钢结构中高层房屋的结构体系研究

姜宁

【摘 要】研究以中高层钢结构房屋为研究对象，收集相关资料对钢中高层钢结构房屋的建筑进行问题分析，并提出解决方案。研究主要成果为：经对资料的研读，总结了中层钢结构房屋的结构体系，以及其优缺点。结合已完成施工项目的中高层房屋建筑做出了分析考证与实地调查，对建筑过程中需注意的问题做出了深入分析。

【关键词】钢结构;中高层房屋;结构体系;方案设计

据不完全统计，2000年我国因“烧砖”而损毁的耕地面积达到了40万亩以上。在钢筋混凝土的应用中，我国每年的水泥用量达到了15亿吨，而生产水泥需要不断地开山、破石，这就对自然环境造成了不可逆的伤害。且钢筋混凝土和砖混材料不可循环使用，若涉及拆迁与爆破，均需要当建筑垃圾处理。考虑当前的种种现实问题，以及我国人民对于房屋的需求，利用钢结构对房屋进行施工不仅能提升我国的工业化水平发展和进步，还能代替钢筋混凝土和砖混结构对自然造成的危害，进而实现房屋的理想建筑模式。

1.建筑设计

1.1平面设计

首先是开间的进深选择：开间进深决定房屋空间尺度，确定房屋结构跨度与构件尺寸。一般情况下，开间的基本尺度需要控制在5.4m左右，且在考虑房屋的经济使用性上，进深一般不超过16m。当前我国多数房屋开间都是按照300mm的模数来设计的。由此可以确定，开间为6600mm，每单元三套，每套为两个房间，其组合方式有：3300+3300;3600+3000;3900+2700。进深为5100mm+6300mm，房间分隔为南北两个。该方法的应用可以让每套房屋都享有一个大开间，进而实现了“全房屋大开间”的用户需求。且房屋内部没有钢柱，同时为用户提供了较大的可改性，以实现中高层钢结构房屋的应用灵活性。如图1所示。

其次是套型设计与组合：姐妹每单元三套房屋，為实现“一户一开间”，并符合房屋入住需求，可通过一梯三户的方法对其进行设计。结合钢结构房屋的结构体系，传统的一梯三户格局无法满足“一户一开间”的需求，在此，需要将一个单元分配成一个起居兼卧室的房间，以及两个标准两居室房间。通过该方法，可以有效满足“一户一开间”的要求。如图2所示。

1.2立面设计

假设该中高层房屋建筑楼层为11层，层高为2.9m，且有1层地下车库，层高为3.1m，房屋内外高度差为0.3m，该中高层建筑整体高度为32.2m。其立面设计的主要特征为：整体建筑给人以简单大方的体现，且能够在不破坏房屋空间应用的基础上提高房屋的安全性能和居住体验。而且有效的降低了房屋内部结构的约束性，提升了整体施工建筑的效率与质量，使得造价更加低廉，且应用效果更加强大。在该中高层房屋建筑设计中，正面是通过楼梯间的垂直线对整个外观进行了纵向线条的布局，体现了整个建筑的韵律，弱化了建筑的巨大体积。而在背面，主要通过阳台以及各种凹凸面对其进行水平线的应用，进而实现了与正面协调的效果，突出了阴影面的错落特征。

2.结构设计

2.1结构体系选择

此次工程为：地上楼层为11层，地标高度为32.2m，抗震为8度，基本地震加速度值0.02g。在建筑施工中，如果利用纯钢框架对其进行工程的开展，就需要考虑结构的受力安全性与合理性，进而会导致钢梁截面过大，截面增大必然会为后续的建筑工作开展带来麻烦，而且用钢量比钢框架——支撑体系提高大约30%。如果从建筑的用钢量分析，纯钢框架更适合多层钢结构房屋的建筑。而通过钢框架——混凝土剪力墙这一体系对工程进行设计与施工，能够保证较好的受力性。但是，这一结构体系无法反应钢结构房屋建筑的装配特点，且作业途中湿作业较多，如果对于工期有着极其严格的要求，那么很容易无法在工期内完成工程建筑。综上，此次工程设计最终选择了钢框架——支撑结构体系。该方法的应用相对于纯钢框架的受力能力更强，而且用钢量相对来说较少，且在建筑过程中可以能够降低建筑难度，提升建筑效率。而相对于钢框架——混凝土剪力墙结构而言，该方法的应用是通过钢支撑结构取代了混凝土墙结构，即便如此，用钢量依然不会有太多的增加。

2.2围护体系选择

在对墙体进行维护选择的时候，需要考虑沟结构的自重特点，并且要对墙体材料进行经济指标的确认，以此确保应用的是轻质材料。如，在外墙的围护体系选择中，可以结合钢框架——支撑结构对其进行全新轻质墙板的应用，该材料的安装较为方便，而且能够解决板和板之间的缝隙问题。在对分户墙的围护进行选择的时候，可以结合钢结构房屋的特征对其进行隔音处理。

2.3结构布置方案

基于钢框架——支撑结构，建筑户型决定了该建筑支撑仅能横向布置。但是，为确保纵向的刚度，建筑框架柱采用了矩形柱，长边按照纵向方式进行布置，能够有效实现对柱体的隐藏。另外，还会布置横向支撑于单元第一跨度两端。为保确保纵向刚度，促进建筑使用效果，还布置纵向支撑于单元电梯间。且负一层不需要设计窗口，所以通过连续纵向支撑对其进行布置。通过该方法的应用，有效的实现了对板式楼体的洞口连续设计，且实现了纵、横方向的刚度平衡性。

3.结论与展望

通过研究，得出结论为：首先，高层钢结构房屋工程项目已经发展成熟，且得到了较为广泛的应用，并在长期的发展中总结了相关经验与施工技巧。其次，我国中高层钢结构房屋发展相对较快，且在建筑户型的设计方面，以及结构体系的应用方面有着独到的见解，能够根据不同的环境选取不同的方法，进而有效体现钢结构房屋建筑的特点与优势，使其更加符合人们的居住需求以及市场环境的发展标准。

参考文献：

[1]桂儒虎.钢结构房屋设计中常见要点分析[J].建材与装饰，2020（10）：89-91.

[2]唐雍.房屋建筑中钢结构应用问题研究[J].造纸装备及材料，2020，49（01）：212.