浅析建筑工程中钢结构施工技术的应用

刘 洋

（廉江市住宅建筑工程公司，广东 廉江 524400）

钢结构是指以钢材为材料做成受力构件的结构，强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好、节能环保及工业化程度高这些特点都是钢结构建筑的优点，因此其成为了我国十五期间重点推广的项目之一。近几年，建筑业蓬勃发展尤其是城市建筑，由于城市的地理条件所限，高层钢结构工程便开始成为了城市建筑业的主流。

1 多高层钢结构住宅的结构体系

多高层住宅建筑的钢结构体系与传统的砖混结构体系、混凝土结构体系有很大的不同，它主要由承重钢结构体系、楼面结构体系和围护结构体系等组成。

1.1 承重钢结构体系

1.1.1 体系的分类

（1）钢框架结构体系。其特点是受力明确，平面布置灵活，为建筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度较均匀，具有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好，结构简单，构件易于标准化、定型化，施工速度快，但框架结构属典型的柔性结构体系，其侧向刚度差，易引起非结构构件的破坏。

（2）钢框架—支撑结构体系。为了提高钢框架的侧向刚度，有效地抵抗水平荷载，减少层间位移，通常在墙体平面内布置由角钢或槽钢构成的垂直支撑体系，当房屋较高时，较纯框架经济。支撑设置的位置要合适，为了与建筑设计相协调，一般布置在窗台下至下层窗顶之间，既隐蔽又能满足支撑体系的需求。考虑到门窗的布置，可采用W形、X形、K形、人字形和门式等形式。支撑与框架铰接，按拉杆或压杆设计。设计时可根据建筑物高度及水平力作用情况调整支撑的数量、形式和刚度。为了有效地提高钢框架的侧向刚度，支撑应沿建筑物同一平面四周环向封闭布置，以形成一个封闭的加强箍。偏心支撑在地震作用下具有较好的延性和耗能性能，可在强震区采用。

（3）交错桁架结构体系。由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。由于两开间布置一榀桁架，且中间无柱子，所以非常适合要求各单元灵活布置的住宅、旅馆建筑。同时，因为桁架隔层布置，减小了桁架弦杆引起的局部弯矩，使柱在框架平面内的弯矩很小，主要受轴力，有利于减小柱的断面尺寸，框架的横向刚度大，侧向位移小。

1.1.2 适用范围

（1）3层及以下的低层住宅：①轻型钢框架结构体系；②冷弯薄壁型钢密排柱（轻钢龙骨，C形或Z形檩条）结构体系。

（2）4～6层多层住宅：①钢框架结构体系；②钢框架—支撑结构体系：③钢框架—混凝土剪力墙结构体系。

（3）7～12层中高层住宅：①钢框架—支撑结构体系；②钢框架—混凝土核芯筒结构体系。

（4）13～30层高层住宅：①钢框架—支撑结构体系；②钢框架—抗剪桁架结构体系；③钢框架—混凝土核芯筒结构体系；④钢框架—带竖缝预制混凝土剪力墙结构体系；⑤钢框架—抗剪钢板剪力墙结构体系。

1.1.3 设计原则

承重钢结构体系的结构设计宜遵循强柱弱梁、强节点弱构件的一般设计原则，在具体设计时，若较难满足强柱弱梁的设计公式，则满足轴压比要求也可。框架主梁的材料一般可选用热轧或高频焊接H型钢，次梁可以有多种做法。框架柱子的材料一般可选用热轧或焊接工字钢、H型钢、方（箱形）钢管、圆钢管或冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢。为了节约钢材，降低造价，框架柱也可采用在空钢管内浇筑高强素混凝土而形成的钢管混凝土框架柱。由于钢管混凝土柱结合了钢柱与混凝土柱的优点，具有良好的受力性能、抗震性能和耐火性能。其单柱的轴向承载力大幅提高，使钢柱截面尺寸大幅减小。与H型钢柱相比，用钢量可节省约50%，造价约降低45%。

1.1.4 连接形式

框架横梁与柱在强轴方向适于采用刚性连接；而在弱轴方向宜结合支撑布置采用钢管柱设计方案。钢框架梁柱节点连接的构造形式为：①螺栓连接；②焊接连接；③栓、焊混合连接。焊接节点的连接刚度大，混合节点次之，螺栓节点的连接刚度较小，但螺栓连接的安装施工速度最快，且在现场拼接和安装时，施工质量容易保证。主梁与次梁之间一般也采用铰接，在连接构造上以焊接和高强度螺栓连接为主，也可采用栓、焊混合的连接方式：梁腹板用高强度螺栓连接，翼缘用焊接，可先用螺栓安装定位，再对翼缘施焊。

1.2 楼面结构体系

楼面结构由钢梁和楼面板组合而成。楼盖除了将竖向荷载直接分配给墙、柱外，更主要的作用是参与并保证和抗侧结构的空间协同作用。因此，必须保证楼盖有足够的强度、刚度和整体稳定性，同时应尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重，并提高施工速度。作为民用住宅的楼面结构，楼板还应具有较好的隔热、隔声、保温、防水和防火性能。为了保证钢梁的整体稳定性，楼面主、次梁应采取紧凑型构造措施。目前主要采用的楼板形式有：

（1）压型钢板—现浇混凝土组合楼板。整体分析时要考虑组合楼板的各向异性对框架梁的影响：①根据楼板设置情况确定是连续板或简支板，传力路径是单向还是双向；②组合钢梁是按强边还是弱边组合造成的刚度差异。

（2）预制预应力混凝土叠合楼板。即钢梁与预制预应力混凝土薄板连接，上浇混凝土薄板以组成叠合楼板。由于这种楼板不仅具有现浇组合楼盖的整体性，还可以省去压型钢板，也无需支模，施工方便，可降低楼板造价，应为首选。

（3）围护结构体系内外墙的造价约占钢结构住宅总造价的30%，对钢结构住宅的造价影响很大，同时，为减轻结构自重，满足建筑节能要求，充分发挥钢结构住宅的优势，其围护墙体要满足自重轻、强度高、保温隔热性好、安装可靠、经久耐用、经济合理的要求，故应采用轻质材料。

2 钢结构住宅的特点和综合效益

2.1 结构轻质高强，抗震性好，工程造价低

钢材的抗拉、抗剪强度相对较高。钢结构住宅可以充分发挥钢材自重轻、强度高、延性好、塑性变形能力强、抗震性能好的特点，不仅所受的重力和地震作用小，从而减小梁、柱截面尺寸，节约钢材，而且还可以降低造价和运输安装费用。

2.2 外部造型美观，空间布局灵活，建筑功能增强

由于钢材轻质高强的特点，便于形成大柱距、大开间的建筑空间，灵活地分隔和布置室内的分区，更好地满足现代住宅建筑的使用功能要求，与砖混结构或混凝土结构相比，其有效使用面积可提高10%～15%。建筑造型可丰富多彩，也可简洁明快。

2.3 易于改造，管线布置方便

钢结构的内部分割、接高、加固等较为灵活。钢梁的腹板允许穿越小于一定直径的管线，加之结构空间的孔洞与空腔，使管线布置、更换、修理方便。

2.4 符合节能环保要求

钢结构住宅建筑所用材料主要是环保型绿色可回收或易降解的材料，在建筑物需拆除时，钢材可全部回收利用，大大减少了建筑垃圾，对周围环境污染小，利国利民。

综上所述，住宅建筑的钢结构体系不仅具有轻质高强、抗震性好而降低基础造价、抗震费用和运输安装费用的优点，而且还具有构件安装便捷、施工周期缩短、加快资金周转、提高投资效益，建筑布局灵活合理，增加有效使用面积，提高建筑使用功能，质量易保证、商品化程度高等技术和经济综合优势。

3 结束语

钢结构住宅是一种环保型绿色住宅建筑体系，它在国内外的快速发展符合住宅产业化的发展趋势。钢结构体系具有轻质高强、抗震性好、基础造价低、施工周期短、质量易保证、商品化程度高、外形美观、适用性广、建筑布局灵活合理、增加有效使用面积、提高建筑使用功能、节约能源、符合环保等明显的技术、经济和社会综合效益。它有利于促进节能环保型建材的开发和拉动冶金行业内需。所以钢结构住宅建筑必将具有更广阔的发展前景。