輕型鋼結構住宅的應用研究

劉 彬 陳小亮

(1.浙江建設職業(yè)技術學院，浙江 杭州 311231； 2.杭州市市政工程集團有限公司，浙江 杭州 310006)

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輕型鋼結構住宅的應用研究

劉 彬1陳小亮2

(1.浙江建設職業(yè)技術學院，浙江 杭州 311231； 2.杭州市市政工程集團有限公司，浙江 杭州 310006)

論述了輕型鋼結構住宅的優(yōu)勢，以綠城·海南陵水威斯汀酒店工程為例，從鋼結構柱、樓板、節(jié)點、抗震等方面，分析了輕型鋼結構住宅的設計要點，指出該項目利用輕型鋼結構體系實現(xiàn)了大空間的藝術效果。

輕型鋼結構，住宅，節(jié)點設計，藝術效果

0 引言

輕型鋼結構住宅特點決定了其發(fā)展的巨大潛力，在未來將成為我國新型城市化建設中住宅建筑發(fā)展的新方向。隨著建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、輕鋼技術導則和輕鋼規(guī)范的相繼發(fā)布，輕鋼住宅必將會得到飛速發(fā)展。通過對輕型鋼結構在具體工程中的應用研究，可以使輕型鋼結構的設計水平得到提高，從而推動我國住宅建設產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

對比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構住宅，輕型鋼結構住宅的巨大的優(yōu)勢[1]在于：

1)輕型鋼結構構件制作工業(yè)化程度非常高，從而能推動住宅產(chǎn)業(yè)化的形成[2]。輕型鋼結構住宅的建造方法不僅可以加快現(xiàn)場施工進度，還可以降低對周圍環(huán)境的破壞。

2)輕型鋼結構住宅能帶來比較高的綜合效益，在實際的建造過程中，輕型鋼結構住宅的造價明顯低于鋼筋混凝土房屋的造價。輕型鋼結構構件可以減輕結構自重、制作簡單，且部分材料可以二次利用、施工周期短，從而加快資金的周轉。

3)輕型鋼結構住宅具有突出的抗震性能。輕型鋼結構住宅自重輕、延性高[3]，屬于柔性結構體系，因此，該結構承受地震作用較小，能有效的減少地震作用帶來的負面影響。

4)輕型鋼結構住宅體系能自由布置空間，實現(xiàn)住宅功能的多樣性。較鋼筋混凝土結構而言，輕型鋼結構柱距較大、構件截面較小，可根據(jù)使用者需要，對空間靈活分隔和布置。

1 設計要點

輕型鋼結構住宅設計的關鍵在于主要構件設計要點的實現(xiàn)。

1.1 鋼結構柱

低多層輕型鋼結構柱多用于大開間的設計，其所承受的荷載除了軸向力外，主要是來自兩個方向的彎矩作用，這就對鋼結構柱的截面有了較高的要求。輕型鋼結構柱一般用熱軋或高頻焊接型鋼來進行設計；當鋼結構柱在兩個方向承受彎矩較大時，可以采用箱形截面；當鋼結構柱承受荷載較小時，一般采用輕型熱軋型鋼或冷彎薄壁型鋼[1]。除此之外，輕型鋼結構柱的設計還要考慮強柱弱梁的實現(xiàn)。

1.2 輕型鋼結構樓板

輕型鋼結構住宅樓板應具有良好的平面整體剛度、較小的結構自重、便捷的制作安裝，且在施工過程中盡量采用不拆模作業(yè)，從而加快現(xiàn)場的施工進度，體現(xiàn)輕型鋼結構住宅的優(yōu)勢。同時，還要進一步提高鋼結構樓板的隔聲、防火性能，并對管線的鋪設做好前期的設計。

1.3 輕型鋼結構節(jié)點設計

輕型鋼結構節(jié)點按照傳力的形式不同，可以做成鉸接、剛接、半剛接。前兩種形式的連接方式施工工藝相對成熟，應用比較廣泛；后一種形式的連接方式在實際施工中較難實現(xiàn)，需結合相應的實驗才能操作。無論哪種連接方式，都必須使結構分析中采用的模型和實際施工的節(jié)點保持一致性。一般來說，梁、柱連接在框架強軸方向采用剛性連接，在弱軸方向采用鉸接連接，在構造上分別以焊接和螺栓連接為實現(xiàn)形式。

1.4 輕型鋼結構住宅抗震設計

輕型鋼結構住宅體系側向剛度較小，需要設置一些側向支撐。側向支撐通常分布在開洞空間的四周或其他合適的位置(例如分戶墻)，支撐的形式可以是鋼筋混凝土剪力墻，也可以是桁架，從而形成鋼框架結合剪力墻結構形式，或者是鋼框架結合桁架結構形式，從而有效控制結構的水平位移。

2 工程實例

2.1 項目簡介

綠城·海南陵水威斯汀酒店位于海南省陵水縣新村鎮(zhèn)，建筑主體緊鄰海面，與海岸線相距約200 m～300 m。項目主要由1棟9層(局部8層)酒店主樓以及多幢1層附屬用房組成。附屬的單層裙房位于主樓南側的部分主要為餐廳、大堂等觀景公共空間，造型設計為貝殼狀頂蓋；主樓北側裙房為較松散的呈圓弧狀排列的單層建筑，為酒店的商務空間。建筑設計整體構思寓意海的元素——“海帶、散落的貝殼”。活力中心作為酒店的配套設施，為酒店打造一個適合全年齡層次的平價休閑餐飲區(qū)，內含海鮮餐廳、兒童活動中心、家庭俱樂部以及恒溫泳池，在不同的時段提供不同內容的餐飲與酒吧服務，營造最具人氣的場所(見圖1，圖2)。

2.2 設計要點

1)本項目設計追求大空間的藝術效果，上部利用鋼結構柱、梁截面小的優(yōu)點，營造一種現(xiàn)代的藝術氣息。在這個項目中，充分展示了低多層輕型鋼結構住宅內部空間大、布置靈活、施工便捷、抗震性能好等優(yōu)點。主樓落地框架柱一開始就采用了圓鋼管混凝土柱的形式，一方面是基于落地柱需承受很大軸壓力而圓管混凝土柱具有良好承載性能的原因，另一方面，考慮主樓平面沿長向存在圓弧曲折變化，而圓柱各向性能相同，便于設計布置和統(tǒng)一。

2)主樓樓蓋、屋面均采用了鋼梁+現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的組合樓蓋。

3)落地柱下落至半地下室后，采取了柱側邊設置鋼筋混凝土墻以加強其剛度的措施。結構主要抗側力體系采用鋼筋混凝土剪力墻,豎向荷載大部分由鋼框架部分承擔。鋼筋混凝土剪力墻抗側移剛度較強,鋼柱的截面可以主要考慮承受豎向荷載,從而有效的控制了用鋼量。

4)對于節(jié)點設計，針對不同受力方式，設計多種節(jié)點形式。

結構布置局部圖見圖3。

2.3 應用效果

該項目利用輕型鋼結構住宅體系實現(xiàn)了大空間的藝術效果，利用鋼結構柱、梁截面小的優(yōu)點，營造出一種現(xiàn)代的藝術氣息。在這個項目中，展示了低多層輕型鋼結構住宅內部空間大、布置靈活、施工便捷、抗震性能好等優(yōu)點。鋼梁+現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的組合樓蓋保證樓板有足夠的平面整體剛度；該住宅體系能減輕樓板的自重荷載，并能有效的提高樓層高度，便于現(xiàn)場快速施工。豎向荷載大部分由鋼框架部分承擔。鋼筋混凝土剪力墻抗側移剛度較強,鋼柱的截面可以主要考慮承受豎向荷載,從而有效的減小了柱子截面尺寸，同時營造出斜鋼柱的藝術效果。

3 結語

本文介紹了輕型鋼結構住宅相比傳統(tǒng)結構的優(yōu)勢，通過對輕型鋼結構住宅主要構件的設計要點分析，解決了在對輕型鋼結構住宅設計中的若干關鍵問題。最后通過具體的工程實例進行了應用研究。

本文的應用研究將對輕型鋼結構住宅的應用提供技術支撐，以便于理論指導輕型鋼結構體系后續(xù)的設計和施工，并為設計規(guī)范的修訂和完善提供應用積累；將成果應用到實際的教學工作中去，可以輔助教師、學生進行輕型鋼結構的教授和學習。

[1] 舒贛平，孟憲德，王 培.輕鋼住宅結構體系及其應用[J].工業(yè)建筑，2001，31(8)：1-4.

[2] 王明貴,張莉若.住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化與鋼結構住宅[J].鋼結構，2001，16(6)：22-24.

[3] Gioncu V.Ductility Criteria for Steel Structures[J].Journal of Constructional Steel Research，1998，46(1-3)：443-444.

Research on application of residential housing design with light steel structure

Liu Bin1Chen Xiaoliang2

(1.ZhejiangCollegeofConstruction,Hangzhou311231,China;2.HangzhouMunicipalConstructionGroupCo.,Ltd,Hangzhou310006,China)

The paper discusses the advantage of light steel structure residence. Taking Lvcheng·Hainan Lingshuiweisiding hotel engineering as an example, starting from aspects of steel structure column, floor slab, joint and anti-seismic, it analyzes the design points of light steel structure residence, and points out that: the project realizes large-space artistic effect by applying light steel structure system.

light steel structure, residence, joint design, artistic effect

1009-6825(2016)13-0047-02

2016-02-21

劉 彬(1983- )，女，碩士，工程師，一級注冊結構工程師； 陳小亮(1984- )，男，博士，高級工程師，一級注冊結構工程師

TU375

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