钢结构住宅设计探讨

钢结构住宅设计探讨

朱正

山东济南250000

摘要：随着社会经济的飞速发展及人们日益提高的生活水平，钢结构住宅的出现是建筑业发展的必然趋势。钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构，广泛应用大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中。钢结构住宅是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以轻质墙板等新型材料作为围护结构和内隔墙建造而成的，与其他结构相比在各方面都具有明显优势。所以，钢结构住宅将是未来建筑发展重要内容。以下就钢结构住宅的设计问题展开谈论。

关键词：钢结构住宅；设计探讨

1钢结构住宅的特点

1.1抗震性。钢结构住宅良好的抗震性主要表现在其钢材的塑性、韧性以及延性上，其具有着较长的自振动且自重较轻，在结构的变形作用下不会产生突然间的断裂。其次，钢结构住宅设计结构体系之间的连接都为柔性连接，在地震发生情况下墙体的变形可以抵消一部分的地震荷载。

1.2抗裂性。由于钢材本身属于一种延性材料，其在温度变化情况下并不会产生相应裂缝。同时在当前的新型钢材发展应用过程中，采用的ALC、CS板等材料都有着较轻的自重和较好的保温隔热优势，能够有效较少沉降造成的裂缝。

1.3耐久性。在钢结构住宅设计中，耐腐蚀镀锌钢板的运用使得了钢结构设计的耐久性和防腐性得到了较大程度的提升，并且通过合理的钢结构构造，有效的避免了木结构中出现的泛潮及虫害等问题的出现。

2钢结构住宅设计的结构形式

2.1框架。该种体系在当前的多层钢结构住宅设计中有着较为广泛的应用，其主要是将纵横向都设成钢框架，并且门窗设置相对较为灵活，能够提供较为开阔的空间，为用户的二次设计提供了便利。钢框架主要考虑的是楼盖的组合作用，通常情况在4-6层底层住宅中有着较多的应用。

2.2框架支撑体系。通常情况下在风载或者是地震多发区，为了有效的提升住宅结构体系的抗侧刚度，会采用框架支撑体系来提升结构的轴交支撑或者是偏交支撑效果。该种体系实质上为多重抗侧体系，且体形较小。

2.3框架剪力墙体系。在低层和多层住宅中，可以采用钢筋混凝土剪力墙或者是钢板剪力墙体系。当前阶段更为理想的是一种空腹结构板的抗侧结构，其与钢框架有着更为可靠的连接性并且能够形成新型建立墙。除此之外，国外开发的交错桁架体系也是较为新颖的结构形式。

2.4冷弯薄壁型钢体系。该种结构体系的构件主要采用薄钢板冷弯成C形或者是Z形构件，其即可以单独使用也可以进行组合运用，杆件之间主要依靠自攻螺钉进行连接，具有良好的节点刚性特征，但是其抗侧能力相对较差，在低层住宅或者是别墅中有着较多的应用。

3钢结构住宅的设计流程

3.1判断结构是否适合用钢结构

钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。在选用结构设计方案前应先判断是否适合使用钢结构设计，以免造成不必要的经济损失。

3.2结构选型与结构布置

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是概念设计，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。

3.3预估截面

布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。这也是设计方案的重要环节。

3.4结构分析

钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能，这为更精确的分析结构提供了条件。

3.5构件设计

构件的设计首先是材料的选择。通常主结构单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过。

3.6节点设计

连接节点的设计是钢结构容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。

4钢结构住宅体系的设计措施

4.1钢结构承重体系的分类

钢结构承重体系的分类有很多种类，但是应用于住宅体系结构的形式主要有纯框架结构体系、钢框架—支撑结构体系、空间错列桁架结构体系等钢结构体系。其中纯钢架结构体系是指纵横方向的主要是框架作为抵抗水平抗侧力和承重的构件组成的结构体系，这种结构形式的特点主要是可以形成较大的使用空间、平面布置灵活以及钢结构各部分的刚度均匀，构件简单，施工容易等特点。钢框架支撑结构的体系主要是在框架体系中的部分框架柱之间设立竖向的支撑形成的支撑框架，在住宅建筑的设计中采用这种形式的建筑特点是支撑结构可以承载很大的水平力，抗震性能好等优点，这种结构形式主要使用于30到40层的高层住宅的建筑。空间错列列桁架结构体系主要是由房屋的跨度和外侧的柱子等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度和建筑楼层的层高相等，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板的一端放在桁架的上弦，另一端放在相邻桁架的下弦。这种钢结构的特点主要是实用性能好，并且经济。这种钢结构形式一般使用于15到20层的中高层住宅的建筑。

4.2围护结构与主体结构设计的一体化

在国外的住宅建筑中，常见的住宅体系的设计是维护结构与主体结构设计的一体化。在住宅建筑中采用这种结构形式的特点是具有良好的防水性和防腐蚀性，并且屋面的保温隔热效果比较好，而且还可以使建筑的外形丰厚。但是我国的住宅体系，通常把维护结构的设计和主体结构的设计分开进行设计，这样不仅经济效果不好，而且还会增加工期。

4.3楼板结构体系的设计

楼面的结构主要有楼面板和钢梁组合而成的，钢结构住宅在设计的过程中，必须应该保证楼板有足够的强度和刚度以及整体稳定性，并且还应该具有防火、隔音以及防水、防腐蚀性能等。在现在的钢结构的楼板结构体系中，主要有以下几种形式：

（1）预制预应力混凝土叠合楼板，这种结构形式主要是指将钢梁与预制预应力混凝土的薄板进行连接，然后在上面浇混凝土薄板形成的叠合装配整体结构。这种结构形式的特点主要是机械化程度高、运输吊装方便，可以采用高强度钢材和预应力技术。

（2）压型钢板混凝土组合楼板，这种结构形式，主要采用蝶形压型的钢板楼板的总厚度应该达到130mm到150mm，并且由于组合楼板需要承受传递平衡力的作用，因此应该在钢梁与压型钢板的结合处设置栓钉，并且在设计的过程中，应该综合考虑楼板以及钢梁的组合作用，这样可以提高梁的稳定性和承载能力。

结束语

随着社会的发展，人们的观念与生活方式也将不断更新与变化，对住宅总体质量的要求也将不断提高。而钢结构住宅符合国家住宅产业化的目标，符合可持续性发展的战略，并对保护耕地、提高城市建设水平有较大作用，是我国未来住宅建筑主要发展方向。相关技术人员应不断学习积累实践经验，为即将到来的钢结构体系时代做好准备。

参考文献：

[1]姜学诗.钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J]；建筑结构,2003（06）.

[2]刘玉株.钢结构住宅技术问题讨论[J].建筑创作，2003（02）.

[3]石晶.钢结构住宅漫谈[J]．山西建筑，2007，33(10).