高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

厲 倩，劉文杰

（1.山東瑞象建筑設(shè)計院有限公司，山東 日照 276825；2.山東省建筑設(shè)計研究院日照分院，山東 日照 276800）

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點

在住宅建筑采用高層鋼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行設(shè)計優(yōu)點如下：

1.1 一體化的生產(chǎn)、短周期的設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)有效利用高科技的計算機以及專門的分析設(shè)計軟件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，大大縮短了設(shè)計的完成周期。同時，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較靈活，其便捷的特性，使其能夠進(jìn)行現(xiàn)場安裝，將前期的設(shè)計工作與現(xiàn)場的施工進(jìn)行結(jié)合，通過數(shù)控以及計算機軟件，使得在設(shè)計完成以后，得以即時加工制作，工作精確度與效率獲得極大提升，建設(shè)周期大大縮短。

1.2 高強的承載度、抗震性

由于鋼材質(zhì)的特點，使其承載程度較其他材質(zhì)強，也就是說相同承載面的前提下，鋼材質(zhì)的承載程度就比其他材質(zhì)的承載程度要高的多?，F(xiàn)階段，世界進(jìn)入了地震高發(fā)期，抗震能力成為了建筑設(shè)計的重要衡量因素。在抗震設(shè)防區(qū)中，鋼結(jié)構(gòu)的重量較輕，輕鋼住宅的質(zhì)量約為磚混結(jié)構(gòu)質(zhì)量的2/3，鋼結(jié)構(gòu)相比于其他材料抗震性能好，同時具有加強抗震性能力的耗能能力、高延性，因此其安全度也是非常高的。

1.3 強大施工優(yōu)勢，低廉綜合造價

鋼結(jié)構(gòu)大部分構(gòu)件在工廠加工完成，在施工現(xiàn)場可全天候進(jìn)行組裝。如此，施工現(xiàn)場的工作量大大下降，占用面積與對周圍環(huán)境的影響與污染都大大降低。施工時可節(jié)省支模、拆模的材料，成本降低。

2 鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計體系

2.1 框架—支撐體系

支撐體系主要由框架體系構(gòu)成。梁、板、柱子等構(gòu)成了框架體系的基本組件?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系由于其結(jié)構(gòu)的布置比較方便，另外，鋼材質(zhì)的硬度分布比較均勻，延展性較好，可以形成較大的結(jié)構(gòu)空間。但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比較少，容易受水平荷載影響發(fā)生較大位移，使得鋼結(jié)構(gòu)有受到破壞的可能。在高層建筑住宅中，由于住宅的層數(shù)較高，因此，如果鋼材料沒有良好的立體結(jié)構(gòu)，便容易使得建筑存在不良因素，引起極具危害性的后果，所以，施工時，要采取框架支撐的體系來增加其橫向的承載力。

2.2 桁架交錯的結(jié)構(gòu)體系

桁架、柱子、板等構(gòu)成了交錯桁架結(jié)構(gòu)體系的主要部件。柱子主要是放置在室內(nèi)的兩邊位置。桁架的跨度等同于與建筑寬度，其高度則以住宅樓層的高度等同。桁架兩端在外圍柱上進(jìn)行上下層的交叉布設(shè)：樓板一端由桁架的上弦桿來支撐，另一端則由旁邊的桁架的下弦桿進(jìn)行支撐。正是此種結(jié)構(gòu)體系采用的結(jié)構(gòu)少量，以軸心力為主，合理適用的受力結(jié)構(gòu)，形成了此結(jié)構(gòu)體系的主要優(yōu)勢，尤其顯示在橫向尺寸為主時。在結(jié)構(gòu)空間上來說，交錯桁架結(jié)構(gòu)體系形成的空間體積相對來說比較大，比框架結(jié)構(gòu)體系形成的空間要大出一倍多，同時進(jìn)深也大增，在能夠提高空間的同時，由于其使用的柱子數(shù)量比較少，還能節(jié)約材料成本。

2.3 鋼架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，施工中建筑的承載力全部壓放到了剪力墻結(jié)構(gòu)上來，同時由鋼框架的特性決定了其還可以擔(dān)負(fù)起總的地震剪力的1/5以上，起到多線防震作用；抗剪力墻具有較強的承載力以及抵抗推力，在地震以及狂風(fēng)暴雨之下，產(chǎn)生的側(cè)移可以忽略到不計，因而，在高層的住宅建筑中應(yīng)用居多。應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)體系的住宅建筑，其墻壁的延展性要高很多，抗狂風(fēng)、地震的功能比較強。同時，利用電梯井作為混凝土核心筒還能有效解決電梯噪聲擾民的情況。

3 鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

3.1 節(jié)點設(shè)計

震動是危及建筑安全的主要因素，層出不窮的事故很多都是因為抗震能力弱。在施工建筑進(jìn)行抗洪抗震性能時，節(jié)點設(shè)計的重要作用不容忽視。強度高的梁柱設(shè)計、節(jié)點設(shè)計是高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在受到較大震動影響時不出現(xiàn)局部失穩(wěn)或者連續(xù)破壞情況的關(guān)鍵。要做到這一點可采使梁兩邊的翼緣截面進(jìn)行適度的削減，提高鋼柱抵抗側(cè)移的能度。同時，要優(yōu)化梁柱的節(jié)點，更加合理的節(jié)點傳力路線才能具有更強的承載力與抗震性，同時節(jié)點焊接質(zhì)量與提高螺栓的聯(lián)接質(zhì)量也是重點。

3.2 樓板設(shè)計

為滿足鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)化及標(biāo)準(zhǔn)化的要求及保證施工速度快等優(yōu)點，在進(jìn)行樓板設(shè)計時要先考慮采用預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓板或裝配整體式樓板。在裝配整體式的樓板時，一般是使用栓釘作為工具，使鋼板牢牢的釘嵌在梁上，然后才能安全的與其他材料進(jìn)行共同的工作，以降低不便。而預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓板在施工中應(yīng)用的更加方便，主要是用鋼板、混凝土薄板，加以混凝土來組成的疊合板。

3.3 墻體的挑選

在進(jìn)行施工設(shè)計時，都比較注重于材料的節(jié)約以及結(jié)構(gòu)本身的重量的減少，此時，墻體的挑選就顯得尤為重要。因此，較輕的材質(zhì)比較受歡迎，一般的粘土磚等比較笨重的材料不受歡迎，應(yīng)用也不合理。從目前的建筑情況來看，預(yù)制的復(fù)合夾心板墻應(yīng)用居多，其復(fù)合夾心層采用高效保溫材料更佳。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)的防火與防腐

鋼材容易銹蝕，并且銹蝕的速度與環(huán)境、濕度、溫度等有關(guān)。同時，火災(zāi)也是重大安全隱患，故而做好鋼結(jié)構(gòu)的防火與防腐很重要。傳統(tǒng)的防腐防火方法是徹底除銹并鍍鋅或者涂抹油漆。隨著要求的提高，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無法滿足需求。對此，除了采用新型的防火防腐建材外，還要加大成本采用更有效的防腐防火外部材料，并且對重點部位進(jìn)行重點防護(hù)。

4 綜述

鋼結(jié)構(gòu)住宅體系具有混凝土等其他結(jié)構(gòu)無法比擬的優(yōu)點，在提倡建設(shè)節(jié)約型社會，大力推廣住宅產(chǎn)業(yè)化且日益重視建設(shè)質(zhì)量的情況下，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計必然會成為設(shè)計主流。因此，我們要對高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計進(jìn)行研究，促進(jìn)其更長遠(yuǎn)、更迅速的發(fā)展，使其能發(fā)揮應(yīng)有作用。

[1] 楊國建.淺談高層建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].價值工程，2011(20).

[2] 鄒晶，劉德文，李元齊.多層鋼結(jié)構(gòu)住宅造價及綜合經(jīng)濟(jì)性能分析[J].四川建筑科學(xué)研究，2010(01).