鋼結構住宅結構設計中應注意的問題及對策

莫遠昌

（華藍設計（集團）有限公司　廣西　南寧市　530011）

鋼結構住宅結構設計中應注意的問題及對策

莫遠昌

（華藍設計（集團）有限公司廣西南寧市530011）

鋼結構是我國現代建筑工程中最為普通的結構形式之一。鋼結構的強度大，抗震效果好，因此在住宅的結構設計中已經得到了廣泛的使用。本文主要介紹了將結果住宅結構設計中需要注意的事項以及對策，并借助具體案例進行了分析，以期提高鋼結構的使用性能。

鋼結構；住宅結構；問題；分析

1　引言

鋼結構于20世紀80年代引進我國的鋼結構則是鋼結構體系中極具發展潛力的一種。鋼結構住宅是以工廠化生產的鋼柱、鋼梁為骨架，以輕質墻板等新型材料等當內隔墻和圍護結構，其優勢是顯而易見的。它多用于小型民用建筑、一般商業，服務性建筑、住宅建筑以及低、多層住宅建筑等方面；近年來在地震災區等運輸不便地區的應急住房、對舊房進行加固，增層、活動式可拆遷建筑等領域得到了越來越廣泛的應用。鋼結構住宅作為社會發展的必然產物，是建筑行業的重要內容。如今人們對住房安全的要求越來越高，對住房的樣式要求也逐漸多樣化，這就為鋼結構住房的出現和發展提供了良好的契機。在鋼結構住宅建造中要尤其注意鋼結構住宅設計方案是否合理科學以及符合安全使用的標準。

2　鋼結構住宅結構設計中需要注意的問題

2.1鋼結構住宅設計必須實用、安全

在鋼結構住宅建造中要充分發揮鋼結構的優勢，住宅鋼結構的平面布置要達到對稱、規則的效果，并且對因為鋼結構而帶來的建筑平、立面單調呆板等問題要盡量避免。在設計方面，鋼結構的深度設計要符合相關規定，確保使用的安全性。鋼結構的設計應該為方便工程而做，只有合理安全、節點構造便捷可靠的鋼結構才能給構件的生產、運輸、安裝提供保障。在設計結構方案時，要盡量做到節約，使鋼結構重量不要超標。

2.2鋼結構要注意防腐與防火

鋼材料在潮濕的空氣中極易發生腐蝕，而且建筑工程鋼結構要承受極大的荷載作用，更加促進了鋼結構的疲勞，使其強度大大降低，甚至出現脆性斷裂。另外，鋼材料的耐火性能較差，實驗證明鋼的受熱后強度也會下降很快。在全負荷的情況下，普通建筑用鋼受熱為300℃后，剛體強度開始急劇下降；鋼材料將會失去穩定性的臨界溫度大約為540℃。所以鋼材一旦受熱，其諸多力學性能如屈服強度、彈性模量、抗壓能力以及荷載能力都會明顯降低。當鋼材火燒十幾分鐘后，其力學性能會低于建筑工程結構的承載應力，就會發生重大的事故，造成慘重損失。因此，在建筑工程中，一定要做好鋼結構的防腐及防火工作，這樣才能確保鋼結構的設計壽命，保證工程的質量，增加其安全性和耐久性，減少事故的發生。

2.3節點的設計

目前，想要做到鋼結構的無縫隙拼接是不可能的，有縫拼接一方面影響著可觀賞性，一方面又會對鋼結構房屋的建設質量造成威脅。為了避免嚴重問題的產生，在建設過程中，要充分重視各個層次的柱與梁的節點焊接。焊接過程中要保持節點的牢固、堅實，減少焊接的步驟，以免過多的熔化對鋼結構橫截面的質量帶來問題。

2.4衛生間和廚房方面的設計

在整個住宅設計中，使用水源最多的是衛生間和廚房。排水設施的設計對于這兩個部分非常關鍵，如果排水設施設計的不恰當，房屋就可能會被水淹，長時間的漏水會對鋼結構帶來腐蝕，從而對房屋的使用壽命造成了影響。

2.5樓梯的設計

在住宅的結構設計中，隔音效果的好壞相當重要，但是鋼結構的隔音效果比較差，不能達到人們的期待值，但是混凝土材料具有良好的隔音效果，在設計中采用混凝土材料制作樓梯結構可以有效地提升隔音效果，是人們的理想選擇。但是如果設計方面欠考慮，就會造成樓梯的不穩定，容易產生安全事故。

3　鋼結構住宅結構設計技術問題的對策

3.1針對節點焊接的對策

需在采購焊條前查明鋼結構住宅工程施工過程中所需要的具體焊條型號，然后再檢查焊條是不是符合相應的質量標準。應注意焊縫表面不可以出現焊瘤和裂紋，在一級焊縫中不可以出現咬邊和缺焊，而二級的焊縫中不可以出現夾渣與氣孔，最后試驗焊接結果。除此以外，對于不合格的焊縫不能隨便解決，應在熟悉具體技術工藝之后再進行合理的解決，盡量防止焊縫多于2次返修次數，避免影響鋼結構住宅的施工質量。針對施工單位第一次焊接的鋼種，一定要評定焊接工藝，并制定對應的焊接工藝。而且必須嚴格檢查焊工的合格證，包括焊材種類及母材、焊工合格證的有效期、焊接位置等，嚴把裝配接頭的質量關，裝配接頭的質量包括對口錯邊量、坡口質量、根部間隙等幾個方面。當焊接表面有油污、有潮濕，焊接部位受雨、風等直接侵蝕或焊接環境溫度過大時，都不能夠保證焊出高質量的焊縫。

3.2衛生間和廚房設計的對策

廚房和衛生間最大的問題就是漏水，所以在鋼結構住宅的設計的開始就要為房屋做好相應的排水設施的設計，對于材料一定要選擇防水材料，采用混凝土和鋼結構二者混合的模式進行設計。例如，框架-支撐體系需要用壓型鋼板混凝土組合樓板的時候，要在墻角的地方把混凝土向上翻出10～15cm。但是目前這種鋼結構住宅的工程實例比較少，所以該方面還需要加強研究。

3.3樓梯和樓蓋的設計的對策

混凝土質量較大，因此利用這個特征可以利用加強鋼結構的焊接技術來提高焊接的穩定性。而對于樓蓋結構被降水腐蝕的問題，則可以在鋼結構上進行抗腐蝕的涂層來進行預防，或者在鋼結構樓蓋上加蓋一層較薄的混凝土樓蓋等。

假如某工程的鋼樓梯的踏板需要用到6mm的鋼折板，上面要用混凝土進行澆筑，踏板的兩端需要用到樓梯梁和150×6角鋼的連接，一般通過M12螺栓連接。因為4cm混凝土具有良好的隔音效果，而且在槽鋼翼緣進行合金樓梯扶手的焊接，施工十分方便，所以這種方法也受到了廣泛的應用。

3.4鋼結構的防腐設計

對鋼材料進行必要的表面處理是非常重要，主要是清除掉鋼鐵表面的鐵銹層與油污等污物，對鋼鐵表面殘留的黑氧化皮尤其要清除干凈。因為這些污物可以說是鋼鐵發生電化學腐蝕的陰極，當鋼材處于潮濕環境中，就會發生腐蝕，除去后可減少腐蝕的可能。表面處理質量需確保鋼構件表面露出金屬光澤，具體參照相應的涂裝前鋼材表面預處理規范。目前，對鋼結構防腐的主要手段是在其表面涂刷防腐漆，也稱為涂層法。在進行防腐涂料的涂裝時，一定要確保涂層厚度均勻且適度、粘結牢固、無脫層、不可空鼓和漏涂。

4　高層鋼結構住宅結構設計案例

4.1工程概況

某建筑的結構坐落在廣西南寧市，為工程建筑為混合結構，高為92.1m，地上總共有30層，地下總共2層，均采用框架結構的設計。該棟結構設計使用年限是50年，安全等級為二級，抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為Ⅵ度。

4.2結構布置和結構設計

結構體系和布置如圖1。

圖1　結構體系布置

（1）建筑平面的外形宜簡單規則，宜采用方形、矩形等規則對稱的平面，并盡量使結構的抗側力中心與水平合力中心重合。建筑的開間、進深宜統一。

（2）混合結構的豎向布置宜符合下列要求：

①結構的側向剛度和承載力沿豎向宜均勻變化，構件的截面宜由下至上逐漸減小，無突變。

②對于剛度突變的樓層，如轉換層、加強層、空曠的頂層、頂部突出部分、型鋼混凝土框架與鋼框架的交接層及鄰近樓層，應采取可靠的過渡加強措施。對于型鋼鋼筋混凝土框架與鋼框架交接的樓層及相鄰樓層的柱子，應設置抗剪栓釘加強連接，另外頂層的型鋼混凝土柱也需設置栓釘。

③鋼框架-鋼筋混凝土筒體結構（見圖2）中，當采用H形截面柱時，宜將柱截面強軸方向布置在外圍框架平面內；角柱宜采用方形、十字形或圓形截面。

圖2　鋼框架-鋼筋混凝土筒體結構布置

④混合結構中，為了提高結構的抗側能力，減少側向變形，可采用外伸桁架加強層，必要時可同時布置周邊桁架。外伸桁架平面宜與抗側力墻體的中心線重合。外伸桁架應與抗側力墻體剛接且宜伸入并貫通抗側力墻體，外伸桁架與外圍框架柱的連接宜采用鉸接或半剛接。

⑤樓面宜用壓型鋼板現澆混凝土組合（或非組合）樓板、現澆混凝土樓板或預應力疊合樓板，樓板與鋼梁應可靠連接。對于樓面有較大開口或為轉換樓層時，應采用現澆樓板。對樓板開口較大部分應考慮樓板平面內變形對整體計算的影響，或采取設置剛性水平支撐等加強措施。

4.3鋼板剪力墻設計

該工程在設計初期，兩個方向的抗側剛度都沒有符合相關的要求，因為建筑的功能方面的局限性，沒有辦法設置鋼支撐和混凝土剪力墻，所以要選用別的方式來增加結構剛度，比如通過設置厚度較薄的鋼板剪力墻的方式等等。要考慮的是梁柱截面的具體數值，確保其在豎向荷載作用下是符合要求的；然后才可以在模型里加入支撐，并且還要考慮到地震、風荷載等問題，要切實保證結構整體的層間位移角等符合相關要求。

5　結束語

鋼結構是我國建筑工程鋼結構體系中極具發展潛力的一種，具有諸多優勢：構造較為簡單、重量輕、有效地節約鋼材與成本、現場安裝簡單快速、節能環保，材料可以回收、結構抗震性能強等。鋼結構住宅結構的設計應該得到進一步的研究和完善，相信不久的將來鋼結構住宅結構的設計會給社會帶來更大、更多的貢獻！

[1]王林濤.鋼結構住宅結構設計技術探討[J].城市建設理論研究（電子版），2013（31）.

[2]張淑瓊.淺析鋼結構住宅設計應注意的幾大問題[J].企業與科技，2012 （2）：16～18.

[3]郭智雯.鋼結構住宅結構設計中若干值得注意的問題探討[J].城市建設理論研究（電子版），2012（10）.

TU391

A

1673-0038（2015）10-0007-02

2014-11-26

莫遠昌（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事結構設計工作。