建筑钢结构住宅体系分析

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　　【摘要】钢结构是未来相当长一段时期内我国将要重点推广的建筑住宅类型，具有强度高、结构尺寸小、自重轻、施工速度快、抗震性能好及工业化程度高的特点。本文对国内外主要的建筑钢结构住宅结构形式进行了总结和评述，对各种结构体系进行了分析。
　　【关键词】建筑钢结构；住宅；结构体系；结构布置
　　
　　1 钢结构住宅概述
　　改革开放以来,我国的钢产量有了很大的提高,特别是从1997年以后,我国的钢产量连续四年超过亿吨。与此形成鲜明对比的是，钢结构用钢量占总钢产量的比例仅为2%。而在钢结构用钢量中,建筑钢结构用钢量又仅占10%,这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的。为此,国家相关各部委制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施，住建部将钢结构住宅体系的开发和应用作为我国建筑业用钢的突破点，并且制定了《钢结构住宅建筑体系产业化技术导则》和《钢框架核心筒住宅建筑体系技术导则》。
　　钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高的特点，同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料，因此钢结构住宅是符合国家产业政策的推广项目。随着国家禁用实心粘土砖和限制使用空心粘土砖的政策的推出,加快住宅产业化进程、积极推广钢结构住宅体系已迫在眉睫。然而，我国的钢结构住宅尚处于探索起步阶段，这种体系在钢结构防火、梁柱节点做法、楼板形式、配套墙体材料、经济性及市场可接受程度上尚有许多不完善之处。从前几年开始，全国陆续出现了一批钢结构住宅试点项目，结合国外发展较为成熟的建筑钢结构住宅工程，现对常见的建筑钢结构住宅体系作一介绍。
　　2 钢结构住宅结构体系
　　钢结构住宅结构体系大致可分为以下几种形式：钢框架-混凝土筒体混合结构体系、钢框架支撑结构体系、钢框架-预制混凝土墙体框剪结构体系、纯钢框架结构体系、错列桁架结构体系、轻钢龙骨结构体系。
　　2.1 钢框架-混凝土筒体混合结构体系
　　钢-混凝土混合结构的平面布置一般为楼电梯或卫生间，采用钢筋混凝土形成主要的抗侧力结构，而外周的框架则采用钢框架。这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机地结合起来，外周梁柱连接一般采用刚性连接，而楼面钢梁与混凝土墙则采用铰结。由于混凝土承担了绝大部分的水平力，故而混合结构的位移控制指标可参照钢筋混凝土结构采用。
　　该体系受力特点为结构整体破坏属于弯剪型，结构破坏主要集中于混凝土芯筒，特别是结构下部的混凝土筒体四角，对这些部位应予加强，保证筒体的延性。体系的不足之处是芯筒为混凝土，重量减少不是很多，现场浇捣混凝土的工作量仍然较大。从建筑平面布置的角度来看，柱子一般布置在阳台或转角部位，以利于住户的装修处理。
　　2.2 钢框架支撑结构体系
　　对于多层及小高层建筑，可在建筑的外墙，结合门窗位置布置双向交叉支撑，支撑可采用角钢、槽钢或圆钢,可按拉杆设计。在轻钢住宅结构中，支撑也不一定必须从下到上同一位置设置，也可跳格布置，其目的主要是为了增加结构的刚度。
　　对高层住宅，可选择山墙和内墙布置中心支撑或偏心支撑。值得注意的是，当采用单斜柱体系时，应设置不同倾斜方向的两组单斜杆，以抵抗双向地震作用，在节点方面，若支撑足以承受建筑物的全部侧向力作用，则梁柱可做成铰接，如支撑不足以承受建筑物的全部侧向力作用，则梁柱可部分或全部做成刚接。
　　2.3 钢框架―预制混凝土墙体框剪结构体系
　　这种体系一般预制混凝土墙体中均埋有钢板支撑，它只有在支撑点处于钢框架相连，而且混凝土墙板与框架梁柱留有空隙。从受力上来说，它仍是一种支撑，但其特点是内藏钢板按强度控制设置，不考虑屈曲。
　　对混凝土墙体应双面配筋，且双面钢筋应互相拉结，在钢支撑端部范围内，应设置加强构造钢筋，如采用梅花形钢筋、螺旋形钢筋、钢箍等。这种体系受力性能良好，支撑构件相对较经济，且能与隔墙布置相结合，但现场安装比较困难，制作比较复杂。
　　2.4 纯钢框架结构体系
　　这种体系受力明确，使用灵活，制作安装简单，施工速度较快，但为抵抗侧向力所需梁柱截面较大，一般可用于6层以下的多层建筑，且一般情况下，梁柱节点应采用刚接。这种体系用于高层建筑经济性较差。
　　2.5 错列桁架结构体系
　　错列桁架结构体系产生于20世纪60年代，由美国麻省理工学院首先提出，并成功用于多个公寓及旅馆建筑中。该体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。由于两开间布置一榀桁架，且中间无柱子，所以非常适合住宅、旅馆建筑各单元的灵活布置要求。这种体系的受力特点为：水平力主要通过楼板传至相邻桁架的斜腹杆，如此水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层支撑传至基础，楼层间的柱子主要承受轴力，其所受的剪力和弯矩很小。由于桁架有整层高，所以整个体系刚度较大，一般不需要增加柱子刚度以控制位移，由于错列桁架结构体系中柱子主要承受轴力，其柱截面强轴可布置在纵向，故其纵向侧移刚度亦较大，这种体系的用钢量可较框架结构减少30～40％，因此该体系是一种经济、实用、高效的新型结构体系。
　　2.6 轻钢龙骨结构体系
　　轻钢龙骨结构体系主要用于中低层住宅或别墅，大致可分为两类，一类为以冷弯C型钢组成的龙骨体系，另一类以小型热轧型钢组成的龙骨结构体系。轻钢龙骨体系一般由柱、梁、天龙骨、地龙骨及中间腰支撑通过配套扣件和加劲件用自攻螺钉连接而成，梁柱构件厚度在1～3mm之间，柱子间距约为400~600mm。
　　其主要受力机理为：柱子与上下龙骨及支撑或隔板组成受力墙壁，竖向力由楼面梁传至墙壁的天龙骨，再通过柱子传至基础；水平力由作为隔板的楼板传至受力墙壁再传至基础。由于在传力过程中，墙面板承受了一定的剪力，并提供了必要的刚度，故墙面板应满足一定的要求。
　　该体系的优点为组成体系的构件尺寸较小，可将结构构件隐藏在墙体内部，有利于建筑布置和室内美观，且保温性能良好，梁柱均为铰接，省却现场焊接及高强螺栓的费用，而且受力墙体也可在工厂整体拼装，加快了施工进度。其缺点为梁柱铰接不适合于强震区的高层建筑，国内该体系尚缺乏工程经验，冷弯型钢品种较少。
　　3 小结
　　钢结构住宅在我国有着广阔的发展前景，这一结构形式已经在发达国家被证明符合民用住宅的发展方向，且得到我国住建部等部门的大力推广，潜力巨大。建筑钢结构的体系形式较多，特点各异，需根据工程项目实际情况选择合适的结构体系，并在设计和建造过程中积累实践经验，对体系进行完善和改进。
　　参考文献
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