高層鋼結構住宅結構設計探討

厲 倩，劉文杰

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

1 鋼結構住宅的優點

在住宅建筑采用高層鋼結構材料進行設計優點如下：

1.1 一體化的生產、短周期的設計

鋼結構有效利用高科技的計算機以及專門的分析設計軟件，進行結構分析，大大縮短了設計的完成周期。同時，鋼結構應用比較靈活，其便捷的特性，使其能夠進行現場安裝，將前期的設計工作與現場的施工進行結合，通過數控以及計算機軟件，使得在設計完成以后，得以即時加工制作，工作精確度與效率獲得極大提升，建設周期大大縮短。

1.2 高強的承載度、抗震性

由于鋼材質的特點，使其承載程度較其他材質強，也就是說相同承載面的前提下，鋼材質的承載程度就比其他材質的承載程度要高的多。現階段，世界進入了地震高發期，抗震能力成為了建筑設計的重要衡量因素。在抗震設防區中，鋼結構的重量較輕，輕鋼住宅的質量約為磚混結構質量的2/3，鋼結構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 強大施工優勢，低廉綜合造價

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

2 鋼結構住宅結構設計體系

2.1 框架—支撐體系

支撐體系主要由框架體系構成。梁、板、柱子等構成了框架體系的基本組件。框架結構體系由于其結構的布置比較方便，另外，鋼材質的硬度分布比較均勻，延展性較好，可以形成較大的結構空間。但框架結構的側向剛度比較少，容易受水平荷載影響發生較大位移，使得鋼結構有受到破壞的可能。在高層建筑住宅中，由于住宅的層數較高，因此，如果鋼材料沒有良好的立體結構，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 桁架交錯的結構體系

桁架、柱子、板等構成了交錯桁架結構體系的主要部件。柱子主要是放置在室內的兩邊位置。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行上下層的交叉布設：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行支撐。正是此種結構體系采用的結構少量，以軸心力為主，合理適用的受力結構，形成了此結構體系的主要優勢，尤其顯示在橫向尺寸為主時。在結構空間上來說，交錯桁架結構體系形成的空間體積相對來說比較大，比框架結構體系形成的空間要大出一倍多，同時進深也大增，在能夠提高空間的同時，由于其使用的柱子數量比較少，還能節約材料成本。

2.3 鋼架—剪力墻結構體系

剪力墻結構體系中，施工中建筑的承載力全部壓放到了剪力墻結構上來，同時由鋼框架的特性決定了其還可以擔負起總的地震剪力的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，在地震以及狂風暴雨之下，產生的側移可以忽略到不計，因而，在高層的住宅建筑中應用居多。應用剪力墻結構體系的住宅建筑，其墻壁的延展性要高很多，抗狂風、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 鋼結構住宅結構設計中應注意的問題

3.1 節點設計

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。在施工建筑進行抗洪抗震性能時，節點設計的重要作用不容忽視。強度高的梁柱設計、節點設計是高層鋼結構建筑在受到較大震動影響時不出現局部失穩或者連續破壞情況的關鍵。要做到這一點可采使梁兩邊的翼緣截面進行適度的削減，提高鋼柱抵抗側移的能度。同時，要優化梁柱的節點，更加合理的節點傳力路線才能具有更強的承載力與抗震性，同時節點焊接質量與提高螺栓的聯接質量也是重點。

3.2 樓板設計

為滿足鋼結構的工業化及標準化的要求及保證施工速度快等優點，在進行樓板設計時要先考慮采用預應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行共同的工作，以降低不便。而預應力混凝土疊合樓板在施工中應用的更加方便，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

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

3.4 鋼結構的防火與防腐

鋼材容易銹蝕，并且銹蝕的速度與環境、濕度、溫度等有關。同時，火災也是重大安全隱患，故而做好鋼結構的防火與防腐很重要。傳統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，傳統的方法已經無法滿足需求。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，并且對重點部位進行重點防護。

4 綜述

鋼結構住宅體系具有混凝土等其他結構無法比擬的優點，在提倡建設節約型社會，大力推廣住宅產業化且日益重視建設質量的情況下，鋼結構住宅設計必然會成為設計主流。因此，我們要對高層鋼結構住宅設計進行研究，促進其更長遠、更迅速的發展，使其能發揮應有作用。

[1] 楊國建.淺談高層建筑混凝土框架結構設計[J].價值工程，2011(20).

[2] 鄒晶，劉德文，李元齊.多層鋼結構住宅造價及綜合經濟性能分析[J].四川建筑科學研究，2010(01).