多層輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系與設計

■鐘 貴 ■贛州市城鄉(xiāng)規(guī)劃局贛州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)分局，江西 贛州 341000

1 輕鋼住宅在我國的發(fā)展

(1)多層輕鋼住宅的歷史介紹。我國的輕鋼住宅結(jié)構(gòu)起步并不算晚，在我國已經(jīng)發(fā)展了已有20 多年的歷史，在發(fā)展多層輕鋼住宅時，由于受到科技和經(jīng)濟等因素的影響，使多層輕鋼住宅發(fā)展受到制約。我國最早的輕鋼住宅主要出現(xiàn)于上海地區(qū)，于1994 年十一月建立的八層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅，并采用冷彎型的U 型鋼和句型鋼管混凝土組合而成的框架，這個框架主要是利用單位面積為34 千米每平方的樓板組件合成的。我國住宅產(chǎn)業(yè)化的探索基地主要是我國天津經(jīng)濟開發(fā)區(qū)太平村，它主要是采用框架結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)住宅，它的墻體和樓頂都是采用復合結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場安裝，提前預制，這大大縮短了施工工期。

(2)以長沙大集團的鋼結(jié)構(gòu)公寓和馬鋼住宅實驗樓為例。具有號稱“集成化建筑”的長沙大集團的鋼結(jié)構(gòu)公寓，是把中央空調(diào)為一體機組等的現(xiàn)代化設備，室內(nèi)的設計決定了住宅的質(zhì)量和個性，這說明輕鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國有很好的發(fā)展前景，當前，我國把住宅產(chǎn)業(yè)作為我國經(jīng)濟的主要的增長點，這也是提高我國公民住宅質(zhì)量的發(fā)展點，現(xiàn)在我們以我國的某輕鋼住宅來說明我國的技術(shù)指標。以馬鋼住宅實驗樓為實例，它主要是采用H 型鋼的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)體系主要是采用12 層的框架支撐體系，其中有6 層的鋼框架和6 層的框剪體系，這種新型的建筑體系，是我國多層輕鋼住宅發(fā)展最為重要結(jié)構(gòu)體系。

2 多層輕鋼住宅的優(yōu)勢

(1)抗震性較好。我國現(xiàn)在的多層輕鋼住宅主要是采用輕型且特性優(yōu)良的的型材，這種材料的剛度比較強且相對承載力特別的好，最重要的是抗震性特別的好，而且還可以省去大量的材料和費用，這些擁有很多優(yōu)點的住宅建筑受到居民的良好應用，特別是在頻繁地震的地區(qū)的效果更為明顯。

(2)建筑造型簡單且美觀，構(gòu)建截面尺寸較小，凈使用面積增加。當樓板的組合作用使用組合扁梁時，可以增加凈使用面積，而且多層輕鋼住宅的鋼材強度比較高，可以提供較大的柱網(wǎng)布置。最主要的是這種住宅還可以讓設計師有改造的余地，并為居民的居住空間提供了靈活的分隔。

(3)供貨迅速，安裝方便，比混凝土結(jié)構(gòu)的工期減少一半。當前，工人的工資比較高，減少工期間接地減少企業(yè)的資金，而且現(xiàn)在的企業(yè)基本上都是貸款建造，由于貸款利率比較高，因此現(xiàn)在這種形式下，我們只能早投產(chǎn)，早投資，這樣才能降低工程的總造價，增加企業(yè)的投資收益。

(4)裝備化程度高，建設快速、高效，且質(zhì)量有保障。現(xiàn)代的科技較為發(fā)達，因此裝備也越來越先進，這為我國的工程提供了很大的方便，比如:縮短施工工期等，且質(zhì)量比以前好了很多。

(5)墻鋼結(jié)構(gòu)是一種綠色的環(huán)保結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)不論是在使用或者生產(chǎn)過程中都有很好的利用性，而且能源消耗的比較低，污染物也比較少，噪音小，它利用率和循環(huán)性很高的綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)。

3 多層輕鋼住宅體系與結(jié)構(gòu)的設計特點

(1)多層輕鋼住宅體系主要分為鋼框架混凝土剪力墻體系、純鋼礦街體系、框架支撐體系和周圍抗側(cè)力體系等。

①抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。用于48 層的純框架體系，主要是由工字型梁和箱型柱組成，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度不太強，但它的空間布局有較好的靈活性，采用雙向鋼接的純框架，可以增加對自身的側(cè)移度，可以讓建筑的延性更好，但是由于雙向剛接的結(jié)構(gòu)比較雜亂，因此節(jié)點也會比較復雜，嚴重影響了建筑的美觀性，所以說多層輕鋼住宅不能應用于端板連接。

②框架支撐體系。框架支撐體系和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)相似，主要由工字型梁組成，采用交叉向的鋼接純框架，所以節(jié)點比較簡單，在橫向時，梁柱節(jié)點為鋼接，在縱向時，梁柱節(jié)點為鉸接，雖然節(jié)點比較簡單但是抗側(cè)移剛度不強。

③框架鋼混凝土剪力墻。框架鋼混凝土剪力墻主要應用于小型的高層住宅，為了加強建筑物的側(cè)向剛度，一般都是將樓梯設計成鋼筋混凝土墻，而且還可以有效解決火災問題，如果發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的中心出現(xiàn)偏移等問題，我們可以設置鋼支撐來解決扭轉(zhuǎn)的問題。

④周圍抗側(cè)力體系。這種體系在我國多層輕鋼住宅中并沒有實現(xiàn)，這種體系主要在美國等發(fā)達國家發(fā)展，它主要適用于建筑正方形的結(jié)構(gòu)，而且它的最大的特點是采用建筑軸線和剛架柱強軸的垂直，這種體系也可以用用于框架支撐體系中，為了把梁柱的鉸接轉(zhuǎn)換為剛接，我們把剛架柱扭轉(zhuǎn)90 度，在這基礎上一定要注意把縱向的支撐去掉，這樣鋼架柱起到了豎向支撐和抗風柱的作用。

(2)樓面屋蓋結(jié)構(gòu)。多層輕鋼住宅的樓面和屋蓋結(jié)構(gòu)的強度比較好，同時提高了屋內(nèi)的凈高度，此外，樓面屋蓋結(jié)構(gòu)主要采用的是壓型鋼板混凝土樓蓋，由于它的剛度比較強且能提高房屋凈高度，所以受到了我國居民的良好好評，且是我國發(fā)展的主要的樓蓋形式。

(3)墻體結(jié)構(gòu)。大多數(shù)住宅的墻體結(jié)構(gòu)都是采用輕型的墻體材料加工而成的，因為這種材質(zhì)能防止外音的進入，所以受到居民的歡迎。墻體結(jié)構(gòu)有兩種形式:一、自承重式墻體結(jié)構(gòu)，這種形式的墻體結(jié)構(gòu)主要應用于內(nèi)墻的石膏板等和外圍護結(jié)構(gòu)的太空板等。二、非自承重式墻體結(jié)構(gòu)，這種形式的墻體結(jié)構(gòu)的主要材料是彩色壓型鋼夾芯板等，但是采用這種形式的墻體結(jié)構(gòu)需要懸掛外圍式結(jié)構(gòu)，

(4)多層輕鋼住宅的防火。鋼材是一種耐溫性不好的材料，當溫度超過400 度小于600 度時，鋼材會變形且為常溫的一半，當溫度達到600 度時，鋼材會喪失全部的鋼度，所以我們必須研究出抗溫性較高的鋼材質(zhì)，而且還要采用更好的防火措施保護，目前，我國主要有防火涂料法、隔離法、實心包裹法和膨脹漆覆蓋法四種。

4 工程實例

(1)工程背景介紹。以安徽的某示范樓為實例，其建筑面積是5000 平方米，它的純鋼框架結(jié)構(gòu)是七層，其中它的長寬各為78m、17m，它的層高是三米，采用的是焊接工字形梁，樓面活載荷為2.1kNm2.輕型屋面恒載荷是0.4kNm2，屋面活荷載是0.3kNm2，設計地震強烈度為8 度。這個示范樓有五個居住單位，采用平面的布置形式，建筑面積分別為150 平方米和110 平方米，這五個單元都是采用組合扁梁的大廳，減少了結(jié)構(gòu)層高，對于住宅的樓板防止，需要計算施工時的偏心荷載。(2)計算方法與基本要求。采用單向板的多層輕鋼住宅，一般都采用縱橫向的荷載分布，在計算時，宜采用三維空間的計算模式，而采用的樓板都是普通的樓板，沒有考慮到各個樓板之間的相互作用，計算過程中采用的是三維梁單元，且采用ANSYS 軟件來計算分析的。(3)計算分析。在計算中，不能改變剛架梁的截面形式，此外，由于基本風壓比較小，所以我們要采取合適的方法計算以來控制工況。

5 結(jié)論

看到實例的示范樓，我們可以知道現(xiàn)代的多層輕鋼住宅樓比以前的住宅有抗震性好、質(zhì)量好、高效性強等一系列的優(yōu)點，綜合的來說可以提高企業(yè)的綜合效益，有廣闊的應用前景，但是，還有一些問題需要我們?nèi)ソ鉀Q:(1)雖然多層輕型住宅在我國有很好的應用前景，但是輕型鋼結(jié)構(gòu)的造價比較高，因此，我們還需科技人員去研究一些去優(yōu)化設計的方法來降低鋼結(jié)構(gòu)的使用量，這樣也可以進一步的降低工程資源問題。(2)我國對多層輕鋼住宅的一些設計數(shù)字還不夠標準，因此我們必須進行一些標準化的研究，而外國的一些發(fā)達的國家早就有工業(yè)化的住宅，我國必須抓緊進行標準化的研究。(3)人們對多層輕鋼住宅的認識還不夠，認為鋼結(jié)構(gòu)的住宅沒有安全感，認為鋼結(jié)構(gòu)很單薄，這些錯誤的認識對我國的多層輕鋼住宅的發(fā)展有很大的阻礙性，因此，提高居民認識是我們發(fā)展多層輕鋼住宅的前提，這樣我國的多層輕鋼住宅才會慢慢地發(fā)展起來。

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