論鋼結構住宅的設計和發展前景

林　芳

摘要：鋼結構住宅是未來我國住宅產業化的發展方向，因其使用材料和結構形式的特點，鋼結構住宅是綠色、環保的住宅形式，有非常廣闊的應用前景。應該大力推廣運用此技術。

關鍵詞：鋼結構住宅綠色環保

中圖分類號：F293.3文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914(2009)04-065-02

一、我國鋼結構住宅的發展概況

從建國初期到B0年代初，我國鋼產量少，鋼材緊缺，建筑鋼結構應用范圍很小。國家對建筑鋼材的應用加以限制，所以建筑鋼結構用鋼量占全國鋼材總產量的比重極低。隨著國民經濟的發展和科學技術的進步，我國綜合國力大為增強，鋼材產量和質量大幅度提高，我國用鋼政策由限制用鋼轉變為合理用鋼以至積極用鋼，鋼結構建筑也從工業建筑拓展到民用建筑。我國鋼結構住宅起步較晚，大規模研究開發、設計制造、施工安裝鋼結構住宅還是近兩三年才發展起來的。隨著城市建設的發展和高層建筑的增多，我國鋼結構發展十分迅速。鋼結構住宅作為一種綠色環保建筑，已被建設部定為推廣項目，特別是在我國大中城市中，由于人多，土地資源少，應較大范圍內推廣。目前，在北京、上海、廣州和深圳等地開展低層、多層和高層鋼結構住宅試點工程，已經建成30多萬平方米，這些都說明了鋼結構住宅前景廣闊。

二、鋼結構住宅的優勢

鋼結構住宅與傳統結構住宅相比，在使用功能、設計、施工以及環保方面具有明顯的優勢。

1、能夠合理布置功能分區。鋼結構住宅利用鋼材強度高的特點，采用大開問柱網布置，可以利用非承重墻體靈活分隔室內空間，使室內布置呈多樣化，住宅平面分隔十分靈活，為建筑師提供了多種設計方案的選擇，也滿足不同用戶的需求。同時，利用鋼結構連接簡單的特點，在垂直平面內比傳統結構更容易做成錯層、躍層結構。由于鋼結構住宅的構件截面尺寸小，可以增加使用面積。

2、抗震性能優越。由于輕鋼結構住宅自重輕，一般情況下不需要做樁基，可減少地基處理的費用，且抗震性能好。鋼結構屬于柔性結構、自重輕。因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，有利于抗震。我國是一個多地震區國家，在地震區建筑中應推廣應用鋼結構住宅，可以大大減少地震災害和人員傷亡。

3、符合產業化和可持續發展的要求。鋼結構配件制作工業預制化和機械化程度高，商品化程度高，減少了施工現場的加工量，現場主要為干作業，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，可以取代目前我國尚在大量使用的實心粘土磚，減少因燒磚而毀壞的耕地。而且鋼結構住宅具有循環利用性。鋼結構在超出正常使用期限后的處理過程，無論是鋼材還是與之相配套的建筑物品，都具有可重復利用性和可降解性，適應現代環保要求。

三、鋼結構住宅設計的結構體系爰主要構件

1、結構體系。應用于多層鋼結構住宅的體系可分為：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、周圍抗側力體系等。

(I)冷彎薄壁型鋼體系。構件采用薄鋼板冷彎成c形、z形構件，可單獨使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺絲。這種體系節點剛性不易保證，抗側能力較差，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構住宅中應用最廣，純框架體系常用于4-8層住宅。縱橫向都設成鋼框架，門窗設置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設計，滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅，一般都能滿足抗側要求。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，但側向剛度較弱。純框架體系多采用雙向剛接，這樣可以加大結構自身的側移剛度，減少抗側移構件內力，加強耗能機制提高建筑物的延性，但節點形式較為復雜。

(3)框架一支撐體系。該體系主要由焊接工字型梁柱組成，多數情況下，這種體系為橫向承重，梁柱節點在橫向上為剛接，縱向為鉸接。因此，結構在縱向相當于排架，抗側移剛度很低，需設置側向支撐抵抗水平荷載，限制結構的水平變形。支撐可用槽鋼、角鋼或圓鋼桿，具體形式可結合建筑立面或門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，保證支撐不發生受壓屈曲，而讓耗能梁段屈服消耗能量。在風載或地震作用較大區域，為提高體系的抗側剛度，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計成鋼筋混凝土墻(筒)，這樣既有效地加強了建筑物的側向剛度，又解決了樓梯間的防火問題。

(5)周圍抗側力體系。這種體系在歐美國家的商業和民用建筑十分流行。它的特點是剛架柱的強軸與其相交的建筑軸線垂直，形成外筒，抵抗水平荷載，將之傳遞到基礎。它適用于建筑外型接近于正方形的結構，可以將這種思路應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90°，梁柱由鉸接變為剛接。這樣，剛架柱同時起到抗風柱與豎向支撐的作用。

2、主要構件。鋼結構住宅是以鋼結構作為承重骨架，以輕質體材料作為內外墻，功能配套的水暖電衛設備和部品優化集成的節能、環保型鋼結構住宅，可采用工業化生產方式，易于實現產業化，符合可持續發展原則。

(1)梁、柱。鋼結構住宅結構一般設計為強柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式。梁主要選用高頻焊接和熱軋H鋼，它是工字鋼的升級換代產品具有抗彎性能好，翼緣寬，側向剛度大，翼緣表面相互平行，構造方便等優點。我國目前采用的H鋼梁大多為Q235和Q345鋼，翼緣寬度為60－180mm,截面高度為100～800ram。鋼結構住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的要求，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，同時可以提高框架的側向剛度，防火性能好。而且結構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。

(2)樓板。樓板結構的選擇至關重要，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力結構的空間協調作用。所以，樓板必須有足夠的承載力、剛度。并且與鋼框架實現可靠連接，確保結構體系的整體剛度和穩定性。另外從抗震角度來看，還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。同時樓板還要應該滿足住宅功能的要求，如防顫動、隔音、隔熱等。我國鋼結構住宅的樓板，一般采用鋼筋混凝土結構和鋼結構體系的傳統做法。常用的樓蓋結構有：壓型鋼板一現澆混凝土組合樓板，現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展起來的偏交支撐兩種，前