钢结构住宅建筑的技术性探讨

毛 毅 (延安大学西安创新学院，陕西 西安 710100)

钢结构住宅建筑的技术性探讨

毛 毅 (延安大学西安创新学院，陕西 西安 710100)

由于钢结构住宅建筑具有建设周期长、环保效果好、能耗低等优点，因而大力发展钢结构住宅是实现住宅建筑产业化的有效途径。分析了钢结构住宅建筑用钢及其结构类型，阐述了钢结构住宅建筑的结构体系与选型原则，并指出了钢结构住宅建筑的设计要点，以便为钢结构住宅建筑技术的研究提供参考。

钢结构住宅建筑；结构设计；选型

当前，住宅建筑主要采用传统结构体系，诸如砌体结构、钢筋混凝土框架式结构等，其主要存在建设周期长、环保效果差、能耗高等问题，而钢结构建筑则具有许多优势：施工周期短、施工不受季节的影响；钢材的强度较大，其结构的截面积相对较小，有利于住宅建筑使用空间的增加；钢材能够重复使用，减少了建筑垃圾的产生，对周围环境影响较小；在建筑使用过程中便于用户灵活改造；抗震性能好、舒适感强。因此，钢结构住宅建筑的建设和发展是实现住宅建筑产业化的有效途径之一。下面，笔者对钢结构住宅建筑的技术性进行探讨。

1 钢结构住宅建筑用钢及其结构类型

1.1钢结构住宅建筑用钢基本性能要求

根据钢结构住宅建筑要求其所用钢材性能具有如下特点：①具有较高的抗拉强度，这样可以对钢材的截面积进行控制，这样有利于节省钢材，从而降低工程造价。同时，能够增加钢结构的安全性能；②具有较好的塑性，能对建筑内部局部高峰应力进行调整，使得结构内力分布更加合理，使得结构内部各个构建中存在的受力不均部分的应力趋于均匀，提高建筑整体的承载能力；③良好的加工性能(主要包括冷热加功能以及焊接性能等)。

1.2钢结构住宅建筑的钢结构类型

1) 轻型钢结构 轻型钢结构即指采用小角钢、圆钢以及薄壁型钢组合而成的钢结构。由于薄壁型钢属于轻型钢结构，因而适用于钢结构住宅建筑中。薄壁型钢的支撑件一般采用壁厚为1.5～5mm的薄钢板，在经过冷加工处理之后形成多种截面形式以及截面尺寸的钢结构制品。与热轧型钢相比，在同等截面积情况下，薄壁型钢的回转半径能够增加50%～60%，而且其截面惯性矩、抵抗力矩能提高0.5～3倍，使得材料的强度利用率增加[1]。

2) 普通型钢结构 普通型钢结构一般采用容易冶炼、成本较低的碳素结构钢、低合金钢等，其梁柱等构件的截面形式较多，主要有工字型、箱型、H型、L型和各种特殊的异型结构面。而焊接件型钢则是采用不同厚度的钢板，根据具体的建筑结构设计要求在工程中焊接加工而成，因而要根据工程项目在不同结构部位的厚度进行受力分析计算，最终确定不同结构部位的钢板厚度。虽然这种结构成型方式较为复杂，但是其与热轧一次成型结构型钢相比，能够有效地节约钢材。

2 钢结构住宅建筑的结构体系与选型原则

2.1结构体系

1)框-支撑体系 该结构体系在框架体系中沿纵向和横向均匀布置对应数量的支撑，主要包括中心支撑、偏心支撑2种基本形式。

2)框架-抗震墙板体系 该结构体系将钢框架作为主体，同时配置对应数量的抗震墙板。在墙板的配置过程中，应根据具体需要合理布置抗震墙板。由于2片以上的抗震墙并联形成较宽的横向宽度，因而抗震墙板布置可以分开布置，这样能够减小抗侧力的等效高宽比，使钢结构的抗倾覆能力得以提高。

3) 筒体体系 该结构体系根据筒体的组成、布置以及数量的不同来进行对应筒体结构的设计，主要包括桁架筒、框架筒、束筒以及筒中筒等形式。

4) 巨型框架体系 在一般的楼层支撑构件中，通常采用梁、柱等作为支撑构建，若将梁、柱等支撑扩展至整个楼层，则可以形成巨型框架体系。该体系由柱距较大的立体桁架、柱构成。整个立体桁架梁通过纵横布置的方式，形成一个空间的桁架层。通过在2层空间桁架层之间设置次框架结构的方式，承担起整个空间桁架层以及楼层载荷，然后再通过该楼层框架结构的柱子传递给各个立体桁架柱。该结构体系使得钢结构住宅建筑可以形成很大的空间，并确保住宅建筑的刚度和强度得以提高。

2.2结构选型原则

(1) 钢结构住宅建筑的平面应简单而规则，确保建筑结构各层的抗侧力刚度中心和整个建筑的质量中心相重合。

(2) 为了减小地震过程中建筑结构的扭转振动和水平震动，应对建筑平面结构尺寸进行精确设计。当采用矩形平面作为钢框筒结构时，要求其长、宽比控制在1.5∶1以下[2]。

(3) 由于钢结构比混凝土结构承受的结构变形量要大，因而结构设计过程中不宜设置防震缝，但是在整个结构的薄弱环节应采取相应措施以提高抗震能力。当必须设置防震缝时，应该保证缝宽低于对应钢筋混凝土结构建筑防震缝的1.5倍。对于框架-支撑体系的钢结构住宅建筑，其防震缝宽度可取该数值的70%；筒体体系、巨型结构体系结构住宅建筑的防震缝宽度则可取该数值的50%，但是所有缝宽都应在70mm以上[3]。

3 钢结构住宅建筑设计要点

3.1钢结构构件截面估算

当钢结构住宅建筑的结构体系与选型确定以后，需要对钢结构构件的截面积进行估算，主要包括梁、柱以及支撑的断面面积，确定其断面的形状和尺寸。对于钢粱，可以选择使用槽钢、焊接或轧制成的H型钢作为截面。根据结构载荷以及支座受力情况，钢结构截面高度通常处于整个跨度的1/20～1/50[4]。

3.2钢结构构件的连接设计

1) 柱与基础的连接 由于钢结构住宅建筑的自重相对较轻，因此采用柱下独立基础的形式，在具体设计过程中可以采用加钢筋混凝土的连系梁。当建筑地质条件较差时，一般可以采用十字交叉形式或者是条形的基础，避免采用桩基。对于柱脚，一般采用刚性连接或者插入式柱脚，并在钢柱地下部分进行外包防水混凝土处理。该连接方式施工简单，能够使载荷均匀分布并防止基础损坏。

2)梁柱之间的连接 梁柱之间的连接通常采用刚性连接、铰接、半刚性连接等方式。铰接方式的制造和安装等比较方便，但是在施工过程中需要设置对应的剪力墙等承受来自水平方向的载荷，为建筑结构提供侧刚度。对于没有设置支撑的梁柱连接，应采用刚性连接方式。对于半刚性连接，其施工比刚接方式简单，而结构性能比铰接要好，但是该方式的受力难以有效控制，需要精心施工才能达到相应的设计效果。

4 结语

在对钢结构住宅建筑的发展优势进行探讨的基础上，从钢结构住宅建筑对材料性能要求、钢结构的典型结构形式、结构体系的布置和选型等方面探讨了钢结构住宅建筑的相关技术，并对钢结构住宅建筑的设计要点进行了探讨。随着钢结构住宅建筑技术的不断进步，钢结构住宅建筑必将得到持续发展，从而使其在住宅建筑产业化过程中发挥更大作用。

[1]金建国.钢结构住宅建筑的技术分析[J].科技与生活,2010(22):24-26.

[2]张建华.浅谈钢结构住宅建筑应用技术[J].建材发展导向,2012,10(2):44-45.

[3]马悦康.钢结构住宅建筑施工技术特点分析[J].网络导报·在线教育,2012(15):176-177.

[4]王立兴.高层轻型住宅建筑钢结构的设计分析与探讨[J].企业家天地,2011(18):105-107.

[编辑] 李启栋

TU209

A

1673-1409(2013)22-0097-02

2013-05-12

毛毅(1992-)，男，现主要从事工业与民用建筑专业方面的学习。