建筑設計評職論文淺談鋼結構的問題

　　摘要：本文根據(jù)鋼結構在住宅建筑設計中相關問題，在提出鋼結構承重體系的分類及其類型選擇上，對鋼結構住宅設計的一些問題作簡要探討。

　　關鍵詞：鋼結構,住宅設計,承重體系

　　引言：

　　隨著鋼產(chǎn)量的不斷提高，經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對綠色環(huán)保型建筑的不斷要求，鋼材應用于住宅建筑主體結構是歷史所趨。我國正在加速發(fā)展鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化進程，發(fā)展以標準化、系列化、通用化，以專業(yè)化、社會化生產(chǎn)和商品化供應為基本方向的住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化體制。國家建設部和中國工程建設標準化協(xié)會正在組織研制和開發(fā)多層輕鋼結構的住宅建筑體系的結構選型，新型圍護結構與隔斷體系以及鋼結構構件及配件，結構體系設計與施工技術，編制相應的設計與施工技術規(guī)范和規(guī)程。可以預見，不遠的將來鋼結構住宅的發(fā)展和應用會有新的飛躍。

　　1鋼結構住宅的建筑設計特點

　　鋼結構住宅建筑是工業(yè)化的集成產(chǎn)品，在《鋼結構住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術導則》 中明確指出：鋼結構住宅建筑除應滿足居住生活行為需求，在設計、制作、運輸、 安裝、維修和管理等環(huán)節(jié)中還應遵從協(xié)調、配合及互動的原則。鋼結構住宅建筑設計應充分體現(xiàn)標準化、定型化、多樣化及通用化的原則。鋼結構住宅建筑及部品、零配件的設計應執(zhí)行模數(shù)協(xié)調的原則。

　　2鋼結構承重體系的分類及其類型選擇

　　鋼結構體系的種類有多種，但應用于住宅的主要形式有以下幾種：

　　2.1純框架結構體系。純框架結構體系是指沿縱橫方向均由框架作為承重和抵抗水平抗側力的主要構件組成的結構體系。其特點為：可以形成較大使用空間，平面布置靈活，適應多種類型的使用功能，結構各部分剛度比較均勻，構件易于標準化、定型化、裝配化，構造簡單，易于施工;但是抗側移剛度小。常用于層數(shù)不超過12層的建筑。

　　2.2鋼框架-支撐結構體系。框架-支撐體系是在框架體系中的部分框架柱之間設置豎向支撐，形成若干榀帶豎向支撐的支撐框架，或在框架體系中內部設置若干榀僅承擔豎向荷載的帶豎向支撐的排架結構，周邊則為剛接框架。這種體系具有良好的抗震性能和較大的側向剛度，支撐結構起著剪力墻的作用，承擔大部分的水平力。適用于30-40層的高層住宅結構。

　　2.3鋼框架-剪力墻(筒體)體系。鋼框架-剪力墻結構體系是指一般在鋼框架內采用帶豎縫的鋼筋混凝土抗震墻板或內埋鋼支撐的預制鋼筋混凝土墻板，它可與室內橫隔墻結合布置，形成房屋的主要抗側力構件;對于中間部位房間布置為電梯間、樓梯間、衛(wèi)生間等時，可以在合適房間的四周布置鋼筋混凝土剪力墻而形成的鋼框架-筒體結構體系;當外部的鋼框架采用3-4米左右的密柱、深梁組成鋼框筒時，為鋼框筒-筒體結構體系。最大適用高度較高。

　　2.4空間錯列桁架結構體系?？臻g錯列桁架結構體系是由房屋外側的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。是一種經(jīng)濟、實用、高效的新型結構體系。通常用于15-20層的住宅建筑。

　　3鋼結構住宅設計中的問題

　　在選擇了合適的結構體系、柱網(wǎng)布置以后，在設計過程中還要有以下幾個值得注意的問題。

　　3.1 節(jié)點設計

　　鋼結構體系當中，節(jié)點的設計和構件的設計具有同等的重要性，因此必須給予充分的重視。鋼結構的節(jié)點設計包括梁-柱節(jié)點、梁-梁節(jié)點、柱-柱節(jié)點、柱腳節(jié)點、柱帽節(jié)點等。設計時應確保節(jié)點的安全可靠，并盡量采用簡捷、穩(wěn)定、可靠的施工工藝，減少或避免現(xiàn)場的焊縫連接。鋼節(jié)點的形式按傳力特性大體可以分為三類：鉸節(jié)點、半剛性節(jié)點、剛性節(jié)點。剛性、鉸接節(jié)點的受力性能、施工工藝研究得比較成熟，因此在工程中取得了廣泛的應用。

　　采用的幾種梁-柱節(jié)點連接形式。由結構布置分析，考慮工程實際情況，在設計時，多層房屋鋼結構柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比較薄，故在此弱軸方向與粱的連接多采用鉸接，而強軸方向則采用剛接形式。從圖中我們不難發(fā)現(xiàn)，鉸節(jié)點形式簡單，施工方便，但它使得梁跨中彎矩加大，增加用鋼量，不經(jīng)濟;剛性節(jié)點構造復雜，但其有效的降低了跨中彎矩，節(jié)約了用鋼，有較好的經(jīng)濟效應;而半剛性節(jié)點應用比較少，主要是其受力特性比較復雜，往往通過試驗來取得較為準確的設計數(shù)據(jù)。三種形式，哪一種更加經(jīng)濟可靠，還有待于在實際工程中比較、檢驗。

　　3.2 墻體材料的選取

　　一般來說，為了突出鋼結構自重輕、布置靈活、可改性好的特點，鋼結構住宅不宜采用傳統(tǒng)的黏土磚或其它自重較大的材料。通常采用輕質材料，比如：空心混凝土砌塊、加氣混凝土、壓型鋼板加輕質保溫材料組成的復合墻體、OSB板、CS板等。目前使用的比較多的是蒸壓輕質加氣混凝土板(Autoclaved Lightweight Concrete)簡稱ALC板(塊)。這種材料質地較輕，具有較好的防水，防滲透能力，保溫性能好，隔聲效果與一般混凝土空心砌塊相當，自身的強度高，施工方便、快捷。無論做外墻還是內隔墻效果都比較理想。

　　在進行墻體的設計時，要求對連接件的強度、質料和尺寸有準確的規(guī)定。對連接方式充分考慮墻體和主體結構的特性，盡可能采用簡捷、快速的連接方法，以便于施工，提高作業(yè)效率。

　　3.3 衛(wèi)生間、廚房設計

　　衛(wèi)生間和廚房的設計是鋼結構設計過程中比較重要的環(huán)節(jié)。因為鋼結構材料的防腐能力相對較弱，而衛(wèi)生間和廚房是住宅中用水最多的地方，所以這兩處的防水處理十分重要。在其它建筑體系中，防水有兩種方法：結構防水和材料防水。在鋼結構中，結構防水的效果比較好。正如前文指出，框架-核心筒結構體系把衛(wèi)生間和廚房放在核心筒內，具有良好的防水性能。對于其它結構體系要根據(jù)工程實際情況而定，比如對于框架-支撐體系采用壓型鋼板混凝土組合樓板時，通常在墻角處將混凝土上翻100~150mm。由于目前鋼結構住宅的工程實例不是很多，故這方面還有待進一步研究、開發(fā)。

　　3.4 樓梯

　　對其它類型鋼結構建筑的樓梯大都采用鋼樓梯，而住宅體系中則基本不用，原因是鋼樓梯的傳音效果較好。故鋼結構住宅中常常采用混凝土樓梯或者壓型鋼板混凝土組合樓梯。在設計時要注意樓梯梁的放置位置和處理，因為通常情況下，這里會出現(xiàn)梁-梁連接，這種連接會使得被連接梁承受集中荷載，這樣該梁比較容易發(fā)生局部失穩(wěn)。

　　該鋼樓梯采用6mm鋼折板做踏板，上面澆注混凝土，踏板兩端用L50×6角鋼與樓梯梁(槽鋼)通過M12螺栓連接。這種做法利用40mm混凝土克服了一般鋼梯傳音效果好的弱點，同時槽鋼上翼緣可以焊接合金樓梯扶手，施工簡便，值得推廣。

　　3.5 樓蓋體系

　　多層房屋鋼結構的樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性，當前較常采用的是在鋼梁上鋪設壓型鋼板，再澆注100mm左右的鋼筋混凝土板，即形成壓型鋼板組合樓板。樓蓋梁一般采用簡支等高連接，有時也可做成不等高連接，如采用壓型鋼板組合樓板時，為了便于鋪設壓型鋼板，主次梁頂面需相差壓型鋼板厚度，同時還可以增大建筑凈層高。在設計過程中，要考慮鋼梁和樓板的組合作用，這樣會顯著提高粱的承載力和整體穩(wěn)定性，并有效降低梁高，節(jié)約用鋼，降低工程造價。

　　壓型鋼板組合混凝土樓板，除了按計算(并滿足構造要求)在鋼梁上焊接栓釘外，為了保證混凝土和壓型鋼板共同工作，它們之間應有連接措施，根據(jù)相關的規(guī)范規(guī)定，其連接措施可以依靠壓型鋼板的縱向波槽或依靠壓型鋼板的上的壓痕、開的小洞或沖成的不閉合孔眼，也可以依靠壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋。

　　4結語：

　　我國鋼結構住宅正得到大力地發(fā)展，但從建筑、結構設計到制作安裝，各個環(huán)節(jié)我們都與國外先進水平有很大的差距。作為設計人員，應在工作中應該腳踏實地的積極創(chuàng)新;專業(yè)研究人員則應對鋼結構設計理論和設計方法進行深入系統(tǒng)的研究;技術主管要加強對從業(yè)人員的技術培訓及市場的管理力度。只有這樣才能使我國鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化得到更加健康的發(fā)展，成為真正具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)。

　　參考文獻：

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