鋼結構住宅范文
時間：2023-04-11 22:48:44
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篇1
中圖分類號：TU37文獻標識碼： A 文章編號：
能源是發展國民經濟、改善人民生的重要物質基礎。目前我國能源形勢相當嚴峻，在今后的長時期內地將難以緩解。在我國居住面積增長10%，因居住引起的能源消耗增長約30%，如果把建房過程中所消耗的能源也計算在內，將占到一次性能源消耗總量的37%。而我國與同緯度的發達國家相比，墻體、屋頂和門窗單位面積的傳熱量占建筑能耗比重高達75%；且房屋的保溫隔熱性能相差3倍以上；我國建筑能源消耗占我國全年能源消耗總量的1/4。放任這種高耗能建筑持續發展下去，能源生產熱必難以長期支撐此種浪費型需求。如果達到產業化節能減排等要求，可以將容積率提高5%，即讓開發商多出5%的建筑面積，當然是一個不小的數值和效益。鋼結構住宅與傳統結構相比，在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面具有優勢，主要體現在以下方面。
一、功能區分割靈活利用鋼材強度高的特點，采用大開間柱網布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便，為建筑師提供了設計的回旋余地，又給用戶提供了根據不同用途改變結構的可能，可以利用非承重墻體靈活分隔室內空間，創造開放式住宅，鋼結構斷面小室內建筑布局靈活，與鋼筋混凝土結構相比可增加建筑面積8%左右。而傳統結構（磚混結構、砼結構）由于材料性質限制了空間布置的自由，以往開間一般常在3.2米、3.4米、3.6米，如果過大，就會造成板厚、梁高、柱大，出現'肥梁胖柱'現象，不但影響美觀，而且自重增大，增加造價，購房者在二次裝飾時，經常由于自行改變墻置，增加隱患。
二、自重輕、抗震性能好相同建筑面積的建筑樓層，鋼結構自重輕，根據比較，六層輕鋼結構住宅的重量，僅相當于四層磚混結構住宅的重量。而且鋼材具有延性，能比較好的消耗地震帶來的能量，所以抗震性能好，結構安全度高鋼結構自重比較輕，鋼結構自重比鋼筋混凝土結構要輕30%~50%;
三、工業化程度高 .施工方便、工期短混凝土住宅需要連續施工，受到施工季節的影響。鋼結構住宅可以實行工廠化生產，現場安裝，施工現場作業量小，減少了施工臨時用地，與傳統建筑材料相比，對周圍環境污染小，提高了施工的機械化水平。由于鋼結構本身可作為勁性結構承擔結構荷載和施工荷載，施工時可以節省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。單棟鋼結構住宅的主體結構從加工到現場安裝完畢僅需10天左右，從基礎施工到新房交付使用僅需1個月，而同類鋼筋混凝土住宅則需要2個多月。
四、綜合造價低
上部結構直接造價因建筑層數不同，鋼結構與混凝土結構相差10％左右；上部結構僅占工程建造價的30%左右，占總投資的8~15%。采用鋼結構和混凝土結構的差異只占總投資1.0％左右。 鋼結構自重比混凝土結構減輕約1/3，基礎的造價減少約1/4。基礎占工程建造價的15%左右，占總投資的4~7%，采用鋼結構基礎造價可節省總投資約1.2％。所以鋼結構與混凝土結構結構主體的造價持平
篇2
關鍵詞:鋼結構住宅;優點;結構體系;應用前景
改革開放以來,我國經濟持續快速發展,建筑業也得到空前發展,逐步成為國民經濟的支柱產業。鋼結構住宅作為綠色環保的新型建筑體系,隨著鋼產量的大幅度提高,以及新材料、新技術的不斷推出,鋼結構住宅產業正健康快速發展。
1、鋼結構住宅國內外的發展狀況
在許多工業發達國家如美國、日本、英國、澳大利亞,鋼結構建筑的發展和應用已有幾十年的歷史。美國鋼結構住宅所占建筑總面積的比例從20世紀90年代的5%已經發展到現在的25%以上,日本及澳大利亞鋼結構建筑占全部建筑的50%以上。
長期以來,我國因缺少鋼材而對建筑鋼結構的應用加以限制。1996年我國鋼產量突破1億噸,2002年達到1.9億噸,2005年達到3.7億噸,已經超過了美國、日本、俄羅斯、韓國四個國家鋼產量的總和。國家用鋼政策從20世紀50～60年代的限制用鋼,到70～80年代的節約用鋼,到二十一世紀已調整為鼓勵用鋼,為我國建筑鋼結構的發展提供了極好的條件。目前北京、天津、上海、山東萊蕪、安徽馬鞍山、廣州、深圳等地開展中低層和高層鋼結構試點工程,已經建成300～500萬平方米住宅。
2、鋼結構住宅的優點
鋼結構住宅是目前最具有發展潛力的環保節能型住宅,突破了中國“秦磚漢瓦”式的傳統建造模式,替代了傳統的紅磚及混凝土,完全使用工業化生產的建筑材料,集眾多優點于一身,是二十一世紀人類居住環境的理想建筑。
2.1鋼結構的重量輕、強度高,抗震性能好。鋼結構材料的強度高,塑性和韌性好,結構延性好。用鋼結構建造的住宅重量約為鋼筋混凝土住宅的1/3～1/2。自重的減輕使得地震作用效果降低,一般自重減輕一半,相當于降低抗震設防烈度一度,地震作用可降低30%～40%。
2.2工業化程度高,易于實現住宅產業化。鋼結構住宅的設計借助專業設計軟件,大大縮短設計周期,并實現設計的標準化。所有構件工廠化加工制造,精度高,易保證質量。容易實現機械化裝配,施工速度快,施工周期短,與傳統住宅相比工期縮短40%以上。
2.3空間利用率高,能合理布置功能區間。由于鋼材輕質高強的特點,便于形成大柱距、大開間的開放式住宅,而傳統結構(如磚混結構、砼結構)由于材料性質限制了空間自由布置,如果跨度、開間過大,就會造成板厚、梁高、柱大,出現“肥梁胖柱”現象,不但影響美觀,而且自重增大,增加造價。在空間使用率上,鋼結構住宅使用的鋼梁、鋼柱的截面積比傳統結構減小,所占凈空面積也隨之減小,使得房間使用面積增大,與傳統結構相比可增加有效面積10%左右。
2.4綠色環保,節能省地。目前我國住宅體系多為磚混結構,大量使用硅酸鹽水泥,在建筑物解體后產生大量的建筑垃圾,對環境造成極大破壞;砌體結構使用的實心粘土磚,浪費大量的土地資源。而鋼結構住宅所用材料主要是環保型可回收材料,在建筑物拆除時,鋼材可以100%回收利用。
2.5鋼結構住宅保溫隔熱隔音效果突出,造型美觀結構豐富。大多采用新型輕質墻體圍護材料,不易霉變,不易蟲蛀,在保溫隔熱隔音性能方面比傳統住宅有明顯優勢。鋼結構材料輕質高強,結構設計時可以創造出藝術性較強的建筑外形,以滿足住戶對不同建筑風格的要求。
3、鋼結構住宅的結構體系
鋼結構住宅結構體系主要由承重結構體系、支撐體系、圍護結構體系和樓板結構體系組成。
3.1鋼結構承重及支撐體系的組合型式有多種,應用于住宅的主要有鋼框架結構體系、鋼支撐框架體系、鋼框架-抗剪桁架結構體系、交錯桁架結構體系。鋼框架體系結構簡單、受力明確、平面布置靈活、結構剛度均勻、抗震性能好,屬典型的柔性結構體系,其側向剛度差;鋼支撐框架結構體系通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內布置垂直支撐體系,能夠有效抵抗水平荷載,提高側向剛度,減小層間位移。鋼結構住宅承重體系構件一般采用熱軋或高頻焊接H型鋼,熱軋或焊接工字鋼、方鋼管、圓鋼管或冷彎薄壁型鋼。
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關鍵詞：鋼結構住宅結構體系住宅建筑
鋼結構住宅建筑是住宅建筑的一個分支，是住宅建筑的重要組成部分；由于鋼結構建筑具有強度高、自重輕、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工業化程度高、質量易保證、建筑布局靈活合理等優點，使其作為一種最具備“環保、節能、工廠化”的新型結構體系，在21世紀繼續得到迅速發展。
一、鋼結構住宅結構體系
鋼結構住宅體系區別于傳統體系住宅的內容主要是指主體鋼結構承重體系、護墻和內隔墻體組成的圍護結構體系以及樓板結構體系。
1.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：
（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。常用于層數不超過12層的建筑。
（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。
（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；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。
（4）空間錯列桁架結構體系。空間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。是一種經濟、實用、高效的新型結構體系。通常用于15-20層的住宅建筑。
2.圍護結構體系
圍護墻體及隔墻等均應采用輕質材料或幕墻等，同時應有將墻體風力或地震作用傳給框架的可靠傳力體系或墻骨架體系；外墻可采用蒸壓輕質加氣混凝土墻板(ALC板)、SRC復合保溫墻板、鋼絲網復合保溫板輕質復合墻板，內墻材料一般采用加氣混凝土輕質墻板、輕鋼龍骨石膏板、ALC輕質砌塊等。屋蓋體系盡量采用有檁體系，屋面材料可與樓面相同，也可采用彩色壓型鋼板防水屋面系統，該系統特點為：具有良好的防水防腐效果、屋面隔熱保溫性能好、可以豐厚建筑物的外形。
3.樓板結構體系
樓面結構由鋼梁和樓面板組合而成。鋼結構住宅結構中，樓板必須有足夠的剛度、強度和整體穩定性，還要具有較好的隔聲、防火和防腐性能，目前樓板結構一般有以下幾種形式：
（1）壓型鋼板混凝土組合樓板。由于要滿足樓板1.5小時的防火要求，其上須澆80厚的混凝土，采用蝶型壓型鋼板樓板總厚度將達130～150mm；由于組合樓板擔負著傳遞水平力的作用，故而鋼梁與壓型鋼板連接處應設置必要的栓釘，設計時考慮鋼梁與樓板的組合作用，可顯著提高梁的承載力及穩定性，有效降低梁高。
（2）預制預應力混凝土疊合樓板。預制預應力混凝土疊合樓板是指鋼梁與預制預應力混凝土薄板連接，上澆混凝土薄板從而形成疊合裝配整體結構，其中預制的單個構件在工廠制造，然后將其運至現場裝配；這種結構的主要優點是：機械化程度高、工期短、可采用預應力技術及高強度鋼材、預制部分體積小、重量輕、運輸吊裝方便；可以降低樓板造價
（3）現澆樓板采用工具式支撐樓板，其優點是整體性好、裝修方便、但模板較費，鋼筋與鋼梁的連接和構造比較復雜，且施工周期較長，同時為保證混凝土樓板與鋼梁的共同作用，鋼梁上翼緣也必須設置必要的栓釘。
二、鋼結構住宅體系的經濟分析及應用
鋼結構住宅與傳統結構相比,在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面具有優勢,主要體現在以下方面。
1.設計制造周期短,設計生產一體化現代結構設計借助于計算機和專業化結構分析軟件,使得設計周期大大縮短;同時,由于鋼結構具有工廠預制、現場安裝的特點,可以將前期設計和現場的生產手段相結合,通過網絡計算機和數控機床結合,使設計人員在工作室中完成設計后,即由工廠的生產線完成產品制作,具有極高的效率和精確度,可以大大減少項目建設周期。
2.能夠合理布置功能區間
與傳統住宅建筑相比較，可以采用大開間柱網布置,使建筑平面利用非承重墻體靈活分隔室內空間,形成開放式住宅。同時,可以利用鋼結構連接簡單的特點,在垂直平面內比傳統結構能更好地應用錯層、躍層結構。由于鋼結構住宅的構件截面尺寸小,可以增加使用面積,提高使用率。
3.承載強度高,抗震性能優越
相同的荷載,鋼結構截面最小，相同的截面,鋼結構承載力最大。在抗震設防區,由于鋼結構重量輕，其本身所受的地震作用小，且鋼材具有高延性,有較好的耗能能力；因此,抗震性能好,結構安全度高。
4.施工方面優勢突出
鋼結構的大部分構件在工廠生產,運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝，在我國北方地區施工時與現澆鋼筋混凝土相比其不受施工季節的影響；施工現場作業量小,減少了施工臨時用地,對周圍環境污染小,提高了施工的機械化水平；由于鋼結構本身可作為勁性結構承擔結構荷載和施工荷載,施工時可以節省支模、拆模的材料,由此降低成本,大大加快施工速度。
5.綜合造價低
鋼結構承載力高,可以實現結構的大開間布置,構件截面小,與砼結構和磚混結構相比,自重比較輕,地基的處理比較容易,基礎型式簡單,可以降低基礎的造價；鋼結構施工機械化高的特點,減少了人工費用和模板等其它輔助材料費用。從經濟效益角度講，樓層越高，造價越低；規模越大，成本越小，6－7層的多層成本最高，但綜合效益十分可觀。
6.符合住宅產業化和可持續發展的要求
鋼結構適宜工廠大批量生產,工業化、商品化程度高。它能將節能、防水、隔熱、門窗等先進的成品集合在一起,實現綜合成套應用,將設計、生產、施工安裝一體化,提高住宅的產業化水平。鋼結構比傳統結構的拆除更容易實施,鋼材回收利用率高、拆除成本低、污染較小,符合可持續發展的要求。
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關鍵詞：鋼結構住宅；結構設計；原則；要點
中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A
一、前言 鋼結構住宅是以工廠化生產的鋼柱、鋼梁為骨架，加上輕質墻板等新型材料作為內隔墻、圍護結構建造而成的，與其他結構相比優越性明顯。鋼結構住宅的出現是社會發展、城市化發展的必然要求，是未來建筑發展重要內容。一方面經濟水平不斷發展，人民生活水平不斷提高，對住宅的要求更為多樣化，應用鋼材作為建筑的主體結構已經成為必然趨勢，鋼結構住宅的出現符合社會發展和人們需求；另一方面，鋼結構是以鋼材為材料做成受力構件的結構，在我國鋼鐵工業快速發展的背景下，鋼材產量明顯提高。鋼材生產也向商品化、標準化社會化、專業化、通用化的方向發展，為鋼結構住宅提供了材料基礎、為鋼結構設計提供了有利的條件。在鋼結構住宅建造中要特別注意鋼結構住宅設計方案的合理科學，才能保證鋼結構住宅的實用性、安全性以及美觀性的統一。
二、鋼結構住宅的特點 1、鋼結構住宅符合住宅產業化和可持續發展的要求 一方面鋼結構住宅產業化水平高，鋼結構將節能、防水、隔熱、門窗等先進的成品集合在一起，適合工廠批量化大規模生產，工業化、商品化程度高。而且將設計、生產、施工、安裝形成一體化效應，實現綜合成套應用體系，有利于提高住宅的產業化水平；另一方面，隨著城市化進程的不斷推進，城市不斷建設發展，城市改造工作非常重要。鋼結構拆除施工技術比傳統結構更為簡單方便。而且鋼材回收利用率高、污染較小，拆除成本低，符合可持續的科學發展觀要求。
2、鋼結構住宅設計建造優越性明顯
一方面鋼結構住宅設計建造周期短。鋼結構具有工廠預制、現場安裝的特點，借助于計算機和專業化結構分析軟件，通過網絡計算機和數控機床結合，將前期設計和現場的生產手段相結合，使得設計生產一體化，具有極高的效率和精確度，建設周期短。而且修改和調整非常方便，可以減少工程建設周期。根據統計，同樣面積建筑物，鋼結構比砼結構工期，可縮短三分之一；另一方面鋼結構住宅綜合造價低。鋼結構施工機械化水平高,減少了人工費用和模板等其它輔助材料費用。而且鋼結構承載力高、構件截面小，與砼結構和磚混結構相比，本身中量比較小，上部結構重量輕可以降低基礎造價，可以采用天然基礎型式建造地基，從而減少整個工程的支出。
另外鋼結構住宅在施工方面優勢突出。鋼結構的大部分構件在工廠生產，受季節條件限制小，可全天候作業。而且運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝，施工現場作業量小,減少了施工臨時用地。鋼結構與傳統建筑材料相比，利用率高、回收率高，環境污染小、機械化水平高，大大提升了施工速度和施工質量水平。3、鋼結構住宅實用性大
一方面鋼結構承載強度高，抗震性能優越 ，使用周期長。相同的荷載，鋼結構截面最小；相同的截面，鋼結構承載力最大。鋼結構重量輕，本身所受的地震作用小。而且，鋼材具有高延性和較好的耗能能力，抗震性能好，結構安全度高；另一方面，鋼結構住宅能夠合理布置功能區間。利用鋼結構連接簡單的特點，更好地應用錯層、躍層結構。利用鋼材強度高的特點，采用大開間柱網布置，使建筑平面分隔靈活，使室內布置呈多樣化。利用非承重墻體靈活分隔室內空間，給用戶提供了根據不同用途改變結構的可能，形成開放式住宅。而且由于鋼結構住宅的構件截面尺寸小，可以增加使用面積，提高得房率。三、鋼結構住宅設計應注意的問題1、鋼結構設計要安全可靠
鋼結構要做到安全合理、節點構造方便可靠，并為構件生產、運輸、安裝提供保障。 結構方案盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；鋼結構設計生產盡可能縮短制造、安裝時間，節約勞動工日；鋼結構必須有足夠的強度、剛度和穩定性，保證整個結構安全可靠，符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；結構構件應便于運輸、便于維護。而且還要注意鋼結構使用價值和觀賞價值兼備。
2、鋼結構住宅設計要實用、安全 鋼結構住宅設計要發揮鋼結構的優勢，住宅鋼結構的平面布置應力求規則、對稱，而且避免鋼結構帶來的建筑平、立面單調呆板；注意設計深度，保證達到有關的規定要求；注意解決鋼結構住宅建筑防腐蝕、防火、防震問題。做好鋼結構防銹、防腐處理，使結構布置符合規則性要求，提高防震能力，保證鋼結構住宅的實用安全性統一。 四、鋼結構住宅的設計技術要點1、判斷鋼結構在住宅設計中的適用性
在進行鋼結構住宅設計、選用結構設計方案之前，要充分考察住宅項目建設是否適合用鋼結構 。鋼結構通常用于大跨度、高層、荷載、體型復雜或有較大振動、密封性要求高、吊車起重量大、要求能便于安裝拆卸的結構。為了避免不必要的經濟損失，要認真考察鋼結構在住宅設計中的適用性。2、確定結構選型與結構布置 “概念設計”這一理念應貫穿于在鋼結構設計的整體過程中，運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇，它在結構選型與布置階段尤其重要。國內常見的鋼結構類型主要有：框架、塔桅索膜、網架、平面架、輕鋼等。在鋼結構選型環節，要注意依據結構設計中主體系與分體系之間試驗現象、破壞機理、工程經驗、力學關系與震害等因素的綜合深入分析，從而全面性整體性的選擇最為科學、合理的結構，并且注意合理布置細節。 3、分析結構、預估截面
住宅設計在確定鋼結構選型和布置后要注意對鋼結構進行分析，以便鋼結構于在實際設計中的合理應用，例如利用線彈性分析鋼結構。另外還需對構件截面作初步估算，包括梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。這些也是鋼結構住宅設計的重要環節。 4、其他設計要點
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關鍵詞：鋼結構；住宅；結構形式。
鋼結構住宅在歐美日本等經濟發達國家的發展已經有幾十年的歷史了，憑著良好的抗震性、靈活可變的空間劃分、環保等優點，迅速發展壯大。與之相對應的是國內鋼結構住宅方面才剛剛起步。制約鋼結構住宅發展的根本原因是生產力上的落后。1996年，我國鋼產量首次突破億噸，成為世界第一產鋼大國。對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼再到鼓勵用鋼，這為發展我國鋼鋼結構住宅發展創造了極好的時機。同時政府及時提出在建筑業中提倡使用鋼結構，在組織上采取了一些措施，并且調整了政策，出臺了一系列的積極發展的方針，也編制了一些相應的規范、規程及計算軟件。鋼結構住宅作為住宅產業化的發展方向之一，也進入實質性啟動階段。
鋼結構住宅由于其自身的優點，在實際當中得到人們的青睞。其結構形式是有很多的，每種形式所適用的范圍和情況也是不盡相同的。
1.低層（1～3層）結構體系
1.1框架結構體系
這種體系在低層鋼結構住宅中得到較早的應用，它構造簡單，施工速度快，技術難度小，同時由于低層住宅對水平荷載的要求不高，避開了框架結構彈性剛度差的缺點。梁與柱之間的連接采用剛接，各部分剛度分布均勻。框架體系是一種延性體系，在建筑設計和平面布置上還具有很大的靈活性。
1.2輕鋼龍骨結構體系
這種體系是隨著鋼結構技術不斷成熟而產生的，已經成為低層鋼結構住宅主要的結構體系之一。從目前國外已經應用的輕鋼龍骨結構體系來看，它主要可以分為：冷彎薄壁型鋼格構式結構體系和熱軋型鋼龍骨結構體系兩種。冷彎型鋼截面形狀合理，力學性能良好，與截面積相同的熱軋型鋼相比，其回轉半徑可增大50%～60%，截面慣性矩和截面抵抗矩可增大50%～180%。此外，冷彎型鋼因材料冷加工后出現的冷彎效應現象可使其強度有所提高。目前由于我國的發展情況，別墅類建筑不是我國住宅消費的主要對象。
但是隨著我國經濟的高速發展，人民生活水平的不斷提高，尤其是大量新型城鎮的建設以及建設現代化農村的推進，冷彎型鋼具有廣闊的發展市場和潛力，值得我們注意。
2.多高層結構體系
2.1 純框架結構體系
鋼框架結構體系出現的比較早，是一種成熟和基本的結構體系。可分為半剛接框架和全剛接框架，半剛接框架的梁柱連接節點不承受荷載產生的端彎矩；全剛接框架的則需要考慮。由于鋼框架結構的抗側力剛度較小，所以建造高度受到限制，一般不超過12層，如果過高的話，需要加大加強結構截面和節點設計，導致不經濟。
2.2 框架—支撐體系
該結構體系以樓房的框架體系為基礎，沿房屋的縱、橫兩個方向均布置一定數量的豎向支撐所形成的結構體系稱為框架—支撐體系，簡稱框—撐體系。由于支撐部位的不同框—撐體系又分為中心支撐和偏心支撐。中心支撐（軸交支撐）的特征是：支撐的每個節點處，各桿的軸心線交匯于一點。偏心支撐（偏交支撐）的特征是；支撐斜桿與梁、柱的軸線不是交匯于一點，而是偏離一段距離，形成一個先于支撐斜桿屈服的“消能梁段”，偏心支撐框架的每根桿件應至少有一段與框架梁連接，并在斜桿與梁交點至柱之間或至同一跨內另一斜桿與梁交點之間形成消能梁段。
2.3 框架—剪力墻體系
在框架結構中設置部分剪力墻，使框架和剪力墻兩者結合起來，取長補短，共同抵抗水平荷載，就組成了框架一剪力墻結構體系。鋼框架一剪力墻結構中，由于剪力墻剛度大，剪力墻將承擔大部分水平力（有時甚至可達80%～90%），是抗側力的主體，整個結構的側向剛度大大提高，鋼框架則承擔豎向荷載，提供了較大的使用空間，同時也承擔少部分水平力。該體系可細分為：
鋼框架-混凝土剪力墻體系、鋼框架-帶縫混凝土剪力墻體系、鋼框架-鋼板剪力墻體系是以及鋼框架-帶縫鋼板剪力墻體系。鋼框架-剪力墻結構比鋼框架結構的剛度和承載能力都大大提高了，在地震作用下層間變形減小，因而也就減小了非結構構件（隔墻及外墻）的損壞。這樣無論在非地震區還是地震區，這種結構都可用來建造較高的高層住宅，在我國己有很多工程采用。此類結構體系適用于抗震設防烈度為8度或9度、總層數超過12層的鋼結構房屋。
2.4 框架—混凝土核心筒結構
該體系是以衛生間（或樓、電梯間）組成四周封閉的現澆鋼筋混凝土核心筒，與熱軋H型鋼框架結合成組合結構。筒體角部可配置小鋼柱以增加延性并方便安裝。其優點是結構受力分工明確，核心筒抗側移剛度極強，主要承擔水平荷載（占結構抗側移總剛度的90%以上）；由于是現澆核心筒，衛生間的防水性能佳，可有效避免其他結構形式因施工不當容易滲水造成的鋼構件銹蝕；可采用滑模施工，施工速度介于純鋼結構和混凝土結構之間，經濟上比鋼筋混凝土結構略高。國內己有較多的應用經驗，如果建筑結構布置合理，結構抗震設計設防妥當，是值得推廣的一種多高層住宅結構形式。
①多層（6層）鋼結構住宅結構體系優選：
7度區：框架一支撐體系（型鋼柱）和框架一支撐體系（鋼管混凝土柱）的最終性能指標差不多，鋼框架一筒體體系不理想。
8度區：框架一支撐體系（鋼管混凝土柱）最優，框架一支撐體系（型鋼柱）次之，鋼框架一筒體體系最差。
②高層（12層）鋼結構住宅結構體系優選：
7度區：框架一支撐體系（鋼管混凝土柱）最優，框架一支撐體系（型鋼柱）次之，鋼框架一筒體體系在最后，但三種方案的差別并不大。
8度區：框架一支撐體系（鋼管混凝土柱）最優，框架一支撐體系（型鋼柱）次之，鋼框架一筒體體系在最差。
③高層（18層）鋼結構住宅結構體系優選：
7度區：鋼框架一筒體體系最優，框架一支撐體系（鋼管混凝土柱）次之，框架一支撐體系（型鋼柱）在最差，但三種方案的差別并不明顯。
8度區：框架一支撐體系（鋼管混凝土柱）最優，框架一支撐體系（型鋼柱）次之，鋼框架一筒體體系最差，但三種方案的差別并不明顯。
3.結論及建議：
①框架結構：開間大、使用靈活，受力明確，框架桿件類型少，其缺點：側向剛度較差，層間位移較大，根據其受力特點看出該體系一般更適用于6層以下的多層建筑，不適于強震區的高層建筑；而且用于高層建筑經濟性相對較差。
②框架—支撐結構：由鋼桁架組成的支撐，與剪力墻相比在達到同樣的剛度下其重量要小。用于高層住宅結構，經濟性好。其缺點：構件節間尺寸較小，導致支撐構件及節點數量均較多。傳力路線較長，抗側效果較差。該體系比純框架體系側向剛度大，常用于多層及高層鋼結構，應用較廣；而且當房屋層數較高時，該體系要比純框架體系經濟。
③框架—剪力墻結構：這種體系總體來說受力性能良好，支撐構件相對較經濟，且能與隔墻布置相結合。不足之處是現場安裝比較困難，制作比較復雜。該體系同框架-支撐體系一樣，常用于多層及高層結構，應用較廣；而且從受力特點看出，帶縫剪力墻體抗震性能較好，較適用于地震區。
④框架—筒體結構：側向剛度大于鋼框架結構，結構造價介于鋼結構和鋼筋混凝土結構之間。在水平地震力作用下，混凝土核心筒開裂，將導致結構剛度減小，而加大鋼框架的剪力，鋼框架需按雙重抗側力體系設防，另外混凝土核心筒的施工誤差遠大于鋼結構。
參考文獻
篇6
【關鍵詞】鋼結構；局限性；前景展望
1 鋼結構住宅結構上的優勢
1.1 能合理布置功能區間
利用鋼材強度高的特點，設計可采用大開間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便，創造開放式住宅。而傳統結構（磚混結構、砼結構）由于材料性質限制了空間布置的自由，如果開間過大，就會造成板厚、梁高、柱大，出現“肥梁胖柱”現象，不但影響美觀，而且自重增大，增加造價，購房者在二次裝飾時，經常由于自行改變墻置，增加隱患。
1.2 鋼結構住宅空間利用率高
在空間使用率上，鋼結構的斷面小，與鋼筋混凝土結構相比可增加建筑有效面積8%左右。在建筑風格上，鋼結構建筑也更顯靈活豐富，戶內空間可多方案分割，可以滿足不同用戶的需求。
1.3 自重輕、抗震性能好
相同建筑面積的建筑樓層，鋼結構自重輕，根據比較，六層輕鋼結構住宅的重量，僅相當于四層磚混結構住宅的重量。而且鋼材具有延性，能比較好的消耗地震帶來的能量，所以抗震性能好，結構安全度高。
2 鋼結構住宅經濟性優勢
2.1 施工方便、工期短
鋼結構構件，可以實行工廠化生產，現場安裝。由于現場作業量小，對周圍環境污染少，同時，施工機械化程度高，加快了施工速度。根據統計，同樣面積建筑物，鋼結構比砼結構工期可縮短1/3，而且可節省支模材料。
2.2 綜合造價低
由于自重輕，基礎費用降低，總體用料減少，直接成本降低，建設工期短，間接費又可減少，所以綜合造價低。
2.3 符合住宅產業化和可持續發展的要求
鋼結構適宜工廠大批量生產，工業化程度高，并且能將節能、防水、隔熱、門窗等先進成品集合于一體，成套應用，將設計、生產、施工一體化，提高住宅產業化的水平。
另外，鋼材報廢后可實現100％廢品再回收利用，所以稱“鋼結構建筑”為“綠色建筑”毫不為過，它是適應我們人類可持續發展戰略的新型建筑形式。
3 鋼結構住宅發展阻力（頸瓶）分析
3.1 社會認可度
鋼結構住宅的發展面臨的首要問題是整個社會對這種新住宅體系的接受需要一個過程。輕鋼結構住宅體系是在國外尤其是北美地區木結構住宅的基礎上發展起來的，這兩種體系雖然在國外已經十分成熟和完善，但是對于我國來說卻完全是新東西，因而各種困難幾乎無處不在。中國的消費者由于長期以來住慣了磚混或鋼筋混凝土結構的住宅，從慢慢開始接受到逐步喜歡輕鋼結構住宅，也需要一個漸進的過程。
3.2 發展鋼結構住宅技術上還不夠成熟
鋼結構體系住宅成套技術，由于過去缺乏技術引導，市場需求沒有達到產業化程度，因此，我國的相關產品功能性單一，工業化程度不高，產品質量還不能滿足住宅產業化標準的要求。目前，該技術零散而不系統，技術水平及標準參差不齊，不配套，需進一步研究創新并進行整合。
此外，在建材和部品方面，目前建造輕鋼結構試驗工程所需材料許多要從國外運來，甚至有些由外商在中國大陸委托加工的部件，往往也只能到國外去采購，在國內市場上一時還找不到。這也制約了鋼結構住宅的發展和推廣。
3.3 專業技術人才缺乏
在人員方面，由于國內無論中等或是高等專業學校的教學內容中均少涉及輕鋼結構住宅體系，因此我國建筑類專業的工程技術人員對這一體系知之甚少，而更加缺乏的是熟練技術工人，所以雖然這一體系單純從技術層面上講并無多少難度，但真正推行起來卻往往缺乏得力的骨干。
3.4 工程造價問題
目前輕鋼結構住宅在我國大陸的報價大約是同條件傳統混凝土結構住宅的1.5倍左右，國內消費者近期還難以接受。然而這種價格在國外比起其它結構形式住宅的造價來說，卻具有很強的競爭力，這也就是為什么輕鋼結構住宅體系在國外能夠蓬勃發展的原因。任何新技術的產生與發展都是與所處社會的技術經濟背景相聯系、相適應的，目前美、日、歐等發達國家和地區，人均GDP約為我國的40至50倍，勞動力價格約為我國的20至30倍，因此，符合產業化生產方式的輕鋼結構住宅在發達國家遠比我國更易被市場接受。而我國由于科技和生產力發展水平較低，勞動力價格便宜，盡管輕鋼結構住宅的性能和舒適度較高，但其對于傳統建筑形式住宅的競爭優勢反倒不夠明顯。因而市場接受起來比較緩慢。
3.5 缺乏有針對性的鋼結構住宅規范及相應標準
我國的標準規范是針對幾十年來大量使用的結構體系編制的，輕鋼結構住宅體系此前在我國屬于技術空白，所以不能滿足我國現行強制性規范的某些條文。例如我國建國以后建造的建筑物多采用磚石和鋼筋混凝土等耐火性能好的建筑材料，由此導致我國的《建筑設計防火規范》在材料選用方面似乎較國外苛刻，輕鋼結構住宅難以滿足其要求。這種與國內規范不銜接的狀況，使輕鋼結構住宅項目無論在工程報建階段還是在工程驗收階段，都會遇到數不盡的障礙與麻煩。
3.6 鋼結構住宅本身缺陷
鋼結構防火能力差。經過防火處理的鋼結構的耐火時間也只有2～3個小時，遠遠遜色于磚石和鋼筋混凝土等耐火性能好的建筑材料。
3.7 缺乏相適應的建筑管理模式
在建筑管理方面，我國現行的建筑管理模式與輕鋼結構住宅這種工業化生產方式也不適應，我國加入WTO以后，國外許多住宅生產企業希望進入中國大陸市場，但是他們搞不清自己來到中國后應當申領什么資質，屬于什么身份--設計單位？施工單位？集成商？還是制造商？
4 鋼結構住宅發展前景展望
按發達國家的最低水平推算，我國鋼結構用鋼量至少有3600萬噸的發展空間。在近期內，國家將大力發展鋼結構建筑，力爭每年建筑鋼結構用鋼將占全國鋼材總產量的3％以上，年均鋼材消費量為350萬噸至400萬噸；到2015年，將再翻一番，全國建筑鋼結構用鋼材占鋼材總產量的6％以上，由此可見，鋼結構住宅市場前景十分廣闊。住宅產業化是我國住宅業發展的必由之路，因為這將成為推動我國經濟發展新的增長點。鋼結構住宅體系易于實現工業化生產，標準化制作，而與之相配套的墻體材料可以采用節能、環保的新型材料，它屬綠色環保性建筑，可再生重復利用，符合可持續發展的戰略，因此鋼結構體系住宅成套技術的研究成果必將大大促進住宅產業化的快速發展，直接影響著我國住宅產業的發展水平和前途。
5 結束語
隨著城市建設的發展和高層建筑的增多，我國鋼結構發展十分迅速，鋼結構住宅作為一種綠色環保建筑，已被建設部列為重點推廣項目。特別是在我國大中城市中，人多、土地資源少，而人們對住宅密度、環境綠地等要求越來越高的情況下，較大范圍應用鋼結構住宅，是我國生產力發展到一定階段的必然產物，它是符合國家產業政策的推廣項目。
參考文獻：
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篇7
關鍵詞：鋼結構住宅建筑設計探討
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
一、鋼結構住宅建筑設計的一般原則
1、促使平面設計趨向網格化原則
鋼結構住宅建筑的框架結構決定了鋼結構住宅建筑平面設計趨向網格化。建立在建筑模數制基礎上的網格應滿足聯系結構和建筑的紐帶。網格有多種，可以是均勻的，也可以是不均勻的。
2、促使鋼結構住宅功能設計更加開放化原則
現代的社會需要使鋼結構住宅建筑的功能設計趨向開放化，同時鋼結構住宅的結構特性也為建筑功能設計的開放化創造了條件。現代社會生活的多元化發展，使人們的個性得到了進一步的張揚，人們越來越要求住宅這個特殊的商品在具有靈活的功能設計上，以適應他們的這種要求．平面功能的開放設計正是滿足這種要求的有效方法之一。
3、更加專業的剖面設計原則
鋼結構住宅的建筑剖面設計的專業化始終歸因于鋼結構建筑設計的復雜性。鋼結構住宅底層是否架空、剖面層高的最終確定、頂層層高和屋面形式的確定、結構是否錯層等等，都要求對剖面設計進行專門研究，需要進行詳細的特殊的剖面設計。
4、保證住宅建筑設計整體化原則
一般的建筑設計師對于鋼結構建筑的結構體系不是很了解，因此，一般的建筑設計師在進行鋼結構建筑設計時，經常會無從下手，被鋼結構建筑的結構所困。而較好的鋼結構住宅設計師經常會從鋼結構建筑的結構體系出發，力求在設計上有所突破。所以說，鋼結構住宅建筑設計應該追求建筑設計和結構設計的整體化。
二、鋼結構建筑設計的重點
1、鋼結構住宅建筑設計構思
鋼結構住宅的構思一方面體現了常規意義上的建筑構思成果, 另一方面更是對鋼材這種材料靈活運用的表現。設計鋼結構住宅的建筑師必須同結構工程師、設備工程師、甚至機械工程師密切配合, 以保證建筑構思能夠在特定的技術條件下得以實施。建筑師只有在深入了解材料的特性、材料所能創造的結構形式及相應的技術措施以后, 才能有更廣泛的構思能力, 才能使自己的構思更具有獨特性和創造性, 而且方案的可實施性才能更強。
2、鋼結構住宅建筑的具體設計
（1）平面設計
戶型單元是住宅樓組合中的基本單位，它的方案設計優化在整個住宅建筑設計方案優化中占有極其重要的位置，因此，鋼結構住宅建筑設計首先要從研究住宅單元平面人手。鋼結構住宅戶型單元設計方案優化首先要優化設計步驟。在進行鋼結構住宅戶型單元設計之前，必須對戶型單元的建筑內容進行綜合詳盡的剖析，即從不同角度并用多種方法去展示它的內容因素。在對戶型單元設計內容因素進行全面的，深入的剖析以后，著手進行戶型單元設計構思。
任何住宅建筑設計都是在一定的約束條件下進行的。因此，在鋼結構住宅戶型單元方案的排列與組合中，首先應對制約因素進行分析。
鋼結構住宅建筑設計約束因素除應遵守國家建筑法規和技術規范外，還應注意以下方面：
第一，柱網布置應滿足規則性要求，宜以住宅單元或套型為單位實現模塊化，以模塊的平接、接和對稱凹接、凸接等多種拼接適應總平面布置的變化。
第二，柱網的合理選用。柱網過大，需要梁構件大，為滿足強柱弱梁的抗震要求的柱截面也會增大，總用鋼量也會隨之增加，從而影響住宅建筑造價。
第三，住宅平面應按模數規定布置。在鋼結構住宅的設計中即要考慮到房屋功能方面的要求，又要考慮到鋼結構的施工、加工方面的要求，住宅房間平面按模數規定設計，有利于結構構件的模數化以及連接節點的標準化，最終有利于鋼結構住宅的生產與施工。
（2）剖面設計
傳統結構由于結構布置的局限，受施工等多方面因素的制約而大多使用矩形剖面。鋼結構住宅房間的剖面形狀與結構本身有著密切的聯系，根據鋼結構住宅結構形式的特點，可以突破傳統的結構形式，大膽嘗試各種非矩形剖面。但非矩形剖面與房間的空間組合、家具擺設以及人們的傳統習慣有著不可避免的沖突，還需設計人員進一步研究完善。
與傳統結構設計相比，鋼結構住宅建筑剖面設計可以有效地節省空間高度。由于鋼結構采用鋼梁、鋼柱等構件，要比原有的鋼筋混凝土梁或柱截面小，截面的寬度和高度可以有效地減小，這樣不僅可以從建筑平面上節省結構所占用的空間，同時也有效地降低了房間上部的梁的高度，在同等建筑凈高的情況下，房間的建筑層高可以顯著地下降，而且住宅的建筑高度也可以得到控制，即在同樣的建筑高度下，建筑的層數可以增加，可顯著提高房地產商的經濟效益。
（3）立面造型設計
現有的鋼結構住宅在考慮形體和造型的方面，還是沿用了傳統磚混住宅的形式。設計造型時，主要還是從設計方法上考慮如何通過建筑設計的手段，而不是純工藝技術的方法，來體現鋼結構住宅的特征，不讓人覺得鋼構件的暴露顯得粗野，而是給人以簡潔、格調清晰的印象，由于鋼結構可以實現大跨度、大空間，因此其開窗所受限制就減到最小。南北立面盡量用大開窗，結合廚衛服務空間墻面開窗少的特點，采用虛實對比的構圖方式；材料上采用規則水平線條的實墻與晶瑩光潔的玻璃形成對比，同時考慮采用新型外墻保溫材料，滿足建筑節能減排的要求；色彩上，大膽采用純度上的色彩進行對比，給人以活躍的現代氣息。
三、鋼結構住宅體系的設計措施
鋼結構住宅體系與一般的住宅體系不同，鋼結構住宅體系主要指主體鋼結構承重體系、圍護系統的結構體系以及樓板結構體系。
1、鋼結構承重體系的分類
鋼結構承重體系的分類有很多種類，但是應用于住宅體系結構的形式主要有純框架結構體系、鋼框架—支撐結構體系、空間錯列桁架結構體系等鋼結構體系。其中純鋼架結構體系是指縱橫方向的主要是框架作為抵抗水平抗側力和承重的構件組成的結構體系，這種結構形式的特點主要是可以形成較大的使用空間、平面布置靈活以及鋼結構各部分的剛度均勻，構件簡單，施工容易等特點。鋼框架支撐結構的體系主要是在框架體系中的部分框架柱之間設立豎向的支撐形成的支撐框架，在住宅建筑的設計中采用這種形式的建筑特點是支撐結構可以承載很大的水平力，抗震性能好等優點，這種結構形式主要使用于30 到40 層的高層住宅的建筑。空間錯列列桁架結構體系主要是由房屋的跨度和外側的柱子等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度和建筑樓層的層高相等，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板的一端放在桁架的上弦，另一端放在相鄰桁架的下弦。這種鋼結構的特點主要是實用性能好，并且經濟。這種鋼結構形式一般使用于15 到20 層的中高層住宅的建筑。
2、圍護結構與主體結構設計的一體化
在國外的住宅建筑中，常見的住宅體系的設計是維護結構與主體結構設計的一體化。在住宅建筑中采用這種結構形式的特點是具有良好的防水性和防腐蝕性，并且屋面的保溫隔熱效果比較好，而且還可以使建筑的外形豐厚。但是我國的住宅體系，通常把維護結構的設計和主體結構的設計分開進行設計，這樣不僅經濟效果不好，而且還會增加工期。
3、樓板結構體系的設計
樓面的結構主要有樓面板和鋼梁組合而成的，鋼結構住宅在設計的過程中，必須應該保證樓板有足夠的強度和剛度以及整體穩定性，并且還應該具有防火、隔音以及防水、防腐蝕性能等。在現在的鋼結構的樓板結構體系中，主要有以下幾種形式：
（1）預制預應力混凝土疊合樓板，這種結構形式主要是指將鋼梁與預制預應力混凝土的薄板進行連接，然后在上面澆混凝土薄板形成的疊合裝配整體結構。這種結構形式的特點主要是機械化程度高、運輸吊裝方便，可以采用高強度鋼材和預應力技術。
（2）壓型鋼板混凝土組合樓板，這種結構形式，主要采用蝶形壓型的鋼板樓板的總厚度應該達到130 mm 到150mm，并且由于組合樓板需要承受傳遞平衡力的作用，因此應該在鋼梁與壓型鋼板的結合處設置栓釘，并且在設計的過程中，應該綜合考慮樓板以及鋼梁的組合作用，這樣可以提高梁的穩定性和承載能力。
四、結束語
隨著鋼結構住宅在我國建筑行業的不斷推廣應用，越來越多的人將會喜愛這一結構形式。與此同時，也會給鋼結構應用技術不斷提出新的技術要求，需要我們在這一領域不斷探索和前進。
【參考文獻】
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篇8
［關鍵詞］鋼結構住宅優化設計設計思路應用
鋼結構住宅建筑是住宅建筑的一個分支，是住宅建筑的重要組成部分；由于鋼結構建筑具有強度高、自重輕、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工業化程度高、質量易保證、建筑布局靈活合理等優點，使其作為一種最具備“環保、節能、工廠化”的新型結構體系，在 21世紀繼續得到迅速發展。
一、鋼結構在住宅應用的優勢
鋼結構在住宅建筑中應用的優勢主要體現在以下幾個方面:
1設計制造周期短,設計生產一體化
現代結構設計借助于計算機和專業化結構分析軟件,使得設計周期大大縮短,設計中的修改和調整非常方便。同時,由于鋼結構具有工廠預制、現場安裝的特點,可以將前期設計和現場的生產手段相結合,通過網絡計算機和數控機床結合,使設計人員在工作室中完成設計后,即由工廠的生產線完成產品制作,具有極高的效率和精確度,可以大大減少項目建設周期。
2有利合理布置功能區間
在居住建筑中,建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無豎向結構的空間,這樣,可以根據需求進行靈活隔斷,使室內布置呈多樣化。傳統住宅由于所
用材料的性質,限制了空間布置的自由。鋼結構住宅可以利用鋼材強度高的特點,采用大開間柱網布置,使建筑平面分隔靈活,可以利用非承重墻體靈活分隔室內空間,形成開放式住宅。同時,利用鋼結構連接簡單的特點,在垂直平面內比傳統結構能更好地應用錯層、躍層結構。由于鋼結構住宅的構件截面尺寸小,可以增加使用面積,提高得房率。下圖以某花園二期為例，從圖中可見柱截面很小：
圖2標準層平面圖
3承載強度高,抗震性能好
相同的荷載,鋼結構截面最小,相同的截面,鋼結構承載力最大。在抗震設防區,由于鋼結構重量輕,六層輕鋼住宅的重量僅相當于四層磚混結構的重量,因此,本身所受的地震作用小;而且,鋼材具有高延性,有較好的耗能能力,因此,抗震性能好,結構安全度高。
4施工優勢突出,綜合造價低
現澆混凝土需要連續施工,在我國北方地區受到施工季節的影響。鋼結構的大部分構件在工廠生產,運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝,可全天候作業。施工現場作業量小,減少了施工臨時用地,對周圍環境污染小,提高了施工的機械化水平。施工時可以節省支模、拆模的材料,由此降低成本,大大加快施工速度。資金價值在施工中充分體現,減少資金成本,對開發商的銷售和資金回籠極為有利。鋼結構承載力高,可以實現結構的大開間布置,構件截面小,自重比較輕,地基的處理比較容易,可以采用天然基礎型式。由于基礎在工程造價中占有比重比較大,上部結構重量輕可以降低基礎的造價,從而減少整個項目的投資。
5符合節約型社會建設的要求
鋼結構適宜工廠大批量生產,工業化、商品化程度高。它能將節能、防水、隔熱、門窗等先進的成品集合在一起,實現綜合成套應用,將設計、生產、施工、安裝一體化,提高住宅的產業化水平。今后隨著城市建設的發展,城市改造需要拆除大量的舊建筑,鋼結構比傳統結構的拆除更容易實施,鋼材回收利用率高、拆除成本低、污染較小,符合可持續發展的要求。當然,鋼結構也有一些缺點,如防火能力差、易銹蝕等。但這些問題隨著科技的發展,設計的改進,先進的防火材料、防銹涂料及新型耐火耐候鋼的出現將得到很好的解決。
二、鋼結構住宅的體系優選
鋼結構住宅體系區別于傳統體系住宅的內容主要是指主體鋼結構體系、圍護結構體系以及樓蓋結構體系。
1主體鋼結構體系優選
鋼結構體系的形式有多種,但應用于住宅的主要可分為鋼框架體系、鋼框架―支撐體系、鋼框架―剪力墻體系、鋼框架―核心筒體系、交錯桁架體系等。結構體系應根據安全可靠、經濟合理、施工方便等原則,并結合建筑功能、建筑模塊及建筑圍護等要求合理選用。從構件的截面形式上可分為:H型截面、鋼骨混凝土截面、圓鋼管內灌混凝土等。各種柱截面形式的性能比較見表1。
2圍護結構體系優選
鋼結構住宅的圍護結構包括外墻板、隔墻板和屋面板,是住宅結構的重要組成部分。外墻板的連接必須可靠并具有足夠的延性和適當的轉動能力,滿足在設防烈度下主體結構層間變形的要求;隔墻板與鋼結構有可靠的連接并具有抗震延性;屋面板應具有可靠的擱置、防滑和連接,具有適當的變形能力。圍護結構對住宅建筑功能與經濟性有十分重要的影響,也是目前鋼結構住宅體系中有一定技術難度的研究開發內容。護結構主要采用輕混凝土板、太空板、夾心板等。內墻品種較多,常用的為輕混凝土板、石膏板、水泥刨花板等。屋面板多選用壓型鋼板,它具有良好的外觀效果與防水和抗腐蝕能力,還有自重輕、施工快捷等特點,同時還可兼有模板與組合承重的功能,并便于施工。
3樓蓋結構體系優選
樓蓋體系是建筑的重要組成部分,它既要承受豎向荷載又需傳遞水平荷載,因此它在平面內外都需足夠的強度、剛度。同時,還需要一定的抗裂性,以滿足建筑功能抗滲、抗漏的要求。目前,最常用的是現澆鋼筋混凝土樓板,優點是成本低、防火性能好、整體性強,缺點是需要大量摸板和支撐,施工速度慢、周期長;壓型鋼板組合樓蓋,施工方便、速度快、抗裂性能好,在高層鋼結構建筑中已普遍采用。但由于壓型鋼板兼作鋼筋用時,需進行防火處理,而僅作模板用時成本過高,因此在多層、小高層住宅中的應用應做好綜合效益比較分析后再確定。
三、鋼結構住宅的設計優化
在選擇了合適的結構體系、柱網布置以后,在鋼結構住宅設計過程中還要從以下三個方面進行優化。
1鋼結構住宅節點的優化設計
鋼結構體系當中,節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。鋼結構的節點設計包括梁―柱節點、梁―梁節點、柱―柱節點、柱腳節點、柱頭節點等。設計時應確保節點的安全可靠,并盡量采用簡捷、穩定、可靠的施工工藝,減少或避免現場的焊縫連接。鋼結構節點的形式按傳力特性可以分為三類:鉸節點、半剛性節點、剛性節點。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,在此弱軸方向與梁的連接多采用鉸接,而強軸方向則采用剛接形式。鉸節點形式簡單,施工方便,但它使得梁跨中彎矩加大,增加用鋼量,不經濟;剛性節點構造復雜,但其有效的降低了跨中彎矩,節約了用鋼,有較好的經濟效應;而半剛性節點應用比較少,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據。三種形式,哪一種更加經濟可靠,還有待于在實際工程中比較、檢驗。
2鋼結構住宅墻體的優化設計
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,鋼結構住宅墻體通常采用輕質材料,目前使用的比較多的是蒸壓輕質加氣混凝土板(AutoclavedLightweightConcrete)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,提高作業效率。
3鋼結構住宅衛生間、廚房的優化設計
衛生間和廚房的設計是鋼結構設計過程中比較重要的環節。因為鋼結構材料的防腐能力相對較弱,而衛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。在鋼結構中,結構防水的效果比較好。例如,框架―核心筒結構體系把衛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。
四、結束語
篇9
【關鍵詞】建筑鋼結構；住宅；結構體系；結構布置
1 鋼結構住宅概述
改革開放以來,我國的鋼產量有了很大的提高,特別是從1997年以后,我國的鋼產量連續四年超過億噸。與此形成鮮明對比的是，鋼結構用鋼量占總鋼產量的比例僅為2%。而在鋼結構用鋼量中,建筑鋼結構用鋼量又僅占10%,這與我國作為產鋼大國的地位是很不相稱的。為此,國家相關各部委制定了在建筑工程中推廣使用鋼結構的一系列政策措施，住建部將鋼結構住宅體系的開發和應用作為我國建筑業用鋼的突破點，并且制定了《鋼結構住宅建筑體系產業化技術導則》和《鋼框架核心筒住宅建筑體系技術導則》。
鋼結構住宅具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、結構構件尺寸小、工業化程度高的特點，同時鋼結構又是可重復利用的綠色環保材料，因此鋼結構住宅是符合國家產業政策的推廣項目。隨著國家禁用實心粘土磚和限制使用空心粘土磚的政策的推出,加快住宅產業化進程、積極推廣鋼結構住宅體系已迫在眉睫。然而，我國的鋼結構住宅尚處于探索起步階段，這種體系在鋼結構防火、梁柱節點做法、樓板形式、配套墻體材料、經濟性及市場可接受程度上尚有許多不完善之處。從前幾年開始，全國陸續出現了一批鋼結構住宅試點項目，結合國外發展較為成熟的建筑鋼結構住宅工程，現對常見的建筑鋼結構住宅體系作一介紹。
2 鋼結構住宅結構體系
鋼結構住宅結構體系大致可分為以下幾種形式：鋼框架-混凝土筒體混合結構體系、鋼框架支撐結構體系、鋼框架-預制混凝土墻體框剪結構體系、純鋼框架結構體系、錯列桁架結構體系、輕鋼龍骨結構體系。
2.1 鋼框架-混凝土筒體混合結構體系
鋼-混凝土混合結構的平面布置一般為樓電梯或衛生間，采用鋼筋混凝土形成主要的抗側力結構，而外周的框架則采用鋼框架。這種結構體系將鋼材的強度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強度高、防火性能好、抗側剛度大的特點有機地結合起來，外周梁柱連接一般采用剛性連接，而樓面鋼梁與混凝土墻則采用鉸結。由于混凝土承擔了絕大部分的水平力，故而混合結構的位移控制指標可參照鋼筋混凝土結構采用。
該體系受力特點為結構整體破壞屬于彎剪型，結構破壞主要集中于混凝土芯筒，特別是結構下部的混凝土筒體四角，對這些部位應予加強，保證筒體的延性。體系的不足之處是芯筒為混凝土，重量減少不是很多，現場澆搗混凝土的工作量仍然較大。從建筑平面布置的角度來看，柱子一般布置在陽臺或轉角部位，以利于住戶的裝修處理。
2.2 鋼框架支撐結構體系
對于多層及小高層建筑，可在建筑的外墻，結合門窗位置布置雙向交叉支撐，支撐可采用角鋼、槽鋼或圓鋼,可按拉桿設計。在輕鋼住宅結構中，支撐也不一定必須從下到上同一位置設置，也可跳格布置，其目的主要是為了增加結構的剛度。
對高層住宅，可選擇山墻和內墻布置中心支撐或偏心支撐。值得注意的是，當采用單斜柱體系時，應設置不同傾斜方向的兩組單斜桿，以抵抗雙向地震作用，在節點方面，若支撐足以承受建筑物的全部側向力作用，則梁柱可做成鉸接，如支撐不足以承受建筑物的全部側向力作用，則梁柱可部分或全部做成剛接。
2.3 鋼框架―預制混凝土墻體框剪結構體系
這種體系一般預制混凝土墻體中均埋有鋼板支撐，它只有在支撐點處于鋼框架相連，而且混凝土墻板與框架梁柱留有空隙。從受力上來說，它仍是一種支撐，但其特點是內藏鋼板按強度控制設置，不考慮屈曲。
對混凝土墻體應雙面配筋，且雙面鋼筋應互相拉結，在鋼支撐端部范圍內，應設置加強構造鋼筋，如采用梅花形鋼筋、螺旋形鋼筋、鋼箍等。這種體系受力性能良好，支撐構件相對較經濟，且能與隔墻布置相結合，但現場安裝比較困難，制作比較復雜。
2.4 純鋼框架結構體系
這種體系受力明確，使用靈活，制作安裝簡單，施工速度較快，但為抵抗側向力所需梁柱截面較大，一般可用于6層以下的多層建筑，且一般情況下，梁柱節點應采用剛接。這種體系用于高層建筑經濟性較差。
2.5 錯列桁架結構體系
錯列桁架結構體系產生于20世紀60年代，由美國麻省理工學院首先提出，并成功用于多個公寓及旅館建筑中。該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。由于兩開間布置一榀桁架，且中間無柱子，所以非常適合住宅、旅館建筑各單元的靈活布置要求。這種體系的受力特點為：水平力主要通過樓板傳至相鄰桁架的斜腹桿，如此水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層支撐傳至基礎，樓層間的柱子主要承受軸力，其所受的剪力和彎矩很小。由于桁架有整層高，所以整個體系剛度較大，一般不需要增加柱子剛度以控制位移，由于錯列桁架結構體系中柱子主要承受軸力，其柱截面強軸可布置在縱向，故其縱向側移剛度亦較大，這種體系的用鋼量可較框架結構減少30～40％，因此該體系是一種經濟、實用、高效的新型結構體系。
2.6 輕鋼龍骨結構體系
輕鋼龍骨結構體系主要用于中低層住宅或別墅，大致可分為兩類，一類為以冷彎C型鋼組成的龍骨體系，另一類以小型熱軋型鋼組成的龍骨結構體系。輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中間腰支撐通過配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成，梁柱構件厚度在1～3mm之間，柱子間距約為400~600mm。
其主要受力機理為：柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁，豎向力由樓面梁傳至墻壁的天龍骨，再通過柱子傳至基礎；水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎。由于在傳力過程中，墻面板承受了一定的剪力，并提供了必要的剛度，故墻面板應滿足一定的要求。
該體系的優點為組成體系的構件尺寸較小，可將結構構件隱藏在墻體內部，有利于建筑布置和室內美觀，且保溫性能良好，梁柱均為鉸接，省卻現場焊接及高強螺栓的費用，而且受力墻體也可在工廠整體拼裝，加快了施工進度。其缺點為梁柱鉸接不適合于強震區的高層建筑，國內該體系尚缺乏工程經驗，冷彎型鋼品種較少。
3 小結
鋼結構住宅在我國有著廣闊的發展前景，這一結構形式已經在發達國家被證明符合民用住宅的發展方向，且得到我國住建部等部門的大力推廣，潛力巨大。建筑鋼結構的體系形式較多，特點各異，需根據工程項目實際情況選擇合適的結構體系，并在設計和建造過程中積累實踐經驗，對體系進行完善和改進。
參考文獻
[1]湯泓，徐亞豐，白首晏；我國鋼結構的發展綜述[J]；西部探礦工程，2005，104(1):145-146.
[2]柴昶；我國建筑鋼結構用鋼材的現狀與展望[J]；鋼結構，2001，16(1):1-6.
篇10
Abstract： The popularization and application of the steel structure housing is the inevitable trend of the development of China's housing industrialization. Through comparative analysis of the advantages and disadvantages to common structure form of the steel structure housing， the applicability principle of the structure form was put forward， method of improving lateral force resisting performance was proposed， in order to further promote the steel structure residential structure system， which provides a theoretical reference for in the application domestic building trade， and points out effective approaches of industrialization development of the steel structure housing.
關鍵詞： 鋼結構住宅；結構形式；抗側力性能；產業化發展
Key words： steel structure housing；structure；lateral force resisting performance；industrialization development
中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）34-0130-02
0 引言
鋼結構住宅以其“環保、節能、工業化”和“綠色建筑”等特征成為了二十一世紀住宅建筑業的主導方向之一。我國對鋼結構住宅技術的應用和發展也提出了更明確的要求，為此，建立系統的理論研究和發展規劃對鋼結構住宅體系產業化的迅猛發展起著至關重要的作用。
1 國內外鋼結構住宅研究現狀
現代鋼結構房屋建筑體系誕生于20世紀初，在一些發達國家的發展己有上百年的歷史，工業化生產和預制裝配程度較高。世界各國逐步形成自己獨特的鋼結構住宅體系I1]。自1960年以來，美國就開始發展冷成型鋼結構建筑[2]。20世紀80年代，1984年TarpyTS對螺栓連接的冷成型構件墻體的抗剪性能進行了研究[3]。1982年wolfeR.w對有石膏板填充的冷成型鋼構件墻的極限承載力進行了研究[4]。1999年GadE.F研究了冷成型鋼結構住宅中單片墻體以及整體結構在地震荷載下的性能[5]。而我國的鋼結構住宅發展較晚，與發達國家相比，國內建筑鋼結構行業仍是一個朝陽產業，新材料、新技術、新結構體系、新應用領域不斷出現。要加快建設鋼結構行業的發展，對現有建筑鋼結構設計規范的更新、完善或補充，以及對新的結構體系和新的應用領域的建筑鋼結構設計規范的編制工作顯得非常緊急。
2 鋼結構住宅的技術性分析
2.1 鋼結構住宅主體結構體系比較 鋼結構住宅技術體系并不是簡單的用鋼材替代混凝土和砌體作為支承結構，而是以鋼結構為主體結構，另外還包括圍護結構、鋼結構防火、鋼結構防腐及建筑設備的一個綜合技術體系。鋼結構住宅主體結構體系一般有以下形式：①純鋼框架體系；②冷彎C型鋼龍骨體系及熱軋型鋼龍骨體系；③鋼框架支撐體系；④鋼框架-剪力墻系；⑤鋼框架-混凝土組合結構體系；⑥錯列桁架體系。上述各類結構形式綜合比較如表1所示。
在這幾種結構體系中，前兩種結構體系主要用于低層鋼結構住宅，其他可適用于多高層鋼結構住宅。而且從表中可以看出鋼結構住宅的共同缺點為抗側力性能比較差。為進一步推進鋼結構住宅結構體系在國內建筑的應用，對于該結構體系尚需進行深入的研究。
2.2 提高鋼結構住宅的抗側力性能方法 輕鋼結構住宅的結構體系與傳統磚混結構或混凝土結構住宅體系有很大的不同，它主要由輕鋼結構體系、樓面結構體系和圍護結構體系等組成。而輕鋼龍骨體系是一種新型的結構形式相對于其它結構形式的輕鋼結構住宅，輕鋼龍骨體系的研究和應用更不成熟、不完善，更需要加強研究力度。關于低層輕鋼龍骨住宅的試驗和理論研究主要集中研究復合墻體的抗側力性能的研究，2008年武漢理工大學高景輝對輕鋼龍骨墻體的破壞模式做了分析，得出自攻螺栓連接破壞時一種主要因素，通過有限元參數分析發現，影響輕鋼龍骨復合墻體抗剪性能的最關鍵因素是自攻螺栓的數量，其次是墻體的尺寸、支撐。2010年浙江工業大學郎晟頡在靜力分析的基礎上研究了復合墻體的滯回性能與抗震性能，得出了隨著墻板厚度的增加，墻體抗側承載力隨著墻板材料不同有不同程度的提高，導軌與墻板的間距對墻體抗側性能影響最大。同年武漢理工大學張翠萍對三種不同支撐的輕鋼龍骨墻體：輕鋼龍骨剛架體系、輕鋼龍骨剛架支撐體系、輕鋼龍骨剛架端支撐體系，進行了抗側力性能分析，得出帶支撐的墻體的抗側極限承載力能滿足帶蒙皮的組合墻體的抗側力性能的研究。
3 鋼結構住宅的產業化發展
鋼結構住宅有著重量輕、抗震性能好、施工周期短、工業化程度高、環保效果好等特點，作為未來住宅的發展方向，人們正在逐漸關注它、接受它。目前的問題是，我國建筑鋼材消費嚴重偏低，且絕對量相差非常之大。如何加大建筑業中各類鋼結構建筑的使用比例，大力推進建筑鋼結構產業的快速發展，提高建筑用鋼在國家總鋼材產量中的份額，將是擺在在我們面前的重要課題。由于市場經濟尚不完善，建筑鋼結構產業的發展過于迅猛，長期以來自發形成的我國建筑鋼結構產業鏈配置存在較嚴重的問題，而改變這種現狀更加需要推進技術創新和成套技術集成體系的應用，使科技轉化為實際生產力，促進住宅產業化的發展。如果我們能實現鋼結構住宅的產業化生產，住宅建設及相關產業的勞動生產率將大大提高，其具有的廣泛的社會、經濟效益會更加明顯地展現在社會經濟的各領域，并被市場認可和接受。而進行產業化發展的關鍵是影響鋼結構住宅經濟性的主要因素，如施工技術及施工組織設計的選擇；鋼材的選用；結構體系設計，圍護及其它配套體系的發展及產品更新；鋼結構的防火、防腐處理；原材料價格，尤其是鋼材價格的上下波動；部品部件的產業化、社會化水平、標準化生產；部品部件的設計、制造、安裝等等。針對影響鋼結構住宅成本的主要因素，從成本控制的角度對供應鏈管理、產業化、標準化、企業管理等理論，通過加強鋼結構住宅領域的供應鏈管理，部品部件的生產社會化，住宅區的產業化運作，及公司管理理念的創新、提高管理水平，國家政策等一系列措施，尋求鋼結構住宅的成本控制的對策，增強鋼結構住宅與傳統混凝土住宅的競爭優勢，從而改善鋼結構住宅面臨的建造成本較高、市場份額小、
社會對鋼結構住宅的認識程度不夠等現狀，吸引更多的社會主體參與到鋼結構住宅建設領域中，來促進鋼結構住宅的基本建設、應用與推廣。
參考文獻：
[1]周濤.鋼結構住宅技術體系及其建筑設計研究以多層、小高層住宅為例[D].北京建筑工程學院，碩士論文，2004.
[2]Yuwei.wen.Cold—formedsteeldesign[M].Newyork： Wiley，1985.
[3]TarpyT·S·Shear resistanee of steel stud wanll Panels. Proe Seventh Int SPeeialty Confon Cold Formed Steel Struetures，1984：203～248.
