鋼結構住宅的設計

摘 要：本文主要在對鋼結構住宅的特點以及幾種主要的鋼結構住宅結構形式分析的基礎上，從樓板設計、內外墻設計以及防腐防火設計等三個方面入手，探討鋼結構住宅設計。

關鍵詞：鋼結構住宅；結構形式；樓板設計；內外墻設計

鋼結構住宅主要是采用工廠化的H型鋼梁及鋼柱作為承重骨架，并通將新型隔熱、保溫及高強的墻體材料作為圍護結構，從而形成的優化節能環保型住宅，其更符合綠色生態建筑的結構形式特征，具有著較好的綜合經濟效益。

1 鋼結構住宅的特點

（1）抗震性。鋼結構住宅良好的抗震性主要表現在其鋼材的塑性、韌性以及延性上，其具有著較長的自振動且自重較輕，在結構的變形作用下不會產生突然間的斷裂。其次，鋼結構住宅設計結構體系之間的連接都為柔性連接，在地震發生情況下墻體的變形可以抵消一部分的地震荷載。

（2）抗裂性。由于鋼材本身屬于一種延性材料，其在溫度變化情況下并不會產生相應裂縫。同時在當前的新型鋼材發展應用過程中，采用的ALC、CS板等材料都有著較輕的自重和較好的保溫隔熱優勢，能夠有效較少沉降造成的裂縫。

（3）耐久性。在鋼結構住宅設計中，耐腐蝕鍍鋅鋼板的運用使得了鋼結構設計的耐久性和防腐性得到了較大程度的提升，并且通過合理的鋼結構構造，有效的避免了木結構中出現的泛潮及蟲害等問題的出現。

2 鋼結構住宅設計的結構形式

（1）框架。該種體系在當前的多層鋼結構住宅設計中有著較為廣泛的應用，其主要是將縱橫向都設成鋼框架，并且門窗設置相對較為靈活，能夠提供較為開闊的空間，為用戶的二次設計提供了便利。鋼框架主要考慮的是樓蓋的組合作用，通常情況在4-6層底層住宅中有著較多的應用。

（2）框架支撐體系。通常情況下在風載或者是地震多發區，為了有效的提升住宅結構體系的抗側剛度，會采用框架支撐體系來提升結構的軸交支撐或者是偏交支撐效果。該種體系實質上為多重抗側體系，且體形較小。

（3）框架剪力墻體系。在低層和多層住宅中，可以采用鋼筋混凝土剪力墻或者是鋼板剪力墻體系。當前階段更為理想的是一種空腹結構板的抗側結構，其與鋼框架有著更為可靠的連接性并且能夠形成新型建立墻。除此之外，國外開發的交錯桁架體系也是較為新穎的結構形式。

（4）冷彎薄壁型鋼體系。該種結構體系的構件主要采用薄鋼板冷彎成C形或者是Z形構件，其即可以單獨使用也可以進行組合運用，桿件之間主要依靠自攻螺釘進行連接，具有良好的節點剛性特征，但是其抗側能力相對較差，在低層住宅或者是別墅中有著較多的應用。

3 樓板設計

對于鋼結構住宅設計來說，樓板設計在便于施工等一般性建筑結構設計要求的基礎上，還應具備相應的強度和剛度，特別是抗裂性能，以此來滿足建筑物的抗滲和抗漏需要。其次還應具備較好的隔音及防火性要求。當前鋼結構住宅設計所采用的樓板形式主要有預應力鋼筋混凝土疊合樓板、現澆鋼筋混凝土樓板以及壓型鋼板組合樓板等幾種。

對于現澆鋼筋混凝土來說，其樓板的整體性能較好，但是施工周期相對較長且模板花費較大。在此過程中可以采用鋼梁或者是鋼桁架作為模板支撐架，以此來提升現澆鋼筋混凝土樓板的施工速度。

4 內外墻設計

在進行鋼結構住宅圍護墻體設計的過程中，為了有效的減輕結構自重，通常情況下不宜采用黏土磚或者是自重較大的材料，在當前工程中所采用的主要是自承重式的空心砌塊、輕鋼龍骨石膏板、玻璃纖維增強水泥板、加氣混凝土塊以及玻璃幕墻等輕質材料。

作為鋼結構住宅的基本圍護結構，外墻設計應基本滿足建筑結構的防水、防火、抗凍及承載要求。在進行外墻材料選擇的過程中，還應有效的突出鋼結構的優勢，采用與結構連接節點簡單有效的方式，確保墻體風荷載或者是地震荷載能夠有效的向框架傳遞。

5 防腐及防火設計

當前階段所采用的鋼結構住宅設計防火措施主要有外包混凝土、外涂防火涂料以及外包防火板等幾種，其中外包混凝土是應用較多且防腐、防火性能較好的措施，但是該種方法會在一定程度上增加建筑物的自重并延長施工工期；外包防火板能夠根據梁柱形狀的不同進行包裹處理，其耐久性要優于防火涂料，但是價格相對較高；防火涂料可能根據不同的耐火極限要求進行不同厚度的涂刷，但是其耐久性與建筑物本身相比相對較低且后期維護費用較大。

6 鋼結構住宅設計方案優化比較

6.1 工程概況

該工程建筑總體方案為地下一層、地上兩層，總建筑面積為317.12㎡。地面室高度為2.7m，地上部分一層層高為3.6m，二層為3m，總建筑高度為9.4m。該鋼結構建筑物的室內外高差為0.45m。該地區的抗震設防烈度為6，凍土深度為3m，采用條形基礎進行地下室設計，混凝土為C30。

6.2 設計方案經濟性比較

方案一：選用H型鋼柱——H型鋼梁框架體系。梁柱連接部分采用剛性連接和半剛性連接，樓板采用現澆混凝土。柱截面HW200×8×12，主梁截面HN300×150×6.5×9、HN250×125×6×9、HN350×175×6×9。

方案二：該方案采用無比鋼結構體系。桁架柱截面200×200、桁架弦桿40×40×1.2、桁架腹桿40×1.2，桁架梁高300×400×500、桁架弦桿40×40×1.2、桁架腹桿40×1.2。

兩種結構體系造價比較：方案一，柱6.15 t，梁7.29t，總計13.44t，每平方米用鋼量42.38kg，主材每平方造價254.28元；方案二，柱5.68t，梁4.78t，總計10.46t，每平方米用鋼量33.0kg，主材每平方造價330元。

7 結語

從以上分析來看，方案一的綜合效益整體上優于方案二，在進行鋼結構住宅建筑設計的過程中，除了以加強對以上部分的控制外還應因地制宜的選用同結構體系相配套的墻體維護材料從而進行更好的鋼結構住宅造價控制。

參考文獻：

[1]周學軍，鋼結構與鋼筋混凝土結構住宅的經濟性分析[J].山東建筑工程學院學報，2001，4（19）：77-80.

[2]鄭廷銀，鋼結構住宅體系初探[J].南京工業大學學報，2003，2（25）：68-74.

作者簡介：鄭慶輝（1982-），男，工程師，主要從事：建筑結構設計。