鋼結構住宅的發展前景及設計原則探討

【摘要】建筑自人類產生以來都是人們生活的重要組成部分，但在很長時間里運用的都是石材與木材等。隨著科技的發展，新型材料廣泛運用于房屋建筑中。鋼結構由于在高層建筑和大跨度高聳結構方面的優越性，使其在非居住建筑領域得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】鋼結構住宅；優越性；設計原則；發展

國家經濟實力的增強和住宅商品化、產業化的要求，促進了住宅新技術和新材料的研究、應用，鋼結構將成為建筑中最適合創新的住宅結構體系，也是住宅建筑行業二十一世紀的主導方向。下面就幾個方面談談鋼結構建筑發展前景和設計原則的思考。

一、鋼結構住宅的結構體系

住宅建筑的鋼結構體系與傳統的磚混結構體系、混凝土結構體系有很大的不同，它主要由承重鋼結構體系、樓面結構體系和圍護結構體系等組成。

1.1承重鋼結構體系及體系的分類

（1）鋼框架結構體系。

其特點是受力明確，平面布置靈活，為建筑提供較大的室內空間，且結構各部分剛度比較均勻，具有較大的延性，自振周期較長，因而對地震作用不敏感，抗震性能好結構簡單，構件易于標準化、定型化，施工速度快.但框架結構屬典型的柔性結構體系，其側向剛度差，易引起非結構構建的破壞。

（2）鋼框架一支撐結構體系

為了提高鋼框架的側向剛度，有效地抵抗水平荷載，減少層面位移，通常在墻體平面內布置由角鋼或槽鋼構成的垂直支撐體系，當房屋較高時，較純框架經濟。支撐設置的位置要合適，為了與建筑設計相協調，一般布置在窗臺下至下層窗頂之間，既隱蔽又能滿足支撐體系的需求。

（3）交錯桁架結構體系。

由房屋外側的柱子和跨度等于方武寬度的桁架組成，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。由于兩開間布置一榀桁架，且中間無柱子，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層以下的低層住宅：1 輕型鋼框架結構體系；2 冷彎薄壁型鋼密排柱（輕鋼龍骨，00c形或z形條）結構體系。

（2）4～6層多層住宅：1 鋼框架結構體系；2 鋼框架. 支撐結構體系；3 鋼框架一混凝土剪刀墻結構體系。

（3）7～12層中高層住宅：1 鋼框架-支撐結構體系；2 鋼框架.混凝土核心筒結構體系。

二、鋼結構住宅的優點

鋼結構住宅是目前最具有發展潛力的環保節能型住宅，突破了中國“秦磚漢瓦”式的傳統建造模式，替代了傳統的紅磚及混凝土，完全使用工業化生產的建筑材料，集眾多優點于一身，是二十一世紀人類居住環境的理想建筑。

2.1 鋼結構的重量輕、強度高，抗震性能好。

鋼結構材料的強度高，塑性和韌性好，結構延性好。用鋼結構建造的住宅重量約為鋼筋混凝土住宅的1/3～1/2。自重的減輕使得地震作用效果降低，一般自重減輕一半，相當于降低抗震設防烈度一度，地震作用可降低30%～40%。

2.2 工業化程度高，易于實現住宅產業化。

鋼結構住宅的設計借助專業設計軟件，大大縮短設計周期，并實現設計的標準化。所有構件工廠化加工制造，精度高，易保證質量。容易實現機械化裝配，施工速度快，施工周期短，與傳統住宅相比工期縮短40%以上。

2.3 空間利用率高，能合理布置功能區間。

由于鋼材輕質高強的特點，便于形成大柱距、大開間的開放式住宅，而傳統結構（如磚混結構、砼結構）由于材料性質限制了空間自由布置，如果跨度、開間過大，就會造成板厚、梁高、柱大，出現“肥梁胖柱”現象，不但影響美觀，而且自重增大，增加造價。在空間使用率上，鋼結構住宅使用的鋼梁、鋼柱的截面積比傳統結構減小，所占凈空面積也隨之減小，使得房間使用面積增大，與傳統結構相比可增加有效面積10%左右。

三、鋼結構住宅設計的原則及問題對策

（一）鋼結構穩定設計的探討

穩定性是鋼結構的一個突出問題。在各種類型的鋼結構中，都會遇到穩定問題。對于這個問題處理不好，將會造成不應有的損失。現代工程史上不乏因失穩而造成的鋼結構事故。目前，鋼結構中出現過的失穩事故都是由于設計者的經驗不足，對結構及構件的穩定缺少明確概念，造成一般性結構設計中存在穩定設計的薄弱環節。另一方面是由于新型結構的出現，如空間網架，網殼結構等，設計者對其如何設計還沒完全的了解。

（二）鋼結構建筑設計的原則

針對鋼結構建筑穩定問題，在實際設計中，我們必須遵循以下三個原則：

1、結構整體布局必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求。目前結構大多數是按照平面體系來設計的，如桁架和框架都是如此。為保證這些平面結構不致出平面失穩，需要從結構整體布置來解決，亦即設計必要的支撐構件。這就是說，平面結構構件的出平面穩定計算必須和結構布局相一致。

2、結構計算簡圖和計算方法所依據的簡圖相一致，這對框架結構的穩定計算十分重要。目前在設計單層和多層框架結構時，經常不作框架穩定分析而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時，計算框架穩定時用到的柱計算長度系數，自應通過框架整體穩定分析得出，才能使柱穩定計算等效力框架穩定計算。然而，實際框架多種多樣，而設計中為了簡化計算工作，需要設定一些典型條件。

3、設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合，使二者有一致性。結構計算和構造設計相符合，一直是結構設計中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點連接，應分別賦予它足夠的剛度和柔度，對框架節點應盡量減少桿件偏心，這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。

（三）鋼結構住宅設計中應注意的問題及對策

1、鋼結構住宅建筑要以建設計為主導，其他專業緊密互動配合。鋼結構住宅建筑除要遵循住宅建筑設計一般原則外、要注重解決：

（1）如何發揮鋼結構的優勢？梁跨度可增大、開間更靈活、為住戶創造更大的空間。但又如何避免鋼結構帶來的建筑平、立面單調呆板。

（2）要解決鋼結構住宅建筑防火、防腐蝕問題。特別是在多雨的地區，防腐、防銹工作處理的好壞直接影響到鋼結構住宅的推廣。

2、選擇和開發外墻板，是鋼結構住宅建筑推廣中的關鍵問題之一。除滿足外墻板的各項技術要求外，還要做到墻板原材料因地之宜、工作化生產、運輸、安裝連接方便。

3、鋼結構要做到安全合理、節點構造方便可靠、并為構件制作、運輸、吊裝創造條件。

四、鋼結構住宅發展前景

住宅產業化是我國住宅業發展的必由之路，因為這將成為推動我國經濟發展新的增長點。鋼結構住宅體系易于實現工業化生產，標準化制作，而與之相配套的墻體材料可以采用節能、環保的新型材料，它屬綠色環保性建筑，可再生重復利用，符合可持續發展的戰略，因此鋼結構體系住宅成套技術的研究成果必將大大促進住宅產業化的快速發展，直接影響著我國住宅產業的發展水平和前途。

五、結語

現在我國鋼結構住宅的發展已進入加速階段，有關產業政策、標準和規范相繼出臺，國內鋼產量充足，為鋼結構住宅的發展提供了較好的開發環境、物質基礎和技術條件。我們應不斷提高研究開發能力，掌握國外先進技術，促進鋼結構住宅產業化，相信我國鋼結構住宅的發展前景是廣闊的。