zhì)改性石膏砌塊、夾層復(fù)合板、稻草板等。ALC板自重輕，抗震性好，安裝方便，施工速度快，具有良好的保溫隔熱性、防水性和防火性，非常適合與鋼結(jié)構(gòu)配套使用，使用250mm以上厚度的ALC板作為外墻，可達(dá)到節(jié)能50%的要求，是理想的節(jié)能型墻體材料。鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板或夾層復(fù)合板具有質(zhì)輕、墻薄、高效施工等特點(diǎn)和較好的抗震、隔音等性能，可分別用于各種結(jié)構(gòu)的外墻或框架結(jié)構(gòu)的非承重墻。稻草板除了具有質(zhì)輕、墻薄、高效施工等特點(diǎn)外，還具有抗震、透氣性和人居親和性好等特點(diǎn)，適用于多層建筑非承重的內(nèi)隔墻。

2.鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)和綜合效益

(1)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性好，工程造價(jià)低。鋼材的抗拉、抗剪強(qiáng)度相對(duì)較高。鋼結(jié)構(gòu)住宅可以充分發(fā)揮鋼材自重輕、強(qiáng)度高、延性好、塑性變形能力強(qiáng)、抗震性能好的特點(diǎn)，不僅所受的重力和地震作用小，從而減小梁、柱截面尺寸，節(jié)約鋼材，而且還可以降低造價(jià)和運(yùn)輸安裝費(fèi)用。

(2)外部造型美觀，空間布局靈活，建筑功能增強(qiáng)。由于鋼材輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，便于形成大柱距、大開(kāi)間的建筑空間，靈活地分隔和布置室內(nèi)的分區(qū)，更好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的使用功能要求，與磚混結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)相比，其有效使用面積可提高10～15%。建筑造型可豐富多彩，也可簡(jiǎn)潔明快。

(3)易于改造，管線布置方便。鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分割、接高、加固等較為靈活。鋼梁的腹板允許穿越小于一定直徑的管線，加之結(jié)構(gòu)空間的孔洞與空腔，使管線布置、更換、修理方便。

(4)符合節(jié)能環(huán)保要求。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑所用材料主要是環(huán)保型綠色可回收或易降解的材料，在建筑物需拆除時(shí)，鋼材可全部回收利用，大大減少了建筑垃圾，對(duì)周圍環(huán)境污染小，利國(guó)利民。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系不僅具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性好而降低基礎(chǔ)造價(jià)、抗震費(fèi)用和運(yùn)輸安裝費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有構(gòu)件安裝便捷、施工周期縮短、加快資金周轉(zhuǎn)、提高投資效益，建筑布局靈活合理，增加有效使用面積，提高建筑使用功能，質(zhì)量易保證、商品化程度高等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑必將具有更廣闊的發(fā)展前景。房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商作為國(guó)家建設(shè)發(fā)展的重要力量應(yīng)當(dāng)全面、綜合地分析開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，無(wú)論對(duì)客戶或是自己選擇合適的鋼結(jié)構(gòu)體系是非常有益的。