淺議鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題

白虎林

摘要：隨著我國鋼鐵制造業(yè)和建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑中應(yīng)用的范圍越來越廣，在住宅建筑中使用鋼結(jié)構(gòu)有利于提高建筑的整體質(zhì)量，并且隨著建筑住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計難度的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)在住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計中同樣遇到了一些難題。通過對鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的研究，介紹了鋼結(jié)構(gòu)的基本情況，分析了鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題，以期提高鋼結(jié)構(gòu)在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用水平與建筑物的整體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；住宅結(jié)構(gòu)；設(shè)計問題

中圖分類號：TU391文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-109-02

前言

鋼結(jié)構(gòu)越來越多的應(yīng)用在住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，而且鋼結(jié)構(gòu)相對于其他建筑材料相比，具有一定的優(yōu)勢，既符合住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的美觀要求，同時鋼結(jié)構(gòu)具有便于回收、質(zhì)量較輕、便于施工等優(yōu)點，能夠重回收和利用。現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)正逐步應(yīng)用在住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，已經(jīng)初步取得了一定的成果，但由于鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用正處于探索階段，在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中仍然存在一些問題亟需解決。

1.鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

1.1鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系

鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要分為三類，分別是低層鋼結(jié)構(gòu)住宅、小高層和多層鋼結(jié)構(gòu)住宅、高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。

（1）低層鋼結(jié)構(gòu)住宅。別墅式低層鋼結(jié)構(gòu)住宅大部分是應(yīng)用輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系，其可以分為兩種類型，分別是冷彎薄壁型鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系和小型熱軋型鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系。冷彎薄壁型鋼龍骨結(jié)構(gòu)是由0.5至3.5毫米厚度的普通鋼板或者是鍍鋅鋼板進行冷壓和冷彎形成的，主要的形狀有c、A、L形和方形，而且卷邊也是具有多種形狀的，可以拼接成I形和T形，主要目的是提高鋼結(jié)構(gòu)截面剛度和承載力。熱軋型鋼龍骨結(jié)構(gòu)是由間距在1.2至2米的軋制矩形鋼管或者利用一定數(shù)量支撐的H型鋼柱與柱鉸接的H型鋼梁構(gòu)成的框架，其與冷彎c形結(jié)構(gòu)相似。

（2）小高層和多層鋼結(jié)構(gòu)住宅。這種類型的鋼結(jié)構(gòu)住宅進行承重的體系大部分是純框架結(jié)構(gòu)體系，這種體系是在鋼結(jié)構(gòu)垂直平面上不設(shè)置斜桿傳導(dǎo)的路徑，住宅建筑平面布置明確，制作靈活簡便，而且鋼結(jié)構(gòu)各個部分的剛度均勻，結(jié)構(gòu)簡單，但是其抗側(cè)移剛度低。

（3）高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅主要分為以下四種鋼結(jié)構(gòu)住宅體系：一是鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。主要是在鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)使用具有豎縫的鋼筋混凝土抗震墻板和預(yù)埋鋼支撐的預(yù)制鋼筋混凝土墻板，會與室內(nèi)橫隔墻相結(jié)合形成抗側(cè)力構(gòu)件；二是鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系。這種類型的體系主要是沿著房屋進深方向進行鋼支撐的布置，或者是沿著房屋的進深進行縱向布置，適用于抵抗小震和中震的抗側(cè)移剛度；三是鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)主要是使用鋼管、圓鋼管和方形管；四是空間錯列桁架結(jié)構(gòu)體系，這種鋼結(jié)構(gòu)體系的高度與樓層一致，跨度與房屋寬度一致的桁架，其支撐在房屋外側(cè)的縱列柱上，錯列布置的方式進行設(shè)置，在桁架的上弦和下弦上分別設(shè)置樓板。

1.2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件種類

鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面主要分為冷彎焊接方管截面、熱軋型鋼截面、鋼骨混凝土截面、焊接箱形截面等形式，就鋼結(jié)構(gòu)住宅柱子的形式來看，主要有圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土、方鋼管和熱軋型鋼管。

2.鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題

2.1鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計

在鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，節(jié)點設(shè)計與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計是同等重要的，所以必須充分認識到節(jié)點設(shè)計的重要性，在節(jié)點設(shè)計時給予充分的重視。鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的節(jié)點設(shè)計主要包括以下幾個部分：柱梁節(jié)點設(shè)計、柱腳節(jié)點設(shè)計、柱帽節(jié)點設(shè)計、柱與柱之間的節(jié)點設(shè)計等，在進行節(jié)點設(shè)計時，需要保證設(shè)計的安全可靠，而且使用簡單便捷、安全穩(wěn)定的施工工藝，避免出現(xiàn)施工現(xiàn)場進行焊縫連接施工。鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點形式可以根據(jù)傳力特點分為絞節(jié)點、剛性節(jié)點和半剛性節(jié)點三種，目前剛性節(jié)點和絞節(jié)點的受力性能和施工工藝比較成熟，所以廣泛應(yīng)用于住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計之中。應(yīng)用的柱梁節(jié)點設(shè)計連接，可以分析住宅結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的布置情況，根據(jù)建筑工程施工的實際情況進行設(shè)計，在住宅設(shè)計時，多層房屋的鋼結(jié)構(gòu)使用焊接工字形和箱形的截面，并且因為工字形截面焊接的模板較薄，所以大多情況下使用鉸接的形式。鉸節(jié)點的形式較為簡單，施工簡便，但是鉸節(jié)點易加大梁跨的彎矩，導(dǎo)致鋼用量增加。剛性節(jié)點的構(gòu)造較為復(fù)雜，但是可以使跨中彎矩降低，節(jié)省鋼材的使用。半剛性節(jié)點由于受力情況較為復(fù)雜，因而應(yīng)用相對較少。

2.2選擇墻體材料

通常情況來看鋼結(jié)構(gòu)自身重量較輕，布置設(shè)計靈活簡便，易于更改，因而鋼結(jié)構(gòu)在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中不宜使用傳統(tǒng)的建筑材料或者之中較大的材料，所以鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)常使用較為輕質(zhì)的材料，例如空心混凝土砌塊、加氣混凝土、壓型鋼板加輕質(zhì)保溫材料組成的復(fù)合墻體等。目前建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計使用較多的是蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板，這種材質(zhì)質(zhì)地輕便，防水、防滲透和保溫性能良好，材料的強度較高，施工簡便和可靠。在實施鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的墻體設(shè)計時，需要明確規(guī)定鋼結(jié)構(gòu)連接件的強度、尺寸以及材質(zhì)等，選擇連接方式時需要考慮墻體與主體結(jié)構(gòu)的特點，盡量使用簡易便捷的施工方法，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的施工效率。

2.3衛(wèi)生間、廚房的設(shè)計問題

鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，衛(wèi)生間和廚房的設(shè)計是比較重要的內(nèi)容之一和工作環(huán)節(jié)。由于鋼結(jié)構(gòu)自身的防腐能力較差，但是衛(wèi)生間和廚房是住宅中使用水最多的位置，所以需要做好衛(wèi)生間和廚房的防水工作。在住宅中普遍使用的防水方式是結(jié)構(gòu)防水和材料防水，相對于鋼結(jié)構(gòu)來說結(jié)構(gòu)防水的效果更好一些。根據(jù)上文來看，把衛(wèi)生間和廚房放置在框架核心筒結(jié)構(gòu)體系的核心筒內(nèi)部，以便保證良好的防水效果，但是其它住宅結(jié)構(gòu)體系的防水設(shè)計需要依據(jù)工程的實際情況進行確定，例如框架和支撐體系通常使用壓型鋼板混凝土組合時，會在墻角的位置把混凝土向上翻100至150毫米。但是由于目前鋼結(jié)構(gòu)住宅仍處于推廣階段，防水問題尚且有待進一步研究。

2.4樓梯問題

其他鋼結(jié)構(gòu)體系的建筑，樓梯大部分是使用鋼樓梯，但是住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計時，幾乎不會使用鋼樓梯，主要是因為鋼材料自身的傳音能力強，所以鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的樓梯主要運用混凝土樓梯和壓型鋼板混凝土組合樓梯。在具體的鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)樓梯設(shè)計時，特別注意樓梯梁的位置設(shè)計，可以使用6毫米的鋼折板作為踏板，澆筑混凝土，在踏板兩端使用L50x6角鋼，同時利用M12螺栓與樓梯梁進行連接，表面會出現(xiàn)強烈的音傳導(dǎo)，而且可以解決樓梯梁能否順利承重的問題，避免出現(xiàn)局部失穩(wěn)的狀況。

2.5樓蓋體系

多層房屋住宅結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)樓板需要具備較強的承載力、整體性和剛度，目前來看經(jīng)常使用的方法是在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板，之后進行鋼筋混凝土板的澆筑，繼而形成壓型鋼板組合樓板。樓蓋通常使用簡支等高的連接方式，但是偶爾也不需要做成等高連接，例如為了壓型鋼板鋪設(shè)便利，就需要在主次梁頂面相差壓型鋼板厚度，也可以提供住宅建筑的層高。此外在設(shè)計時，需要考慮鋼梁和樓板的組合情況，從而提高鋼梁的承載力和穩(wěn)定性，有利于降低鋼梁的剛度，節(jié)約鋼材，由此使工程成本降低。在進行壓型鋼板組合混凝土樓板的設(shè)計時，不僅需要計算鋼梁上焊接的栓釘，而且還要進行有效連接，連接方式可以根據(jù)壓型鋼板的縱向波槽的壓痕，亦或是根據(jù)小洞、未閉合孔眼，或者是壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋。

3.結(jié)語

綜上所述，城鎮(zhèn)化水平和人口數(shù)量的增多促進了我國建筑行業(yè)的發(fā)展，就目前來看鋼結(jié)構(gòu)在住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)用日趨廣泛，鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平也隨之不斷提高。通過對鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題的研究，有利于進一步完善鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑的設(shè)計，同時可以擴大鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的提高，有利于解決鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，由此提高我國住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平和整體質(zhì)量。