谈钢结构住宅建筑设计研究

谈钢结构住宅建筑设计研究【摘要】本文介绍了钢结构住宅体系的特点和优势，并对常用钢结构住宅体系以及钢结构住宅的关键技术进行了阐述，对钢结构住宅建筑设计进行了研究，以供参考。

【关键词】钢结构住宅建筑设计中图分类号： tu391 文献标识码： a 文章编号：一．前言随着当今世界科技的飞速发展和信息时代的到来。

钢结构住宅比传统的住宅结构形式比较优势是显而易见的, 由于钢结构住宅体系具有很多的优点，并且也符合绿色节能环保的特点，在我国的建筑行业中将得到广泛的应用。

钢结构住宅体系在我国的发展前景将是不可估量的。

本文对钢结构住宅建筑设计进行了研究，希望有所帮助。

二．钢结构住宅体系的特点及优势1. 钢结构住宅体系主要是指主体钢结构体系、外围护墙和内隔墙体系以及楼板体系。

其中, 主体钢结构体系主要可分为钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架砼剪力墙体系、错层桁架体系、巨型结构加子结构体系等。

结构构件采用热轧h 型、焊接h 型、焊接箱型、冷弯薄壁方钢管内灌砼、冷弯 c 型、圆钢管内灌砼等截面形式。

外围护结构主要采用轻砼板、太空板、水泥刨花板、夹心板等。

内隔墙可采用轻砼板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。

楼板结构体系采用压型钢板与现浇砼组合楼板、预制轻砼板等。

从住宅建筑的发展来看, 钢结构住宅具有以下优势:（一）比起传统的结构, 钢结构不要求内墙为承重墙, 内墙配置可以随心所欲, 甚至建成后也可以调整位置, 重新分隔空间,能够更好的满足建筑上大开间、灵活分隔的要求, 并且可提高使用面积率 5% ~ 8%。

（二）与钢结构配套的轻质墙板、复合楼板等采用新型建筑材料, 符合建筑节能的要求。

（三）钢结构体系自重轻, 可大大减少基础的造价, 并且其施工周期短, 可大大缩短投资资金的占用周期, 从而提高资金的投资效益, 从综合效益来看, 更是明显高于传统的住宅体系。

（四）钢结构构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制做形成产品化, 可以实现住宅建筑技术集成化的产业化新思路。

（五）钢结构住宅体系工业化生产程度高, 现场湿作业少, 其材料本身可再生利用, 符合环保建筑的要求。

2.钢结构绿色节能住宅主要是指在房屋建筑的过程中，主要以钢结构为主要的建筑结构形式，以建筑节能、节水、节约材料、环保以及可以节约用地等特点，并且可以为人们提供健康、舒适、以及高效的使用空间。

钢结构绿色节能住宅体系主要是从材料节能、建筑节能、设备节能以及可再生能源的利用等特点入手，从而实现绿色节能的目标。

钢结构的特点具体如下：（一）绿色节能的特点。

刚结构住宅体系对环境破坏小、污染小，并且住宅体系在改建或者拆迁的材料可以回收利用以及再生利用率比较高，所以钢结构建筑达到了绿色建筑的要求，并且与钢结构相配套的技术的轻质材料主要采用的是符合节能建筑要求的新型材料，原材料可以循环使用，而且还有环保、节能的作用，因此，在建筑行业采用钢结构是推进我国绿色建筑的发展的重要方式。

（二）建筑成本低、工期短。

钢结构的建筑模数的协调统一标准不仅可以实现建筑工业大规模的生产，而且可以提高建筑的预工程化，使不同的建筑结构的配件具有一定的互换性和通用性。

并且钢结构建筑的预工程化可以实现材料加工、建筑安装的一体化，不仅可以降低建筑的成本，而且可以提前完成施工时间，从而加快了建筑工程的效益。

（三）承载能力强、抗震性能好。

钢结构的材料是一种承受载荷量大，强度高，并且抗震性能比较好，钢结构本身是一种用料少、体型小，自重轻，因此在建筑的过程中，采用钢结构住宅体系时，不仅可以节约材料，提高空间的利用率，并且由于钢结构的构件可以制作成各种形状，所以在设计的过程中，灵活多变、可以满足人们的需要和要求，从而达到建筑艺术的特点。

在抗震设防的地区，由于钢结构的重量轻本身所受的地震作用比较小，并且钢材具有一定的延伸性，所以钢结构的安全性高，抗震能力好。

三．常用钢结构住宅体系钢结构体系形式有多种，但应用于住宅建筑的钢结构体系主要可分为轻钢龙骨体系、纯钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架一混凝土剪力墙体系、错列析架体系、钢框架一核心筒体系等。

不同的结构体系有不同的适用范围，虽然有些结构体系应用范围较广，但通常会受到经济等因素的限制。

1．轻钢龙骨结构体系较适用于 1~3 层的低层住宅，不适用于强震区的高层住宅。

2.纯钢框架体系一般适用于 6 层以下的多层住宅，不适用于强震区的高层住宅，并且用于高层住宅经济性相对较差。

3.钢支撑框架体系比纯钢框架体系侧向刚度大，常用于多层及小高层住宅，应用较广;而且当房屋层数较高时，该体系要比纯钢框架体系经济。

4.钢框架—混凝土剪力墙体系常用于小高层及高层住宅;而且从受力特点看出，带缝剪力墙体抗震性能较好，较适用于地震区。

5.错列析架结构体系具有住宅布置灵活、楼板跨度小、结构自重轻和造价低的特点，是一种经济、实用、高效的新型结构体系，适用于多层及小高层住宅。

为了体现钢结构住宅的优越性，减轻结构自重，外墙体一般采用轻质复合板，与梁柱的连接方式，主要采用外挂式，也可采用内嵌式。

内墙材料一般可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充材料，也可采用纸面石膏板，纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板。

楼板体系作为房屋的水平构件，起着支撑竖向荷载和传递水平荷载作用。

因此楼板必须有足够的强度、刚度和整体稳定性，还要具有较好的隔音、防水和防火性能，同时宜尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重，并提高施工速度。

四．目前我国钢结构住宅体系所存在的问题及对策1．我国钢结构住宅体系所存在的问题我国钢结构住宅体系现处于发展的启动阶段。

目前, 就我国已建成的钢结构体系住宅来看, 存在以下问题: 首先, 结构体系设计缺乏统一标准及尚未形成完整的配套的成套配件和与之配套的其他材料; 其次, 所采用的材料是在现有材料的基础上直接使用, 缺乏技术创新和产品改造; 再次, 缺乏相应的钢结构住宅设计施工规范; 另外, 所建低层住宅都是企业内部使用的住宅, 缺乏市场检验, 缺乏正规的验收鉴定。

2．解决问题的对策：发展钢结构住宅, 首先必须建立起统一的标准, 使建筑结构设计一体化。

传统的设计都是按着先建筑后结构设计的理念进行设计, 而钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件, 得以实现建筑结构的一体化设计。

这就必须推广各种先进的钢结构设计软件, 而且这些软件必须采用统一的标准化构件和配件。

而目前国内各个版本的设计软件都只有主体结构的分析和设计, 还没有围护系统的分析与设计, 因此, 还必须在建筑结构设计一体化的基础上, 开发同时做到围护结构与主体结构一体化和配件系统与整体建筑系统设计一体化的设计软件。

发展钢结构住宅, 必须在新材料的开发和应用上多下工夫, 从而降低造价以使其有更好的市场; 而尽快建立起的钢结构住宅设计施工规范也是必须的。

另外, 改变人们的传统的观念, 使人们能从长远的经济效益来看待钢结构体系住宅与传统体系住宅也是必须的。

五．钢结构住宅的关键技术要求及保证措施1．防火钢材本身是不燃烧的建筑材料。

但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。

钢结构通常在450~650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因大的形变而不能继续使用。

因此，防火对于钢结构住宅的设计是非常重要的。

按照我国防火规范要求，一般建筑钢结构必须涂刷防火涂料或采取其他措施。

由于住宅对防火的要求更高，因此主体钢结构就必须有更加可靠的防火措施:一般可用满足消防要求的防火涂料喷涂主体钢结构，再在钢结构外包石膏板，也可用混凝土外包主钢结构。

然而各种方法均有其天然缺陷:防火涂料耐久性远远低于建筑物本身，其后期维护非常重要。

而且，传统防火涂料质量较差，这些将会增加工程造价;外包混凝土虽简单实用，但浇捣混凝土施工时间增加，使钢结构失去优势。

另外，采用耐火耐候钢是近年来提出的新思路，但尚属理论研究，无法大量应用于工程实践。

2．防锈钢结构经过温度的不断变化及水汽、电解质的影响，生锈老化的可能性在任何部位都可能发生，而由此导致强度、稳定性降低而最终坍塌的工程事例时有发生。

长期以来，我国基本采用油漆（涂料）防锈或石油沥青防锈，但这些防锈措施有效期不长，频繁的维修还需要大量维修费。

目前国内行之有效的中长期表面防锈处理方法有:防锈油漆层；热浸锌；玻璃钢防锈层；热喷涂长效防锈；无机涂层。

但是要注意的是，这些防腐措施对于钢结构住宅来说是远远不够的，还需要经过不断的研究，发现更好的，更科学的防腐措施，保护钢结构，延长钢结构的适用年限。

六．钢结构住宅建筑体系的设计研究钢结构住宅体系与一般的住宅体系不同，钢结构住宅体系主要指主体钢结构承重体系、围护系统的结构体系以及楼板结构体系。

1.钢结构承重体系的分类有很多种类，但是应用于住宅体系结构的形式主要有纯框架结构体系、钢框架—支撑结构体系、空间错列桁架结构体系等钢结构体系。

其中纯钢架结构体系是指纵横方向的主要是有框架作为抵抗水平抗侧力和承重的构件组成的结构体系，这种结构形式的特点主要是可以形成较大的使用空间、平面布置灵活以及钢结构各部分的刚度均匀，构件简单，施工容易等特点。

钢框架支撑结构的体系主要是在框架体系中的部分框架柱之间设立竖向的支撑形成的支撑框架，在住宅建筑的设计中采用这种形式的建筑特点是支撑结构有剪力墙的作用，并且可以承载很大的水平力，抗震性能好等优点，这种结构形式使用于30到40层的高层住宅的建筑。

空间错列列桁架结构体系主要是由房屋的跨度和外侧的柱子等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度和建筑楼层的层高相等，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板的一端放在桁架的上弦，另一端放在相邻桁架的下弦。

这种钢结构的特点主要是实用性能好，并且经济。

这种钢结构形式一般使用与15到20层的中高层住宅的建筑。

2.围护结构与主体结构设计的一体化在国外的住宅建筑中，常见的住宅体系的设计是维护结构与主体结构设计的一体化，在住宅建筑中采用这种结构形式的特点是具有良好的防水性和防腐蚀性，并且屋面的保温隔热效果比较好，而且还可以使建筑的外形丰厚，但是我国的住宅体系，通常把维护结构的设计和主体结构的设计分开进行设计，这样不仅效果不好，而且还会增加工期。

3.楼板结构体系的设计楼面的结构主要有楼面板和钢梁组合而成的，钢结构住宅在设计的过程中，必须应该保证楼板有足够的强度和刚度以及整体稳定性，并且还应该具有防火、隔音以及防水、防腐蚀性能等。

七．结束语目前，我国的钢结构已经进入一个新的阶段，随着技术的不断改进，将为钢结构住宅建筑提供更好的发展空间和钢结构技术，钢结构将朝着绿色、无害化以及生态化的方向发展，对构建可持续发展的资源性节约型的社会和经济效益的提高具有重要的作用，对我国建筑行业的发展提供好的发展前景。