鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)

摘 要：本文主要在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)以及幾種主要的鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)形式分析的基礎(chǔ)上，從樓板設(shè)計(jì)、內(nèi)外墻設(shè)計(jì)以及防腐防火設(shè)計(jì)等三個(gè)方面入手，探討鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)住宅；結(jié)構(gòu)形式；樓板設(shè)計(jì)；內(nèi)外墻設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)住宅主要是采用工廠化的H型鋼梁及鋼柱作為承重骨架，并通將新型隔熱、保溫及高強(qiáng)的墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而形成的優(yōu)化節(jié)能環(huán)保型住宅，其更符合綠色生態(tài)建筑的結(jié)構(gòu)形式特征，具有著較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)

（1）抗震性。鋼結(jié)構(gòu)住宅良好的抗震性主要表現(xiàn)在其鋼材的塑性、韌性以及延性上，其具有著較長(zhǎng)的自振動(dòng)且自重較輕，在結(jié)構(gòu)的變形作用下不會(huì)產(chǎn)生突然間的斷裂。其次，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系之間的連接都為柔性連接，在地震發(fā)生情況下墻體的變形可以抵消一部分的地震荷載。

（2）抗裂性。由于鋼材本身屬于一種延性材料，其在溫度變化情況下并不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)裂縫。同時(shí)在當(dāng)前的新型鋼材發(fā)展應(yīng)用過程中，采用的ALC、CS板等材料都有著較輕的自重和較好的保溫隔熱優(yōu)勢(shì)，能夠有效較少沉降造成的裂縫。

（3）耐久性。在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中，耐腐蝕鍍鋅鋼板的運(yùn)用使得了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性和防腐性得到了較大程度的提升，并且通過合理的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造，有效的避免了木結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的泛潮及蟲害等問題的出現(xiàn)。

2 鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式

（1）框架。該種體系在當(dāng)前的多層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中有著較為廣泛的應(yīng)用，其主要是將縱橫向都設(shè)成鋼框架，并且門窗設(shè)置相對(duì)較為靈活，能夠提供較為開闊的空間，為用戶的二次設(shè)計(jì)提供了便利。鋼框架主要考慮的是樓蓋的組合作用，通常情況在4-6層底層住宅中有著較多的應(yīng)用。

（2）框架支撐體系。通常情況下在風(fēng)載或者是地震多發(fā)區(qū)，為了有效的提升住宅結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)剛度，會(huì)采用框架支撐體系來提升結(jié)構(gòu)的軸交支撐或者是偏交支撐效果。該種體系實(shí)質(zhì)上為多重抗側(cè)體系，且體形較小。

（3）框架剪力墻體系。在低層和多層住宅中，可以采用鋼筋混凝土剪力墻或者是鋼板剪力墻體系。當(dāng)前階段更為理想的是一種空腹結(jié)構(gòu)板的抗側(cè)結(jié)構(gòu)，其與鋼框架有著更為可靠的連接性并且能夠形成新型建立墻。除此之外，國(guó)外開發(fā)的交錯(cuò)桁架體系也是較為新穎的結(jié)構(gòu)形式。

（4）冷彎薄壁型鋼體系。該種結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件主要采用薄鋼板冷彎成C形或者是Z形構(gòu)件，其即可以單獨(dú)使用也可以進(jìn)行組合運(yùn)用，桿件之間主要依靠自攻螺釘進(jìn)行連接，具有良好的節(jié)點(diǎn)剛性特征，但是其抗側(cè)能力相對(duì)較差，在低層住宅或者是別墅中有著較多的應(yīng)用。

3 樓板設(shè)計(jì)

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)來說，樓板設(shè)計(jì)在便于施工等一般性建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)具備相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度，特別是抗裂性能，以此來滿足建筑物的抗?jié)B和抗漏需要。其次還應(yīng)具備較好的隔音及防火性要求。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)所采用的樓板形式主要有預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土疊合樓板、現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板以及壓型鋼板組合樓板等幾種。

對(duì)于現(xiàn)澆鋼筋混凝土來說，其樓板的整體性能較好，但是施工周期相對(duì)較長(zhǎng)且模板花費(fèi)較大。在此過程中可以采用鋼梁或者是鋼桁架作為模板支撐架，以此來提升現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的施工速度。

4 內(nèi)外墻設(shè)計(jì)

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)墻體設(shè)計(jì)的過程中，為了有效的減輕結(jié)構(gòu)自重，通常情況下不宜采用黏土磚或者是自重較大的材料，在當(dāng)前工程中所采用的主要是自承重式的空心砌塊、輕鋼龍骨石膏板、玻璃纖維增強(qiáng)水泥板、加氣混凝土塊以及玻璃幕墻等輕質(zhì)材料。

作為鋼結(jié)構(gòu)住宅的基本圍護(hù)結(jié)構(gòu)，外墻設(shè)計(jì)應(yīng)基本滿足建筑結(jié)構(gòu)的防水、防火、抗凍及承載要求。在進(jìn)行外墻材料選擇的過程中，還應(yīng)有效的突出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，采用與結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單有效的方式，確保墻體風(fēng)荷載或者是地震荷載能夠有效的向框架傳遞。

5 防腐及防火設(shè)計(jì)

當(dāng)前階段所采用的鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)防火措施主要有外包混凝土、外涂防火涂料以及外包防火板等幾種，其中外包混凝土是應(yīng)用較多且防腐、防火性能較好的措施，但是該種方法會(huì)在一定程度上增加建筑物的自重并延長(zhǎng)施工工期；外包防火板能夠根據(jù)梁柱形狀的不同進(jìn)行包裹處理，其耐久性要優(yōu)于防火涂料，但是價(jià)格相對(duì)較高；防火涂料可能根據(jù)不同的耐火極限要求進(jìn)行不同厚度的涂刷，但是其耐久性與建筑物本身相比相對(duì)較低且后期維護(hù)費(fèi)用較大。

6 鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)方案優(yōu)化比較

6.1 工程概況

該工程建筑總體方案為地下一層、地上兩層，總建筑面積為317.12㎡。地面室高度為2.7m，地上部分一層層高為3.6m，二層為3m，總建筑高度為9.4m。該鋼結(jié)構(gòu)建筑物的室內(nèi)外高差為0.45m。該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6，凍土深度為3m，采用條形基礎(chǔ)進(jìn)行地下室設(shè)計(jì)，混凝土為C30。

6.2 設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)性比較

方案一：選用H型鋼柱——H型鋼梁框架體系。梁柱連接部分采用剛性連接和半剛性連接，樓板采用現(xiàn)澆混凝土。柱截面HW200×8×12，主梁截面HN300×150×6.5×9、HN250×125×6×9、HN350×175×6×9。

方案二：該方案采用無比鋼結(jié)構(gòu)體系。桁架柱截面200×200、桁架弦桿40×40×1.2、桁架腹桿40×1.2，桁架梁高300×400×500、桁架弦桿40×40×1.2、桁架腹桿40×1.2。

兩種結(jié)構(gòu)體系造價(jià)比較：方案一，柱6.15 t，梁7.29t，總計(jì)13.44t，每平方米用鋼量42.38kg，主材每平方造價(jià)254.28元；方案二，柱5.68t，梁4.78t，總計(jì)10.46t，每平方米用鋼量33.0kg，主材每平方造價(jià)330元。

7 結(jié)語

從以上分析來看，方案一的綜合效益整體上優(yōu)于方案二，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)的過程中，除了以加強(qiáng)對(duì)以上部分的控制外還應(yīng)因地制宜的選用同結(jié)構(gòu)體系相配套的墻體維護(hù)材料從而進(jìn)行更好的鋼結(jié)構(gòu)住宅造價(jià)控制。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄭廷銀，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系初探[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，2（25）：68-74.

作者簡(jiǎn)介：鄭慶輝（1982-），男，工程師，主要從事：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。