高层钢结构住宅结构体系及抗震性能探析

王志勇　杨光耀

【摘 要】高层钢结构住宅结构体系中采用以钢材制作为主，并由型钢和钢板制成的钢梁以及钢柱等构件组成，这些构件会通过焊缝、铆钉以及螺栓等方式进行固定。高层钢结构住宅结构体系正是以其强度高、重量轻、可靠性高、易安装、密封性好等优点被现今大型建筑所采用，并取得了较好的效果。我国是在新中国成立之后才开始大规模的进行钢的冶炼，相比于西方发达国家而言有较大的技术差异，但是我国经过长期的实践过程之后在钢的冶炼和安装方面都取得了非常大的成就，并逐渐接近国际水平。高层钢结构住宅建筑数量的多少往往体现出了一个国家的经济实力，我国的钢产量处于世界领先地位，但是钢材没有得到较好的利用。使用钢结构进行建筑可以比混凝土建筑结构性能更加好，而且施工周期明显缩短、建造价格较低。但是我国目前高层钢结构住宅的施工过程中存在这较多的问题，以至于存在了较大的安全隐患。尤其是在高层钢结构住宅的结构以及抗震性能方面需要进行更深入的探讨，要使得高层钢结构住宅的安全性得到有效的保障。

【关键词】高层钢结构；结构体系；抗震性能

一、钢结构住宅的特点及其优势

1、钢材本身具有高硬度、高强度、自身质量轻的特点，在和混凝土结合下产生了之前不具有的功能，不仅可以扩大建造的横向、纵向空间，而且还可以减轻建筑物的质量，有益于城市高层建设。不仅如此，在地震时钢结构可以延缓墙壁的倒塌，具有一定的抗震功能。2、可以扩大建筑空间，充分利用土地资源。钢材具有高强度、高硬度的特点，与混泥土的结合可以减少墙壁和梁柱的厚度，能够充分分隔有效空间。而传统的砖块混凝土结构受材料的限制，造成了墙厚、梁柱厚，既减小了空间又影响了房屋整体美观。3、造价低且施工方便。随着我国钢产量的不断提升，钢材的价格也在下滑，再加上钢材自身独特的优势，减少了施工整体材料的使用量，这就直接降低了成本。其次，钢结构材料机械化程度高，大大提高了施工的效率缩短工期，也间接降低了施工成本。4、钢材可以回收重复利用，符合可持续发展的方针。在拆迁建筑物时，钢材可以进行回收回炉冶炼，再生产加工投入市场。5、钢结构住宅可工业化生产。钢结构构件可以预先在工厂实行工业化生产，生产方便且速度快，而且便于施工现场的安装，使在施工现场作业量减小。同时，由于施工机械化程度高，提高了施工效率。

二、高层钢结构住宅结构体系

1、钢框架结构体系

钢框架结构体系是较为常见的，钢框架结构體系所指的是沿着纵、横方向的框架来作为承重的主要结构，钢结构框架结构体系能够使得建筑物的空间得到最大程度的利用。而且钢框架结构体系的受力部位非常明确，构造也非常简洁，安装过程中非常简单，在钢材生产过程中能够进行批量化生产。但是钢框架结构体系的抗震能力较差，对于15层以上的住宅尽量避免使用钢框架结构。

2、钢框架—支撑结构体系

钢框架-支撑结构体系主要是利用框架结构作为基础，并在住宅中布置相关数量的竖向结构来支撑，这就使得钢框架-支撑结构体系能够承受水平力和侧向力，这种结构相对于钢框架结构体系而言有着较好的抗震性能，而且在进行高层刚结构住宅的建造中所耗用的资金也较少，利于更高层数的施工。但是钢框架-支撑结构体系在施工过程中的施工难度较大，支撑的不合理也会使得建筑的布局存在局限性。

3、钢框架—剪力墙结构体系

剪力墙也可称为抗风墙或者抗震墙，在住宅结构中主要是承受地震作用引起的水平荷载，能够有效的防治住宅结构受到剪切的破坏。在高层钢结构住宅中合理的运用剪力墙能够使其更加稳固，使得高层钢结构住宅能够承受更大的负荷。

钢框架—剪力墙结构体系中竖向的负荷是依靠钢框架承担的，而横向的荷载是钢框架和剪力墙共同承担的。当然剪力墙也分为多种形式，有的是钢板结构的剪力墙、钢板混凝土组合的墙板或者钢筋混凝土剪力墙，钢框架—剪力墙结构体系能够使得高层钢结构住宅结构能够抵御更强的推力，并能够承受更大的地震中的剪力。这样就能够使得高层钢结构住宅的高度得到更大的提高，但是在地震发生时容易使得住宅的局部出现破坏的情况。

4、钢框架—混凝土核心筒体系

钢框架-混凝土核心筒体系主要是钢筋混凝土的芯筒和钢框架共同组成的混合结构体系，钢框架—混凝土核心筒体系与钢框架—剪力墙结构体系有很多的相似之处，这种结构体系能够承受较大的荷载。钢框架—混凝土核心筒体系中核心筒主要是承担横向荷载，并占据其中90%以上的荷载，而钢框架主要是承担竖向荷载。这种结构体系在高层钢结构住宅的建设当中运用的非常广泛，而且其施工过程中能够有效的节省材料，更大限度的降低了工程造价。但是这种结构体系中钢框架与核心筒的关联性不够紧密，即在较大的地震作用下核心筒遭到破坏，那么钢框架也就无法抵御地震的冲击。

5、交错桁架结构体系

交错桁架结构体系主要是由柱子、桁架以及楼面板所构成的，通常柱子是固定在建筑的外围，而桁架则是固定在柱子上，楼面板则是固定在桁架的上弦与下弦中。交错桁架结构体系对于搞成钢结构住宅的空间占用较小，其中横向荷载是由桁架承担的，柱子主要是承受轴力。虽然交错桁架结构体系能够更大限度的节省住宅面积，但是其结构较为复杂，施工难度偏大，不易于在高层钢结构住宅中进行施工。

三、实现建筑结构抗震水平设计的措施

1、基础性防震措施应用

基础性防震措施根据建筑的结构的不同位置有着不同的措施：地基隔震。地基隔震是在建筑地基与土层之间设置缓冲层，以便在地震发生时减小建筑与土层之间的震动碰撞，实现对震能的有效吸收和反射作用，减小地震对建筑物的破坏。

目前，我国最常使用的地基隔层为沥青原料隔震层；基础隔震。基础隔震是整个建筑结构抗震设计中的关键，想要降低地震对建筑物的破坏，就必须要做好基础隔震措施。在对建筑基础采取抗震措施时，为了减小地震对上部结构的破坏，需要在建筑物的上部结构和基础位置接触处设置隔震层，防止地震力由地基处向上部结构传播，降低地震对建筑上部结构的破坏。

基础抗震装置一般采用混合隔震装置、基底滑移隔震装置和夹层橡胶隔震装置等；间层隔震。间层隔震是為了吸收地震的冲击余力而设置的，间层隔震的有效设置能够对震力进行再次削减，以达到降低地震对建筑的破坏作用。

间层隔震一般都安装在原始结构层上，其实我国最早使用的的抗震措施，具有施工操作简单的优势；悬挂隔震。悬挂隔震是通过悬挂的方式，将建筑物全部或部分结构脱离地面，从而在地震出现时，降低地面震动与建筑物之间的震力作用。目前，此种抗震措施多用于大型钢结构建筑当中，收到了较为不错的抗震效果。

2、机敏减震支撑体系

机敏减震支撑体系是集成现代科技技术的防震系统，其利用活塞运动的原理，对建筑结构进行设计。在地震灾害发生时，保证建筑结构中的内、外钢能够通过不断的滑动来消减地震的破坏力，减轻震力破坏和消耗地震作用力的传导。目前，这项技术还在不断的研究和完善当中，相信其很快就能够实现有效的应用，为建筑抗震设计水平的提升做出贡献。

3、效能减震技术应用

效能减震是实现对地震所产生动能的消耗，来减轻地震能的传导大小，从而降低其对建筑物的破坏程度。目前，在此技术方面一般采用消能器和阻尼器，两种器械都能够实现地震能量的有效消耗和吸收，减小震力对建筑主体的破坏，以达到对建筑主体结构安全、稳性定的保护。目前，效能减震技术在我国建筑防震设计中得到了有效的应用，其在新建筑的防震设计和旧建筑的抗震加固方面，都起到了良好的效果。

结束语

钢结构住宅体系安全稳定且施工方便简捷，在现代建筑施工中得到了广泛的应用，但在实际设计和施工中仍存在着许多问题，要想整体上提高我国钢结构的工程质量就必须解决钢结构住宅体系中的严重不足。本文研究仅是一个起步，我国钢结构住宅体系还存在诸多问题，以下几个方面需要继续研发。

参考文献：

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