鋼結構設計在住宅建筑設計中的應用探討

文/鄒外輝　浙江漢林建筑設計有限公司　浙江杭州　310003

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鋼結構設計在住宅建筑設計中的應用探討

文/鄒外輝浙江漢林建筑設計有限公司浙江杭州310003

【摘要】近年來，隨著城鎮(zhèn)化進程及新農(nóng)村建設的加快，我國住宅建設工程的數(shù)量和規(guī)模越來越大，并呈現(xiàn)出多樣化、工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、綠色環(huán)保節(jié)能的特點，為了節(jié)約能源、保護環(huán)境，國家正大力推廣綠色環(huán)保節(jié)能材料在住宅建筑產(chǎn)業(yè)化中的應用。本文將從鋼結構設計在住宅建筑領域內(nèi)的應用入手，闡述當前鋼結構設計在住宅建筑設計領域中存在的問題，并提出了筆者的幾點建議，以供參考。

【關鍵詞】鋼結構；鋼結構設計；工業(yè)化；綠色環(huán)保節(jié)能

從發(fā)展趨勢來看，鋼結構是一種特別適合住宅建筑的結構：鋼結構具備建設速度快，與傳統(tǒng)混凝土住宅體系相比，不需要支模，構件工廠加工制作，受氣候影響小；鋼構件可拆卸和回收，現(xiàn)場基本沒有濕作業(yè)，不會產(chǎn)生粉塵、污水，綠色環(huán)保；鋼結構強度高、延性好，耗能能力強，抗震和抵抗水平荷載的能力強；鋼構件可工廠流水線加工，工業(yè)化程度和產(chǎn)業(yè)化程度高等一系列優(yōu)點。將鋼結構應用于住宅建筑中，對保證建筑質(zhì)量、節(jié)約建設成本起著基礎性和關鍵性作用；因此，探究、分析鋼結構設計在住宅建筑設計中的應用相當有必要；只有重視鋼結構設計在住宅建筑設計中存在的問題，并積極尋找解決問題的方法，才能發(fā)揮鋼結構優(yōu)于傳統(tǒng)結構的特性；

一、鋼結構在住宅建筑中應用的現(xiàn)狀

隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼結構已普遍在公共建筑中得到了長足的應用，但在住宅建筑中，鋼結構的應用還普遍較少,僅為國內(nèi)少數(shù)幾家工業(yè)化住宅集成商在各自領域內(nèi)探索實踐。

高層住宅方面，武漢世紀家園項目是國內(nèi)第一個真正意義上的完全鋼結構高層住宅建筑項目；正在建設中的錢江世紀城人才專項用房項目和包頭萬郡·大都城三期項目也是完全鋼結構住宅建筑的一個體現(xiàn)，這兩個項目采用了杭蕭鋼構研發(fā)的“鋼管束組合剪力墻結構體系”。青島艾菲爾花園項目是萊鋼公司在山東建設的第一座多層鋼結構住宅工程，北京大興區(qū)亦莊青年公寓也是一個多層鋼結構住宅項目；地處紹興的“寶業(yè)百年低碳工業(yè)化住宅項目”是由寶業(yè)大和公司自己研發(fā)的裝配式低層鋼結構住宅體系。

二、鋼結構在住宅建筑中應用的優(yōu)越性

基于鋼結構的性能，鋼結構在住宅建筑中的使用對于節(jié)約建設成本、提升建筑面積的利用、儲備國家戰(zhàn)略鋼材等方面有著非常重要的作用。

（1）節(jié)約建設成本：鋼結構自重比傳統(tǒng)建筑結構輕，可節(jié)省地基處理與基礎建造費用；鋼結構可工業(yè)流水線生產(chǎn)，能大量較少現(xiàn)場施工量及人工成本，可以加快現(xiàn)場施工進度，有利于建設方的資金周轉(zhuǎn)，減少貸款的利息支付；（2）提升建筑面積利用率:鋼結構的強度高、韌性好,當建筑中荷載相同時，與傳統(tǒng)的結構相比，鋼結構的跨度可以做的更大、構件截面可以做的更小，因而能減少承重構件所占面積,增加建筑使用面積；（3）化解產(chǎn)能、藏鋼于民：現(xiàn)如今,發(fā)達國家建筑用鋼量占鋼產(chǎn)量的10%～30%，我國每年建筑用鋼量僅2000多萬噸，所占比例微不足道；從“國家戰(zhàn)略儲備”角度來看，藏鋼于建筑、藏鋼于民，建造鋼結構住宅是貯備戰(zhàn)時鋼材的最好路徑；同時，住宅建筑用鋼結構也能化解當前鋼鐵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能過剩的問題；

三、鋼結構設計在住宅建筑設計領域存在的問題

隨著國家加大在住宅建筑中用鋼結構作為主要承重結構的重視和推廣，越來越多的住宅建筑正朝著用鋼結構的方向發(fā)展，而鋼結構設計作為鋼結構住宅建筑的設計質(zhì)量保證、作為控制建筑結構經(jīng)濟的考量,在整個住宅建筑中起到至關重要的作用,但是當前鋼結構設計還存在諸多的問題：

1.設計人員對鋼結構住宅建筑缺少認識

近些年，住宅建筑的發(fā)展大部分采用傳統(tǒng)結構，而采用鋼結構的方案較少，導致很大部分從事住宅建筑設計方面的人員，缺乏對鋼結構住宅建筑的了解,缺少對鋼結構住宅配套做法的掌握；

2.結構設計師水平不足

結構設計關乎到鋼結構住宅建筑的設計質(zhì)量和建設的經(jīng)濟成本， 因此結構設計師的水平尤為重要；但鋼結構住宅發(fā)展起步晚還處在發(fā)展階段，結構專業(yè)的設計人員還不足，同時設計師也缺乏鋼結構住宅設計經(jīng)驗，設計時有可能對一些結構構造處理存在紕漏，無法將工程設計到優(yōu)質(zhì)地步。

3.鋼結構住宅規(guī)范、規(guī)程還需要完善

對于設計師而言，規(guī)范、規(guī)程是指導設計的前提和依據(jù)；鋼結構住宅建筑實際工程應用較少，處于探索階段，相應的規(guī)范、規(guī)程不健全，有些還處于制定、論證中，有些僅是地方性的規(guī)范，都還需要進一步的完善形成國家規(guī)范或行業(yè)標準；比如，杭蕭鋼構自己研發(fā)的“鋼管束組合剪力墻結構體系”還處于專家論證階段；陳志華先生編寫的《鋼結構住宅設計規(guī)程》也僅是天津市的地方規(guī)范；《鋼結構住宅設計規(guī)范》（CECS 261:2009）規(guī)定的是常用鋼構件或混合構件用在住宅中的情況，已不能涵蓋當前新技術發(fā)展趨勢；

4.針對性的結構分析軟件不足

如今，結構分析軟件是做好結構設計的必備工具；一個好的分析軟件能幫助設計師更快捷、更高效的完成設計工作；而目前市面上，缺少針對鋼結構住宅設計的專門軟件,結構設計師在做鋼結構住宅設計時，需要通過等代、換算的方法將構件模擬成傳統(tǒng)結構的構件進行計算，雖然計算的結果也能符合當前的規(guī)范，但結果比較粗糙，與實際情況是否存在誤差還有待考證；

四、鋼結構設計在住宅建筑設計領域內(nèi)應用的建議

針對上述鋼結構設計在住宅建筑中存在的問題，筆者認為可以從以下幾個方面進行改進，提升鋼結構設計在住宅建筑設計領域內(nèi)的應用：

1.加大鋼結構住宅建筑的宣傳力度、進一步出臺優(yōu)惠措施

鋼結構作為住宅建筑的主體可以大大地減少施工過程中的灰塵，緩解當?shù)仂F霾的形成；國家和地方應加大力度宣傳鋼結構住宅給環(huán)境帶來的好處，讓更多的人認識鋼結構住宅，接受鋼結構住宅；同時，在鋼結構住宅已有的優(yōu)惠措施基礎上，進一步加大扶持力度,使得鋼結構住宅能形成一定的產(chǎn)業(yè)。

2.加快完善設計軟件、完善鋼結構住宅規(guī)范規(guī)程

鋼結構住宅集成商可以和軟件開發(fā)商進行合作交流：軟件開發(fā)商可以根據(jù)鋼結構集成商對鋼結構住宅領域內(nèi)前瞻性的想法、思路并結合鋼結構成熟的加工工藝，利用軟件設計人員強大的編程能力，加快進行軟件設計研發(fā)；規(guī)范規(guī)程編制部門應根據(jù)當前發(fā)展的趨勢，整合已有的鋼結構住宅設計規(guī)程，結合實際情況，盡快編制出符合鋼結構住宅設計的規(guī)范規(guī)程來指導設計。

3.加強設計質(zhì)量的監(jiān)督和管理

設計質(zhì)量的好壞直接影響到結構的施工質(zhì)量。在設計過程中，設計師應及時主動

反饋設計中存在的問題；項目負責人應本著負責任的態(tài)度時時跟蹤項目設計的進展，把握設計進度，加強各方面的溝通；設計單位應嚴格把控設計、校對、審圖三道關口；審查單位應根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范規(guī)程，認真細致的審查圖紙，防止設計單位設計的圖紙出現(xiàn)不符合規(guī)范規(guī)程的情況。

4.做好鋼結構防腐、防火措施

鋼材易腐蝕，在潮濕的環(huán)境和有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中極易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象；鋼材也不耐高溫，隨著溫度的升高，強度將降低；對于鋼結構的不足，有必要提高鋼結構的耐火等級和采取防腐措施，通常可以在鋼構件外表面刷防火涂料或采用混凝土將鋼構件包裹起來以達到防火目的；在鋼構件表面刷防腐涂料或?qū)︿摌嫾冧\來進行防腐；鋼結構設計師在設計時，一定要在圖紙上明確說明對鋼構件防腐防火的處理措施；鋼構件制作和施工時，要嚴格執(zhí)行設計要求。

結語：

社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，帶動了各行各業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)也在加快發(fā)展步伐。建筑結構設計作為保障整個建筑工程質(zhì)量的基礎，其設計水平與整個工程質(zhì)量有直接的關系；因此，加強對建筑結構設計的探討非常有必要，文中以鋼結構設計在住宅建筑設計的應用情況進行分析，探討鋼結構住宅存在的一些問題，提出針對性的幾點建議；此外，建筑行業(yè)還要充分注重對新技術的研發(fā)和應用，推動我國建筑設計水平的提升,更好的滿足現(xiàn)代建筑工程的要求，實現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標。