钢结构住宅结构设计中应注意的问题及对策

2015-10-29莫远昌

建材与装饰 2015年10期

关键词：钢结构住宅结构设计

莫远昌

（华蓝设计（集团）有限公司　广西　南宁市　530011）

钢结构住宅结构设计中应注意的问题及对策

莫远昌

（华蓝设计（集团）有限公司广西南宁市530011）

钢结构是我国现代建筑工程中最为普通的结构形式之一。钢结构的强度大，抗震效果好，因此在住宅的结构设计中已经得到了广泛的使用。本文主要介绍了将结果住宅结构设计中需要注意的事项以及对策，并借助具体案例进行了分析，以期提高钢结构的使用性能。

钢结构；住宅结构；问题；分析

1　引言

钢结构于20世纪80年代引进我国的钢结构则是钢结构体系中极具发展潜力的一种。钢结构住宅是以工厂化生产的钢柱、钢梁为骨架，以轻质墙板等新型材料等当内隔墙和围护结构，其优势是显而易见的。它多用于小型民用建筑、一般商业，服务性建筑、住宅建筑以及低、多层住宅建筑等方面；近年来在地震灾区等运输不便地区的应急住房、对旧房进行加固，增层、活动式可拆迁建筑等领域得到了越来越广泛的应用。钢结构住宅作为社会发展的必然产物，是建筑行业的重要内容。如今人们对住房安全的要求越来越高，对住房的样式要求也逐渐多样化，这就为钢结构住房的出现和发展提供了良好的契机。在钢结构住宅建造中要尤其注意钢结构住宅设计方案是否合理科学以及符合安全使用的标准。

2　钢结构住宅结构设计中需要注意的问题

2.1钢结构住宅设计必须实用、安全

在钢结构住宅建造中要充分发挥钢结构的优势，住宅钢结构的平面布置要达到对称、规则的效果，并且对因为钢结构而带来的建筑平、立面单调呆板等问题要尽量避免。在设计方面，钢结构的深度设计要符合相关规定，确保使用的安全性。钢结构的设计应该为方便工程而做，只有合理安全、节点构造便捷可靠的钢结构才能给构件的生产、运输、安装提供保障。在设计结构方案时，要尽量做到节约，使钢结构重量不要超标。

2.2钢结构要注意防腐与防火

钢材料在潮湿的空气中极易发生腐蚀，而且建筑工程钢结构要承受极大的荷载作用，更加促进了钢结构的疲劳，使其强度大大降低，甚至出现脆性断裂。另外，钢材料的耐火性能较差，实验证明钢的受热后强度也会下降很快。在全负荷的情况下，普通建筑用钢受热为300℃后，刚体强度开始急剧下降；钢材料将会失去稳定性的临界温度大约为540℃。所以钢材一旦受热，其诸多力学性能如屈服强度、弹性模量、抗压能力以及荷载能力都会明显降低。当钢材火烧十几分钟后，其力学性能会低于建筑工程结构的承载应力，就会发生重大的事故，造成惨重损失。因此，在建筑工程中，一定要做好钢结构的防腐及防火工作，这样才能确保钢结构的设计寿命，保证工程的质量，增加其安全性和耐久性，减少事故的发生。

2.3节点的设计

目前，想要做到钢结构的无缝隙拼接是不可能的，有缝拼接一方面影响着可观赏性，一方面又会对钢结构房屋的建设质量造成威胁。为了避免严重问题的产生，在建设过程中，要充分重视各个层次的柱与梁的节点焊接。焊接过程中要保持节点的牢固、坚实，减少焊接的步骤，以免过多的熔化对钢结构横截面的质量带来问题。

2.4卫生间和厨房方面的设计

在整个住宅设计中，使用水源最多的是卫生间和厨房。排水设施的设计对于这两个部分非常关键，如果排水设施设计的不恰当，房屋就可能会被水淹，长时间的漏水会对钢结构带来腐蚀，从而对房屋的使用寿命造成了影响。

2.5楼梯的设计

在住宅的结构设计中，隔音效果的好坏相当重要，但是钢结构的隔音效果比较差，不能达到人们的期待值，但是混凝土材料具有良好的隔音效果，在设计中采用混凝土材料制作楼梯结构可以有效地提升隔音效果，是人们的理想选择。但是如果设计方面欠考虑，就会造成楼梯的不稳定，容易产生安全事故。

3　钢结构住宅结构设计技术问题的对策

3.1针对节点焊接的对策

需在采购焊条前查明钢结构住宅工程施工过程中所需要的具体焊条型号，然后再检查焊条是不是符合相应的质量标准。应注意焊缝表面不可以出现焊瘤和裂纹，在一级焊缝中不可以出现咬边和缺焊，而二级的焊缝中不可以出现夹渣与气孔，最后试验焊接结果。除此以外，对于不合格的焊缝不能随便解决，应在熟悉具体技术工艺之后再进行合理的解决，尽量防止焊缝多于2次返修次数，避免影响钢结构住宅的施工质量。针对施工单位第一次焊接的钢种，一定要评定焊接工艺，并制定对应的焊接工艺。而且必须严格检查焊工的合格证，包括焊材种类及母材、焊工合格证的有效期、焊接位置等，严把装配接头的质量关，装配接头的质量包括对口错边量、坡口质量、根部间隙等几个方面。当焊接表面有油污、有潮湿，焊接部位受雨、风等直接侵蚀或焊接环境温度过大时，都不能够保证焊出高质量的焊缝。

3.2卫生间和厨房设计的对策

厨房和卫生间最大的问题就是漏水，所以在钢结构住宅的设计的开始就要为房屋做好相应的排水设施的设计，对于材料一定要选择防水材料，采用混凝土和钢结构二者混合的模式进行设计。例如，框架-支撑体系需要用压型钢板混凝土组合楼板的时候，要在墙角的地方把混凝土向上翻出10～15cm。但是目前这种钢结构住宅的工程实例比较少，所以该方面还需要加强研究。

3.3楼梯和楼盖的设计的对策

混凝土质量较大，因此利用这个特征可以利用加强钢结构的焊接技术来提高焊接的稳定性。而对于楼盖结构被降水腐蚀的问题，则可以在钢结构上进行抗腐蚀的涂层来进行预防，或者在钢结构楼盖上加盖一层较薄的混凝土楼盖等。

假如某工程的钢楼梯的踏板需要用到6mm的钢折板，上面要用混凝土进行浇筑，踏板的两端需要用到楼梯梁和150×6角钢的连接，一般通过M12螺栓连接。因为4cm混凝土具有良好的隔音效果，而且在槽钢翼缘进行合金楼梯扶手的焊接，施工十分方便，所以这种方法也受到了广泛的应用。

3.4钢结构的防腐设计

对钢材料进行必要的表面处理是非常重要，主要是清除掉钢铁表面的铁锈层与油污等污物，对钢铁表面残留的黑氧化皮尤其要清除干净。因为这些污物可以说是钢铁发生电化学腐蚀的阴极，当钢材处于潮湿环境中，就会发生腐蚀，除去后可减少腐蚀的可能。表面处理质量需确保钢构件表面露出金属光泽，具体参照相应的涂装前钢材表面预处理规范。目前，对钢结构防腐的主要手段是在其表面涂刷防腐漆，也称为涂层法。在进行防腐涂料的涂装时，一定要确保涂层厚度均匀且适度、粘结牢固、无脱层、不可空鼓和漏涂。

4　高层钢结构住宅结构设计案例

4.1工程概况

某建筑的结构坐落在广西南宁市，为工程建筑为混合结构，高为92.1m，地上总共有30层，地下总共2层，均采用框架结构的设计。该栋结构设计使用年限是50年，安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为Ⅵ度。

4.2结构布置和结构设计

结构体系和布置如图1。

图1　结构体系布置

（1）建筑平面的外形宜简单规则，宜采用方形、矩形等规则对称的平面，并尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合。建筑的开间、进深宜统一。

（2）混合结构的竖向布置宜符合下列要求：

①结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化，构件的截面宜由下至上逐渐减小，无突变。

②对于刚度突变的楼层，如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层，应采取可靠的过渡加强措施。对于型钢钢筋混凝土框架与钢框架交接的楼层及相邻楼层的柱子，应设置抗剪栓钉加强连接，另外顶层的型钢混凝土柱也需设置栓钉。

③钢框架-钢筋混凝土筒体结构（见图2）中，当采用H形截面柱时，宜将柱截面强轴方向布置在外围框架平面内；角柱宜采用方形、十字形或圆形截面。

图2　钢框架-钢筋混凝土筒体结构布置

④混合结构中，为了提高结构的抗侧能力，减少侧向变形，可采用外伸桁架加强层，必要时可同时布置周边桁架。外伸桁架平面宜与抗侧力墙体的中心线重合。外伸桁架应与抗侧力墙体刚接且宜伸入并贯通抗侧力墙体，外伸桁架与外围框架柱的连接宜采用铰接或半刚接。

⑤楼面宜用压型钢板现浇混凝土组合（或非组合）楼板、现浇混凝土楼板或预应力叠合楼板，楼板与钢梁应可靠连接。对于楼面有较大开口或为转换楼层时，应采用现浇楼板。对楼板开口较大部分应考虑楼板平面内变形对整体计算的影响，或采取设置刚性水平支撑等加强措施。

4.3钢板剪力墙设计

该工程在设计初期，两个方向的抗侧刚度都没有符合相关的要求，因为建筑的功能方面的局限性，没有办法设置钢支撑和混凝土剪力墙，所以要选用别的方式来增加结构刚度，比如通过设置厚度较薄的钢板剪力墙的方式等等。要考虑的是梁柱截面的具体数值，确保其在竖向荷载作用下是符合要求的；然后才可以在模型里加入支撑，并且还要考虑到地震、风荷载等问题，要切实保证结构整体的层间位移角等符合相关要求。