解析多高層鋼結構住宅的建筑技術與工程應用

徐建東

摘 要：隨著社會經濟的迅猛發展，建筑業前進腳步也越來越快。在住宅建筑施工技術中，鋼結構技術是城鄉建設和住房建設中值得重要推廣的新型技術。在民用住宅中，鋼結構體系是一種綠色環保的新型建筑結構，具有明顯的經濟效益和社會效益，值得我們在多層和小高層住宅中積極推廣。

關鍵詞：多高層住宅；鋼結構體系；社會效益

鋼結構較與統住宅建筑結構形式相比，不僅具有建筑布局靈活、商品化程度高、質量高、工期短、造價低、抗震等多項優勢，它更是一種綠色環保的新型建筑結構體系，因此深受廣大建筑師以及開發商的青睞，在西方發達國家中早已經被廣泛應用。隨著我國經濟的快速發展，人們對建筑行業的要求也越來越高，為了滿足人們日益增長的住房需求，實現我國住宅建筑行業與國際接軌，應該大力推廣鋼結構住宅建筑技術，這對于多高層鋼結構住宅已勢在必行。

1 多層及高層鋼結構住宅的建筑結構體系

多高層住宅建筑鋼結構建筑體系主要是由承重鋼結構建筑體系、樓面結構建筑體系以及維護結構建筑體系三部分構成。

1.1 承重鋼結構建筑體系。

1.1.1 承重鋼結構建筑體系主要分為：（1）框架結構建筑體系。它的主要特點是受力非常明確，平面布置也非常靈活，能夠給建筑提供較大的室內空間，而且它每個部分的剛度也較為均勻，具有很大的延性。由于鋼框架結構建筑的自振周期比較長，因此它對地震作用就不是很敏感，所以鋼框架結構建筑的抗震性能非常好。此外，其內部結構也相對簡單，構件容易標準化、定型化，施工速度快。但是鋼框架結構建筑是典型的柔性結構體系，它的側向剛度差，因此容易引起非結構構件的破壞。（2）框架支撐結構建筑體系。為了增強鋼框架的側向剛度，有效抵擋水平載荷，減少層與層之間位移，我們通常在墻體平面布置由角鋼或者鋼槽構成的垂直支撐體系。支撐設置的位置要合適，為了保證與建筑設計互相協調，一般布置在窗臺下到下層窗頂之間，這樣一方面具有隱蔽性，另一方面又能夠滿足支撐體系的需要。綜合各方面因素，考慮到門窗的布置，可以采用W形、X形、K形、人字形以及門式等多種形式。在設計時可根據建筑物的高度以及水平作用力的情況來調整支撐的數量、形式以及剛度。為了增強鋼框架的側向剛度，支撐可以沿著建筑物同一平面施四周環向封閉布置，使之形成一個封閉的加強箍。偏心支撐在地震作用下具有非常好的延性以及耗能性，可以在強震區廣泛采用。（3）新型抗側力建筑體系。新型抗側力建筑體系中包括鋼框架——抗剪衍架結構建筑體系，并與管道井、電梯井或者樓梯間的墻角布置形成鋼框架混凝土核芯筒結構體系。它使鋼框架與抗剪衍架以及剪力協同工作承擔水平荷載，以此保證結構水平位移控制在規范允許的范圍內。抗側力構建可以是抗剪衍架、剪力墻或者是抗剪鋼板剪力墻等等。設計時可根據建筑物的高度以及水平力情況選擇不同的抗側力體系。

1.1.2 承重鋼結構建筑體系的適用范圍：（1）三層及三層以下的低層建筑住宅：輕型鋼框架結構建筑體系；冷彎薄壁型剛密排柱結構建筑體系。（2）四層至六層的多層建筑住宅：鋼框架結構建筑體系；鋼框架——支撐結構建筑體系；鋼框架——混凝土剪力墻結構建筑體系。（3）七層至十二層中高層的建筑住宅：鋼框架——支撐結構建筑體系；鋼框架——混凝土剪力墻結構建筑體系；鋼框架——混凝土核芯筒結構建筑體系。（4）十三層至三十層的建筑住宅：鋼框架——支撐結構建筑體系（偏心耗能支撐）；鋼框架——抗剪衍架結構建筑體系；鋼框架——混凝土核芯筒結構建筑體系；鋼框架——帶豎縫預制混凝土剪力墻結構建筑體系；鋼框架——抗剪鋼板剪力墻結構建筑體系。

1.1.3 承重鋼結構建筑體系的設計原則。承重鋼結構建筑體系的結構設計應該遵循強柱弱梁、強節點弱構件的設計原則進行。在實際設計中，如果很難滿足強柱弱梁的設計，那么滿足軸壓比的要求也可以。框架主梁的材料一般都可以選擇熱軋或者是高頻焊接H型鋼，次梁則是可以有多種作法。框架的柱子材料可以選擇熱軋或者是焊接工字鋼、H型鋼、方鋼管或者是冷彎薄壁型鋼以及輕型熱軋型鋼。為了節約材料，降低成本，框架柱也可以選擇在空鋼管里面澆筑高強素混凝土形成的鋼管混凝土框架柱代替前面所選擇的材料，這種鋼管混凝土還具有非常好的受力性能、抗震性能以及耐火性能，較之前面選擇的材料能夠在鋼量方面節省50%，造價方面降低約45%。

1.2 樓面結構建筑體系。樓面結構主要是由鋼梁以及樓面板兩部分構成。為了保證樓蓋有足夠的強度和穩定性，應該盡量采用技術和構造措施來減輕樓板自身重量，樓板應該具有非常好的隔熱、隔音、保溫、防水以及防火性能。為了保證鋼梁整體穩定性，樓面主梁和次梁都應采取緊湊型構造措施，并且要和樓面板緊密聯系。目前主要采用的樓板形式主要有壓型鋼板——現澆混凝土組合樓板和預制預應力混凝土疊合樓板兩種。

1.3 圍護結構建筑體系。對于鋼結構建筑住宅而言，內外墻的造價大約占總造價的30%，對整個鋼結構住宅的造價影響較大。在節約成本的同時還要滿足建筑節能要求，所以圍護墻體要具有強度高、保溫隔熱性能好、安裝可靠、持久耐用經濟合理等特征，因此要采用輕質材料。外墻可以采用ALC板、SRC復合保溫墻板、工廠預制的標準化輕質墻板和玻璃幕墻等。內墻則可以采用ALC輕質砌塊、輕鋼龍骨石膏板、夾層復合板等。屋面的材料可以和樓面材料一致，也可以使用彩色壓型鋼板防水屋蓋，這種屋蓋一方面具有非常好的防水防腐效果，另一方面還能起到屋面隔熱的保溫作用，豐富建筑物的外部造型。

2 鋼結構住宅的特點及其綜合效益

鋼結構建筑住宅與傳統住宅建筑相比具有非常明顯的技術、經濟以及社會綜合效益，結合自身特點分析如下：

2.1 鋼結構建筑輕質高強，抗震性能好，造價低。與傳統的磚混結構體系及混凝土結構體系相比，鋼結構建筑的抗拉、抗剪強度相對較高，自重約為鋼筋混凝土結構的1/3，具有非常好的抗震特點。因此，一方面能節約鋼材，另一方面還可以降低成本。

2.2 構件安裝方便快捷，能夠縮短工期。鋼結構住宅構件非常的輕巧，運輸安裝便捷，施工周期比傳統施工縮短1/3，加速了資金的周轉，很大程度上提高了投資效益。

2.3 節能環保優勢。鋼結構住宅建筑所采用的材料都是綠色環保型材料，在建筑物需要拆除時，鋼材能夠實現回收再利用，這就減少了建筑垃圾，也不會污染周邊環境，有利于生態環境。

3 鋼結構建筑的典型工程在國內的應用

3.1 北京西三旗水電工程宿舍，建筑總面積2532平方米，6層H型鋼，鋼框架——剪力墻結構體系，壓型鋼板組合樓面，自承重砌體外墻，鋼筋混凝土獨立基礎加連系梁，構件采用防火涂料加砂漿覆面。

3.2 上海現代房產公司建造幾萬平方米的多高層輕鋼結構住宅，其中多層住宅采用冷彎矩形鋼管柱和帽型冷彎型鋼梁組成框架體系；高層住宅采用矩形鋼管混凝土柱和帽型冷彎型鋼組合梁組成的框架體系，樓板采用密布燕尾鋼筋混凝土組合板。

4 結語

綜上所述，鋼結構建筑住宅與傳統住宅建筑相比具有非常明顯的經濟效益。住宅建筑施工技術中，鋼結構技術是城鄉建設和住房建設中值得推廣的新型技術。民用住宅鋼結構體系是一種綠色環保的新型建筑，具有非常明顯的經濟性，值得在多層或小高層住宅中積極推廣。

參考文獻

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