轻型钢结构住宅的应用研究

刘 彬 陈小亮

(1.浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 311231； 2.杭州市市政工程集团有限公司，浙江 杭州 310006)



轻型钢结构住宅的应用研究

刘 彬1陈小亮2

(1.浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 311231； 2.杭州市市政工程集团有限公司，浙江 杭州 310006)

论述了轻型钢结构住宅的优势，以绿城·海南陵水威斯汀酒店工程为例，从钢结构柱、楼板、节点、抗震等方面，分析了轻型钢结构住宅的设计要点，指出该项目利用轻型钢结构体系实现了大空间的艺术效果。

轻型钢结构，住宅，节点设计，艺术效果

0 引言

轻型钢结构住宅特点决定了其发展的巨大潜力，在未来将成为我国新型城市化建设中住宅建筑发展的新方向。随着建筑产业化发展、轻钢技术导则和轻钢规范的相继发布，轻钢住宅必将会得到飞速发展。通过对轻型钢结构在具体工程中的应用研究，可以使轻型钢结构的设计水平得到提高，从而推动我国住宅建设产业化发展。

对比传统的钢筋混凝土结构住宅，轻型钢结构住宅的巨大的优势[1]在于：

1)轻型钢结构构件制作工业化程度非常高，从而能推动住宅产业化的形成[2]。轻型钢结构住宅的建造方法不仅可以加快现场施工进度，还可以降低对周围环境的破坏。

2)轻型钢结构住宅能带来比较高的综合效益，在实际的建造过程中，轻型钢结构住宅的造价明显低于钢筋混凝土房屋的造价。轻型钢结构构件可以减轻结构自重、制作简单，且部分材料可以二次利用、施工周期短，从而加快资金的周转。

3)轻型钢结构住宅具有突出的抗震性能。轻型钢结构住宅自重轻、延性高[3]，属于柔性结构体系，因此，该结构承受地震作用较小，能有效的减少地震作用带来的负面影响。

4)轻型钢结构住宅体系能自由布置空间，实现住宅功能的多样性。较钢筋混凝土结构而言，轻型钢结构柱距较大、构件截面较小，可根据使用者需要，对空间灵活分隔和布置。

1 设计要点

轻型钢结构住宅设计的关键在于主要构件设计要点的实现。

1.1 钢结构柱

低多层轻型钢结构柱多用于大开间的设计，其所承受的荷载除了轴向力外，主要是来自两个方向的弯矩作用，这就对钢结构柱的截面有了较高的要求。轻型钢结构柱一般用热轧或高频焊接型钢来进行设计；当钢结构柱在两个方向承受弯矩较大时，可以采用箱形截面；当钢结构柱承受荷载较小时，一般采用轻型热轧型钢或冷弯薄壁型钢[1]。除此之外，轻型钢结构柱的设计还要考虑强柱弱梁的实现。

1.2 轻型钢结构楼板

轻型钢结构住宅楼板应具有良好的平面整体刚度、较小的结构自重、便捷的制作安装，且在施工过程中尽量采用不拆模作业，从而加快现场的施工进度，体现轻型钢结构住宅的优势。同时，还要进一步提高钢结构楼板的隔声、防火性能，并对管线的铺设做好前期的设计。

1.3 轻型钢结构节点设计

轻型钢结构节点按照传力的形式不同，可以做成铰接、刚接、半刚接。前两种形式的连接方式施工工艺相对成熟，应用比较广泛；后一种形式的连接方式在实际施工中较难实现，需结合相应的实验才能操作。无论哪种连接方式，都必须使结构分析中采用的模型和实际施工的节点保持一致性。一般来说，梁、柱连接在框架强轴方向采用刚性连接，在弱轴方向采用铰接连接，在构造上分别以焊接和螺栓连接为实现形式。

1.4 轻型钢结构住宅抗震设计

轻型钢结构住宅体系侧向刚度较小，需要设置一些侧向支撑。侧向支撑通常分布在开洞空间的四周或其他合适的位置(例如分户墙)，支撑的形式可以是钢筋混凝土剪力墙，也可以是桁架，从而形成钢框架结合剪力墙结构形式，或者是钢框架结合桁架结构形式，从而有效控制结构的水平位移。

2 工程实例

2.1 项目简介

绿城·海南陵水威斯汀酒店位于海南省陵水县新村镇，建筑主体紧邻海面，与海岸线相距约200 m～300 m。项目主要由1栋9层(局部8层)酒店主楼以及多幢1层附属用房组成。附属的单层裙房位于主楼南侧的部分主要为餐厅、大堂等观景公共空间，造型设计为贝壳状顶盖；主楼北侧裙房为较松散的呈圆弧状排列的单层建筑，为酒店的商务空间。建筑设计整体构思寓意海的元素——“海带、散落的贝壳”。活力中心作为酒店的配套设施，为酒店打造一个适合全年龄层次的平价休闲餐饮区，内含海鲜餐厅、儿童活动中心、家庭俱乐部以及恒温泳池，在不同的时段提供不同内容的餐饮与酒吧服务，营造最具人气的场所(见图1，图2)。

2.2 设计要点

1)本项目设计追求大空间的艺术效果，上部利用钢结构柱、梁截面小的优点，营造一种现代的艺术气息。在这个项目中，充分展示了低多层轻型钢结构住宅内部空间大、布置灵活、施工便捷、抗震性能好等优点。主楼落地框架柱一开始就采用了圆钢管混凝土柱的形式，一方面是基于落地柱需承受很大轴压力而圆管混凝土柱具有良好承载性能的原因，另一方面，考虑主楼平面沿长向存在圆弧曲折变化，而圆柱各向性能相同，便于设计布置和统一。

2)主楼楼盖、屋面均采用了钢梁+现浇钢筋混凝土楼板的组合楼盖。

3)落地柱下落至半地下室后，采取了柱侧边设置钢筋混凝土墙以加强其刚度的措施。结构主要抗侧力体系采用钢筋混凝土剪力墙,竖向荷载大部分由钢框架部分承担。钢筋混凝土剪力墙抗侧移刚度较强,钢柱的截面可以主要考虑承受竖向荷载,从而有效的控制了用钢量。

4)对于节点设计，针对不同受力方式，设计多种节点形式。

结构布置局部图见图3。

2.3 应用效果

该项目利用轻型钢结构住宅体系实现了大空间的艺术效果，利用钢结构柱、梁截面小的优点，营造出一种现代的艺术气息。在这个项目中，展示了低多层轻型钢结构住宅内部空间大、布置灵活、施工便捷、抗震性能好等优点。钢梁+现浇钢筋混凝土楼板的组合楼盖保证楼板有足够的平面整体刚度；该住宅体系能减轻楼板的自重荷载，并能有效的提高楼层高度，便于现场快速施工。竖向荷载大部分由钢框架部分承担。钢筋混凝土剪力墙抗侧移刚度较强,钢柱的截面可以主要考虑承受竖向荷载,从而有效的减小了柱子截面尺寸，同时营造出斜钢柱的艺术效果。

3 结语

本文介绍了轻型钢结构住宅相比传统结构的优势，通过对轻型钢结构住宅主要构件的设计要点分析，解决了在对轻型钢结构住宅设计中的若干关键问题。最后通过具体的工程实例进行了应用研究。

本文的应用研究将对轻型钢结构住宅的应用提供技术支撑，以便于理论指导轻型钢结构体系后续的设计和施工，并为设计规范的修订和完善提供应用积累；将成果应用到实际的教学工作中去，可以辅助教师、学生进行轻型钢结构的教授和学习。

[1] 舒赣平，孟宪德，王 培.轻钢住宅结构体系及其应用[J].工业建筑，2001，31(8)：1-4.

[2] 王明贵,张莉若.住宅产业现代化与钢结构住宅[J].钢结构，2001，16(6)：22-24.

[3] Gioncu V.Ductility Criteria for Steel Structures[J].Journal of Constructional Steel Research，1998，46(1-3)：443-444.

Research on application of residential housing design with light steel structure

Liu Bin1Chen Xiaoliang2

(1.ZhejiangCollegeofConstruction,Hangzhou311231,China;2.HangzhouMunicipalConstructionGroupCo.,Ltd,Hangzhou310006,China)

The paper discusses the advantage of light steel structure residence. Taking Lvcheng·Hainan Lingshuiweisiding hotel engineering as an example, starting from aspects of steel structure column, floor slab, joint and anti-seismic, it analyzes the design points of light steel structure residence, and points out that: the project realizes large-space artistic effect by applying light steel structure system.

light steel structure, residence, joint design, artistic effect

1009-6825(2016)13-0047-02

2016-02-21

刘 彬(1983- )，女，硕士，工程师，一级注册结构工程师； 陈小亮(1984- )，男，博士，高级工程师，一级注册结构工程师

TU375

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