多層輕鋼住宅結構體系與設計

■鐘 貴 ■贛州市城鄉規劃局贛州經濟技術開發區分局，江西 贛州 341000

1 輕鋼住宅在我國的發展

(1)多層輕鋼住宅的歷史介紹。我國的輕鋼住宅結構起步并不算晚，在我國已經發展了已有20 多年的歷史，在發展多層輕鋼住宅時，由于受到科技和經濟等因素的影響，使多層輕鋼住宅發展受到制約。我國最早的輕鋼住宅主要出現于上海地區，于1994 年十一月建立的八層輕鋼結構住宅，并采用冷彎型的U 型鋼和句型鋼管混凝土組合而成的框架，這個框架主要是利用單位面積為34 千米每平方的樓板組件合成的。我國住宅產業化的探索基地主要是我國天津經濟開發區太平村，它主要是采用框架結構的鋼結構住宅，它的墻體和樓頂都是采用復合結構，現場安裝，提前預制，這大大縮短了施工工期。

(2)以長沙大集團的鋼結構公寓和馬鋼住宅實驗樓為例。具有號稱“集成化建筑”的長沙大集團的鋼結構公寓，是把中央空調為一體機組等的現代化設備，室內的設計決定了住宅的質量和個性，這說明輕鋼結構住宅在我國有很好的發展前景，當前，我國把住宅產業作為我國經濟的主要的增長點，這也是提高我國公民住宅質量的發展點，現在我們以我國的某輕鋼住宅來說明我國的技術指標。以馬鋼住宅實驗樓為實例，它主要是采用H 型鋼的結構形式，結構體系主要是采用12 層的框架支撐體系，其中有6 層的鋼框架和6 層的框剪體系，這種新型的建筑體系，是我國多層輕鋼住宅發展最為重要結構體系。

2 多層輕鋼住宅的優勢

(1)抗震性較好。我國現在的多層輕鋼住宅主要是采用輕型且特性優良的的型材，這種材料的剛度比較強且相對承載力特別的好，最重要的是抗震性特別的好，而且還可以省去大量的材料和費用，這些擁有很多優點的住宅建筑受到居民的良好應用，特別是在頻繁地震的地區的效果更為明顯。

(2)建筑造型簡單且美觀，構建截面尺寸較小，凈使用面積增加。當樓板的組合作用使用組合扁梁時，可以增加凈使用面積，而且多層輕鋼住宅的鋼材強度比較高，可以提供較大的柱網布置。最主要的是這種住宅還可以讓設計師有改造的余地，并為居民的居住空間提供了靈活的分隔。

(3)供貨迅速，安裝方便，比混凝土結構的工期減少一半。當前，工人的工資比較高，減少工期間接地減少企業的資金，而且現在的企業基本上都是貸款建造，由于貸款利率比較高，因此現在這種形式下，我們只能早投產，早投資，這樣才能降低工程的總造價，增加企業的投資收益。

(4)裝備化程度高，建設快速、高效，且質量有保障。現代的科技較為發達，因此裝備也越來越先進，這為我國的工程提供了很大的方便，比如:縮短施工工期等，且質量比以前好了很多。

(5)墻鋼結構是一種綠色的環保結構。輕鋼結構不論是在使用或者生產過程中都有很好的利用性，而且能源消耗的比較低，污染物也比較少，噪音小，它利用率和循環性很高的綠色環保結構。

3 多層輕鋼住宅體系與結構的設計特點

(1)多層輕鋼住宅體系主要分為鋼框架混凝土剪力墻體系、純鋼礦街體系、框架支撐體系和周圍抗側力體系等。

①抗側力結構體系。用于48 層的純框架體系，主要是由工字型梁和箱型柱組成，抗側力結構體系的側向剛度不太強，但它的空間布局有較好的靈活性，采用雙向鋼接的純框架，可以增加對自身的側移度，可以讓建筑的延性更好，但是由于雙向剛接的結構比較雜亂，因此節點也會比較復雜，嚴重影響了建筑的美觀性，所以說多層輕鋼住宅不能應用于端板連接。

②框架支撐體系。框架支撐體系和抗側力結構體系的結構相似，主要由工字型梁組成，采用交叉向的鋼接純框架，所以節點比較簡單，在橫向時，梁柱節點為鋼接，在縱向時，梁柱節點為鉸接，雖然節點比較簡單但是抗側移剛度不強。

③框架鋼混凝土剪力墻。框架鋼混凝土剪力墻主要應用于小型的高層住宅，為了加強建筑物的側向剛度，一般都是將樓梯設計成鋼筋混凝土墻，而且還可以有效解決火災問題，如果發現鋼結構的中心出現偏移等問題，我們可以設置鋼支撐來解決扭轉的問題。

④周圍抗側力體系。這種體系在我國多層輕鋼住宅中并沒有實現，這種體系主要在美國等發達國家發展，它主要適用于建筑正方形的結構，而且它的最大的特點是采用建筑軸線和剛架柱強軸的垂直，這種體系也可以用用于框架支撐體系中，為了把梁柱的鉸接轉換為剛接，我們把剛架柱扭轉90 度，在這基礎上一定要注意把縱向的支撐去掉，這樣鋼架柱起到了豎向支撐和抗風柱的作用。

(2)樓面屋蓋結構。多層輕鋼住宅的樓面和屋蓋結構的強度比較好，同時提高了屋內的凈高度，此外，樓面屋蓋結構主要采用的是壓型鋼板混凝土樓蓋，由于它的剛度比較強且能提高房屋凈高度，所以受到了我國居民的良好好評，且是我國發展的主要的樓蓋形式。

(3)墻體結構。大多數住宅的墻體結構都是采用輕型的墻體材料加工而成的，因為這種材質能防止外音的進入，所以受到居民的歡迎。墻體結構有兩種形式:一、自承重式墻體結構，這種形式的墻體結構主要應用于內墻的石膏板等和外圍護結構的太空板等。二、非自承重式墻體結構，這種形式的墻體結構的主要材料是彩色壓型鋼夾芯板等，但是采用這種形式的墻體結構需要懸掛外圍式結構，

(4)多層輕鋼住宅的防火。鋼材是一種耐溫性不好的材料，當溫度超過400 度小于600 度時，鋼材會變形且為常溫的一半，當溫度達到600 度時，鋼材會喪失全部的鋼度，所以我們必須研究出抗溫性較高的鋼材質，而且還要采用更好的防火措施保護，目前，我國主要有防火涂料法、隔離法、實心包裹法和膨脹漆覆蓋法四種。

4 工程實例

(1)工程背景介紹。以安徽的某示范樓為實例，其建筑面積是5000 平方米，它的純鋼框架結構是七層，其中它的長寬各為78m、17m，它的層高是三米，采用的是焊接工字形梁，樓面活載荷為2.1kNm2.輕型屋面恒載荷是0.4kNm2，屋面活荷載是0.3kNm2，設計地震強烈度為8 度。這個示范樓有五個居住單位，采用平面的布置形式，建筑面積分別為150 平方米和110 平方米，這五個單元都是采用組合扁梁的大廳，減少了結構層高，對于住宅的樓板防止，需要計算施工時的偏心荷載。(2)計算方法與基本要求。采用單向板的多層輕鋼住宅，一般都采用縱橫向的荷載分布，在計算時，宜采用三維空間的計算模式，而采用的樓板都是普通的樓板，沒有考慮到各個樓板之間的相互作用，計算過程中采用的是三維梁單元，且采用ANSYS 軟件來計算分析的。(3)計算分析。在計算中，不能改變剛架梁的截面形式，此外，由于基本風壓比較小，所以我們要采取合適的方法計算以來控制工況。

5 結論

看到實例的示范樓，我們可以知道現代的多層輕鋼住宅樓比以前的住宅有抗震性好、質量好、高效性強等一系列的優點，綜合的來說可以提高企業的綜合效益，有廣闊的應用前景，但是，還有一些問題需要我們去解決:(1)雖然多層輕型住宅在我國有很好的應用前景，但是輕型鋼結構的造價比較高，因此，我們還需科技人員去研究一些去優化設計的方法來降低鋼結構的使用量，這樣也可以進一步的降低工程資源問題。(2)我國對多層輕鋼住宅的一些設計數字還不夠標準，因此我們必須進行一些標準化的研究，而外國的一些發達的國家早就有工業化的住宅，我國必須抓緊進行標準化的研究。(3)人們對多層輕鋼住宅的認識還不夠，認為鋼結構的住宅沒有安全感，認為鋼結構很單薄，這些錯誤的認識對我國的多層輕鋼住宅的發展有很大的阻礙性，因此，提高居民認識是我們發展多層輕鋼住宅的前提，這樣我國的多層輕鋼住宅才會慢慢地發展起來。

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［3］周徐紅.多層清輕型住宅結構體系與設計［J］.工業建筑，2012(17):34-50.