鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)探討

劉清鈺

（贛州市建筑設(shè)計(jì)研究院）

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)探討

劉清鈺

（贛州市建筑設(shè)計(jì)研究院）

鋼結(jié)構(gòu)住宅除了要將鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)體現(xiàn)出來之外，還要使人們對多樣化住宅功能的需求得到滿足，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該著力解決鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系和住宅房型功能需求之間存在的沖突，同時(shí)還應(yīng)與住宅建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的方式對連接部件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。基于此，本文對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和介紹，供相關(guān)人士參考。

鋼結(jié)構(gòu)住宅；住宅建筑設(shè)計(jì)；研究

1　前言

在我國住宅建筑工程高速發(fā)展的今天，有越來越多的住宅工程開始采用鋼結(jié)構(gòu)體系，在住宅工程設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)具有十分重要的地位，由于整個(gè)住宅建筑工程的質(zhì)量在很大程度上受到了設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響，因此住宅建筑設(shè)計(jì)人員必須重視鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，從而全面的提升住宅建筑工程的整體質(zhì)量。

2　鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的優(yōu)勢

2.1具有較短的設(shè)計(jì)制造周期

通過對專業(yè)化結(jié)構(gòu)分析軟件和計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)中能夠極大地縮短設(shè)計(jì)周期，而且還可以很方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)修改和調(diào)整。由于可以實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制和現(xiàn)場安裝，因此設(shè)計(jì)人員在工作室完成鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)工作之后，工廠的生產(chǎn)線就可以將后續(xù)的產(chǎn)品制作完成，因此其可以有效的縮短項(xiàng)目建設(shè)周期[1]。

鋼結(jié)構(gòu)住宅本身具有較強(qiáng)的鋼材強(qiáng)度，因此在布置的時(shí)候可以采用大開間柱的方式，靈活地分割建筑平面，通過其非承重墻體可以對室內(nèi)空間進(jìn)行靈活分割，從而實(shí)現(xiàn)開放式住宅。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)具有連接簡單的優(yōu)勢，因此可以將躍層或錯(cuò)層結(jié)構(gòu)更好地應(yīng)用在垂直平面內(nèi)。比如圖1中，在結(jié)構(gòu)布置條件相同的情況下，通過改造可以根據(jù)需要改成2室2廳2衛(wèi)或者2室2廳1衛(wèi)兩種形式。

圖1　某鋼結(jié)構(gòu)住宅戶型示意圖

2.3具有較高的抗震性能和承載強(qiáng)度

2.2便于功能區(qū)間的合理布置

在荷載相同的情況下，采用鋼結(jié)構(gòu)具有最小的截面；在截面相同的情況下，采用鋼結(jié)構(gòu)具有最大的承載力。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)本身具有較輕的重量，4層磚混結(jié)構(gòu)的重量相當(dāng)于6層輕鋼住宅的重量，所以地震對鋼結(jié)構(gòu)的影響作用比較小。

3　鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的具體設(shè)計(jì)

3.1鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面設(shè)計(jì)

（1）采用滿足規(guī)則性要求的柱網(wǎng)布置形式

鋼結(jié)構(gòu)住宅通常選擇框架結(jié)構(gòu)體系作為自身的結(jié)構(gòu)，因此不應(yīng)該采用容易出現(xiàn)較大扭轉(zhuǎn)、具有較大形心和質(zhì)心距離、軸線錯(cuò)開較多的住宅平面，應(yīng)選擇滿足規(guī)則性要求的柱網(wǎng)布置形式，應(yīng)該盡可能的選擇套型和住宅單元等作為其模塊化的實(shí)現(xiàn)單位，通過模塊的凹凸接、對稱接、錯(cuò)接、平接等一系列的拼接方式能夠與總平面布置的變化相適應(yīng)[2]。

（2）依據(jù)經(jīng)濟(jì)要求確定柱距

如果柱距過小，就會增加柱子的數(shù)量，并且進(jìn)一步地增加結(jié)構(gòu)用鋼量；而采用的柱距過大，就要相應(yīng)的設(shè)計(jì)較大的梁截面高度，這樣除了會使設(shè)備管道的通行受到影響之外，還會相應(yīng)的增加建筑高度，進(jìn)一步的加大建筑的整體造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用。在一般框架結(jié)構(gòu)中6～12m屬于較為合適的柱網(wǎng)尺寸。

（3）依據(jù)模數(shù)規(guī)定布置住宅平面

由于現(xiàn)代住宅都具有多樣性的功能要求，房間需要具有較大變化的面寬和開間，因此在結(jié)構(gòu)構(gòu)件方面結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的斷面大小、尺寸、梁、柱的用料等都會出現(xiàn)一定的差異。由于鋼構(gòu)件不能夠與傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)建筑一樣在現(xiàn)場任意增加長短，進(jìn)行自由加工，再加上其鋼節(jié)點(diǎn)的連接件具有比較多樣的尺寸變化和用料變化，因此工廠加工制作的難度相應(yīng)加大。為此在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中除了要對建筑房屋功能方面的需求進(jìn)行充分的考慮，同時(shí)還要對鋼結(jié)構(gòu)的加工、施工等相關(guān)要求予以兼顧，實(shí)現(xiàn)體系化、模數(shù)化的鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)。明確的規(guī)定房間跨度的模數(shù)，不僅對于鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算非常有利，而且還可以使連接節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)模數(shù)化[3]。

（4）靈活的進(jìn)行平面布置

鋼結(jié)構(gòu)本身具有較高的強(qiáng)度，具有高凈空、大開間的特點(diǎn)，所以在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中可以改造傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)中的承重墻，使其變成輕質(zhì)隔墻。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅隔墻實(shí)現(xiàn)了可拆改化和輕質(zhì)化，因此可以靈活地布置居住空間的大小，使住戶對住宅功能的需求得到最大限度的滿足。除了確定好的衛(wèi)浴、廚房、樓梯間等部分功能之外，可以采用輕質(zhì)隔墻針對住宅中的其他部分進(jìn)行分區(qū)，這樣在保持有限的不變體的前提下能夠?qū)o限的自由戶型設(shè)計(jì)出來，從而充分的滿足人們多樣化的住宅功能需求。相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)住宅，鋼結(jié)構(gòu)住宅在平面設(shè)計(jì)上具有十分顯著的靈活性的特點(diǎn)，包括在后續(xù)的使用、拆除或改造中都具有較大優(yōu)越性。

（5）衛(wèi)生間、廚房的合理設(shè)計(jì)

在開放性住宅設(shè)計(jì)中衛(wèi)生間廚房的設(shè)計(jì)屬于一個(gè)關(guān)鍵問題。①應(yīng)該在靠近混凝土剪力墻或混凝土核心筒的位置設(shè)計(jì)衛(wèi)生間或廚房，從而將鋼結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件避開，更好地實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件的防腐和防火處理。②為了實(shí)現(xiàn)同層檢修的目標(biāo)，可以先讓衛(wèi)生間或廚房的整體地面下沉，隨后再回填輕質(zhì)材料。如果采用衛(wèi)生盒子間、整體廚房的形式，其中已經(jīng)涵蓋了衛(wèi)生間、廚房的六個(gè)面，那么原有的地面也需要進(jìn)行下沉處理[4]。衛(wèi)生間、廚房的地面整體下沉不光是鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的一種特殊要求，而衛(wèi)生間和廚房在其他結(jié)構(gòu)形式中的設(shè)計(jì)也需要采用這種方式進(jìn)行處理，從而使上下樓層滲水的問題得以解決。③應(yīng)采用整體化的方式對衛(wèi)生間和廚房進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按照模數(shù)協(xié)調(diào)原則設(shè)計(jì)廚衛(wèi)設(shè)備；可采用工廠預(yù)制成品、現(xiàn)場組裝的方式，從而確保實(shí)現(xiàn)一次裝修到位。

3.2鋼結(jié)構(gòu)住宅的立體設(shè)計(jì)

（1）鋼結(jié)構(gòu)住宅的體型設(shè)計(jì)

受到結(jié)構(gòu)跨度需要的影響，大多數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)住宅體型都比較簡單，造成鋼結(jié)構(gòu)住宅的整體體型較為呆板，然而其比較符合節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)技術(shù)。科學(xué)地設(shè)置窗戶的位置，不僅有利于室內(nèi)的通風(fēng)，而且能夠使夜晚的涼爽氣流進(jìn)入洞口，并對室內(nèi)平面進(jìn)行覆蓋，能夠高范圍的通過人體。墻面平整并適當(dāng)?shù)脑黾酉蚰系某ㄩ_度，能夠使住宅的日照面積加大。鋼結(jié)構(gòu)住宅的體型設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于檐口、雨篷、門窗和屋頂?shù)男问阶兓矫妫w現(xiàn)與其他結(jié)構(gòu)建筑的區(qū)別，詳見圖2～3。

圖2　小高層標(biāo)準(zhǔn)段立面

圖3　多層標(biāo)準(zhǔn)段立面

（2）鋼結(jié)構(gòu)住宅的立面設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)住宅的立面設(shè)計(jì)中，墻體的個(gè)性色彩和不同材料質(zhì)感的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的配合，能夠使鋼結(jié)構(gòu)住宅具有更加富有個(gè)性的立面設(shè)計(jì)。也可以以建筑造型的需要為依據(jù)，將結(jié)構(gòu)鋼架加設(shè)在樓梯間的頂部、雨篷、陽臺和建筑入口處，并用相應(yīng)的裝飾材料進(jìn)行配合，從而獲得令人滿意的造型效果[5]。

（3）對鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面開間和外墻板的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)

鋼結(jié)構(gòu)住宅的外墻不僅應(yīng)該對各項(xiàng)技術(shù)要求進(jìn)行滿足，其模數(shù)體系也應(yīng)該與住宅平面相協(xié)調(diào)，為建筑外立面的窗洞和門洞設(shè)置提供便利。要根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求來設(shè)置外墻墻板和采光窗之間的模數(shù)關(guān)系，并保障立面造型、通風(fēng)和采光達(dá)到相應(yīng)的要求。鋼構(gòu)件與外墻板之間、外墻板之間都應(yīng)該具有方便的構(gòu)造和安全的連接，便于對構(gòu)件進(jìn)行吊裝、運(yùn)輸和制作。

4　結(jié)論

相對于傳統(tǒng)的砌筑式住宅而言，鋼結(jié)構(gòu)住宅具有施工速度快、抗震性能高、強(qiáng)度高、重量輕等一系列的優(yōu)勢，同時(shí)，鋼構(gòu)件本身的主要生產(chǎn)形式就是工廠加工，因此其很容易實(shí)現(xiàn)系列化、模數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)化。隨著對鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)研究的進(jìn)一步深化，目前鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中的各種問題會逐一得到解決，未來鋼結(jié)構(gòu)住宅必然會得到更廣泛地普及和應(yīng)用。

[1]邢文娟.某多層鋼結(jié)構(gòu)全過程施工技術(shù)探討[J].江西建材，2014（01）.

[2]侯和濤，孫燕飛，劉瑋龍.輕鋼裝配式住宅示范工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2013（05）.

[3]李耀學(xué).多層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系及性能探析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011（23）.

[4]張軍.鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系多層住宅的經(jīng)濟(jì)效益對比[J].泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（04）.

[5]白益砜.基于價(jià)值工程的鋼結(jié)構(gòu)住宅性能分析[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011（01）.

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2015-11-25