鋼結構住宅建筑的技術性探討

毛 毅 (延安大學西安創新學院，陜西 西安 710100)

鋼結構住宅建筑的技術性探討

毛 毅 (延安大學西安創新學院，陜西 西安 710100)

由于鋼結構住宅建筑具有建設周期長、環保效果好、能耗低等優點，因而大力發展鋼結構住宅是實現住宅建筑產業化的有效途徑。分析了鋼結構住宅建筑用鋼及其結構類型，闡述了鋼結構住宅建筑的結構體系與選型原則，并指出了鋼結構住宅建筑的設計要點，以便為鋼結構住宅建筑技術的研究提供參考。

鋼結構住宅建筑；結構設計；選型

當前，住宅建筑主要采用傳統結構體系，諸如砌體結構、鋼筋混凝土框架式結構等，其主要存在建設周期長、環保效果差、能耗高等問題，而鋼結構建筑則具有許多優勢：施工周期短、施工不受季節的影響；鋼材的強度較大，其結構的截面積相對較小，有利于住宅建筑使用空間的增加；鋼材能夠重復使用，減少了建筑垃圾的產生，對周圍環境影響較小；在建筑使用過程中便于用戶靈活改造；抗震性能好、舒適感強。因此，鋼結構住宅建筑的建設和發展是實現住宅建筑產業化的有效途徑之一。下面，筆者對鋼結構住宅建筑的技術性進行探討。

1 鋼結構住宅建筑用鋼及其結構類型

1.1鋼結構住宅建筑用鋼基本性能要求

根據鋼結構住宅建筑要求其所用鋼材性能具有如下特點：①具有較高的抗拉強度，這樣可以對鋼材的截面積進行控制，這樣有利于節省鋼材，從而降低工程造價。同時，能夠增加鋼結構的安全性能；②具有較好的塑性，能對建筑內部局部高峰應力進行調整，使得結構內力分布更加合理，使得結構內部各個構建中存在的受力不均部分的應力趨于均勻，提高建筑整體的承載能力；③良好的加工性能(主要包括冷熱加功能以及焊接性能等)。

1.2鋼結構住宅建筑的鋼結構類型

1) 輕型鋼結構 輕型鋼結構即指采用小角鋼、圓鋼以及薄壁型鋼組合而成的鋼結構。由于薄壁型鋼屬于輕型鋼結構，因而適用于鋼結構住宅建筑中。薄壁型鋼的支撐件一般采用壁厚為1.5～5mm的薄鋼板，在經過冷加工處理之后形成多種截面形式以及截面尺寸的鋼結構制品。與熱軋型鋼相比，在同等截面積情況下，薄壁型鋼的回轉半徑能夠增加50%～60%，而且其截面慣性矩、抵抗力矩能提高0.5～3倍，使得材料的強度利用率增加[1]。

2) 普通型鋼結構 普通型鋼結構一般采用容易冶煉、成本較低的碳素結構鋼、低合金鋼等，其梁柱等構件的截面形式較多，主要有工字型、箱型、H型、L型和各種特殊的異型結構面。而焊接件型鋼則是采用不同厚度的鋼板，根據具體的建筑結構設計要求在工程中焊接加工而成，因而要根據工程項目在不同結構部位的厚度進行受力分析計算，最終確定不同結構部位的鋼板厚度。雖然這種結構成型方式較為復雜，但是其與熱軋一次成型結構型鋼相比，能夠有效地節約鋼材。

2 鋼結構住宅建筑的結構體系與選型原則

2.1結構體系

1)框-支撐體系 該結構體系在框架體系中沿縱向和橫向均勻布置對應數量的支撐，主要包括中心支撐、偏心支撐2種基本形式。

2)框架-抗震墻板體系 該結構體系將鋼框架作為主體，同時配置對應數量的抗震墻板。在墻板的配置過程中，應根據具體需要合理布置抗震墻板。由于2片以上的抗震墻并聯形成較寬的橫向寬度，因而抗震墻板布置可以分開布置，這樣能夠減小抗側力的等效高寬比，使鋼結構的抗傾覆能力得以提高。

3) 筒體體系 該結構體系根據筒體的組成、布置以及數量的不同來進行對應筒體結構的設計，主要包括桁架筒、框架筒、束筒以及筒中筒等形式。

4) 巨型框架體系 在一般的樓層支撐構件中，通常采用梁、柱等作為支撐構建，若將梁、柱等支撐擴展至整個樓層，則可以形成巨型框架體系。該體系由柱距較大的立體桁架、柱構成。整個立體桁架梁通過縱橫布置的方式，形成一個空間的桁架層。通過在2層空間桁架層之間設置次框架結構的方式，承擔起整個空間桁架層以及樓層載荷，然后再通過該樓層框架結構的柱子傳遞給各個立體桁架柱。該結構體系使得鋼結構住宅建筑可以形成很大的空間，并確保住宅建筑的剛度和強度得以提高。

2.2結構選型原則

(1) 鋼結構住宅建筑的平面應簡單而規則，確保建筑結構各層的抗側力剛度中心和整個建筑的質量中心相重合。

(2) 為了減小地震過程中建筑結構的扭轉振動和水平震動，應對建筑平面結構尺寸進行精確設計。當采用矩形平面作為鋼框筒結構時，要求其長、寬比控制在1.5∶1以下[2]。

(3) 由于鋼結構比混凝土結構承受的結構變形量要大，因而結構設計過程中不宜設置防震縫，但是在整個結構的薄弱環節應采取相應措施以提高抗震能力。當必須設置防震縫時，應該保證縫寬低于對應鋼筋混凝土結構建筑防震縫的1.5倍。對于框架-支撐體系的鋼結構住宅建筑，其防震縫寬度可取該數值的70%；筒體體系、巨型結構體系結構住宅建筑的防震縫寬度則可取該數值的50%，但是所有縫寬都應在70mm以上[3]。

3 鋼結構住宅建筑設計要點

3.1鋼結構構件截面估算

當鋼結構住宅建筑的結構體系與選型確定以后，需要對鋼結構構件的截面積進行估算，主要包括梁、柱以及支撐的斷面面積，確定其斷面的形狀和尺寸。對于鋼粱，可以選擇使用槽鋼、焊接或軋制成的H型鋼作為截面。根據結構載荷以及支座受力情況，鋼結構截面高度通常處于整個跨度的1/20～1/50[4]。

3.2鋼結構構件的連接設計

1) 柱與基礎的連接 由于鋼結構住宅建筑的自重相對較輕，因此采用柱下獨立基礎的形式，在具體設計過程中可以采用加鋼筋混凝土的連系梁。當建筑地質條件較差時，一般可以采用十字交叉形式或者是條形的基礎，避免采用樁基。對于柱腳，一般采用剛性連接或者插入式柱腳，并在鋼柱地下部分進行外包防水混凝土處理。該連接方式施工簡單，能夠使載荷均勻分布并防止基礎損壞。

2)梁柱之間的連接 梁柱之間的連接通常采用剛性連接、鉸接、半剛性連接等方式。鉸接方式的制造和安裝等比較方便，但是在施工過程中需要設置對應的剪力墻等承受來自水平方向的載荷，為建筑結構提供側剛度。對于沒有設置支撐的梁柱連接，應采用剛性連接方式。對于半剛性連接，其施工比剛接方式簡單，而結構性能比鉸接要好，但是該方式的受力難以有效控制，需要精心施工才能達到相應的設計效果。

4 結語

在對鋼結構住宅建筑的發展優勢進行探討的基礎上，從鋼結構住宅建筑對材料性能要求、鋼結構的典型結構形式、結構體系的布置和選型等方面探討了鋼結構住宅建筑的相關技術，并對鋼結構住宅建筑的設計要點進行了探討。隨著鋼結構住宅建筑技術的不斷進步，鋼結構住宅建筑必將得到持續發展，從而使其在住宅建筑產業化過程中發揮更大作用。

[1]金建國.鋼結構住宅建筑的技術分析[J].科技與生活,2010(22):24-26.

[2]張建華.淺談鋼結構住宅建筑應用技術[J].建材發展導向,2012,10(2):44-45.

[3]馬悅康.鋼結構住宅建筑施工技術特點分析[J].網絡導報·在線教育,2012(15):176-177.

[4]王立興.高層輕型住宅建筑鋼結構的設計分析與探討[J].企業家天地,2011(18):105-107.

[編輯] 李啟棟

TU209

A

1673-1409(2013)22-0097-02

2013-05-12

毛毅(1992-)，男，現主要從事工業與民用建筑專業方面的學習。