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浅析钢结构在多层住宅建筑中的应用设计 摘要：在居住建筑中，建筑师和居民一直希望能够有大跨的无竖向结构的空间，可以根据需求进行灵活隔断，使室内布置呈多样化。钢结构不仅满足了这方面的需求，而且承载强度高，抗震性能好，在当今的建筑结构中受到了前所未有的重视。本文主要对多层钢结构住宅结构设计中的关键环节和要点进行了探讨，以供参考。 关键词：钢结构；多层住宅；设计 钢结构住宅与传统住宅结构相比，在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有明显的优势。钢结构住宅以自重轻、空间布置灵活、基础造价低、建设周期短、承载强度高，抗震性能好等综合优势而受到建筑业各方的重视。 一、结构体系选择与结构布置 多层钢结构住宅可以选用的建筑结构体系主要有框架体系、框架一支撑体系、交错桁架结构体系等。 （1）框架体系和框架支撑体系。框架体系是由基础、柱、梁、板等结构构件组成。框架结构体系平面布置灵活，可提供较大的室内空间，结构各部分刚度均匀，结构有较好的延性，自振周期较长，延性较好;但框架结构的侧向刚度小，在水平荷载作用下位移较大，易引起非结构构件破坏。在房屋层数较多时，为增加横向抗侧移刚度，同时减小柱子的计算长度，增强稳定性，可改为采用框架一支撑体系。框架一支撑体系在框架体系基础上沿竖向布置抗剪支撑构件，水平剪力主要由腹杆轴力的水平分量承担而不是由柱承受。多层住宅框架体系和框架一支撑体系的梁柱截面可采用轧制或焊接H形截面、方钢管等，支撑构件多采用角钢或部分T型截面，在七度抗震设防区多层住宅的用钢量多在35kg/m240kg/m2。在结构平面布置上宜采用大柱网、大开间的结构布置形式，柱距5m8m较常见。框架柱在房屋横向、纵向成列布置、不宜错开太多，若设置支撑构件时，应注意避让门窗洞口或设在无孔口的分户墙中。 （2）交错桁架结构体系。交错桁架结构体系的基本组成是柱子、桁架、梁和板。柱子仅布置在房屋周围，不设中间柱。桁架跨度等于建筑全宽，高度等于楼层高度，桁架两端支承在外围柱上，在相邻柱轴线上为上、下层交错布置。而楼板一端支承在桁架的上弦杆，另一端悬挂在相邻桁架的下弦杆。建筑纵向外围各柱通过连梁连接。建筑水平荷载主要被桁架中斜腹杆轴力的水平分量所平衡，水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层斜撑传至基础。桁架杆件截面可采用角钢、焊接T型、H型或方管截面。柱截面通常采用H型、钢管等。交错桁架结构体系中杆件受力合理，大部分杆件以受轴心力为主，用钢量节约，在七度抗震设防区，其用钢量较框架结构节约10%左右，当建筑横向尺寸较大，这一优势将更明显；桁架结构抗侧移刚度大，位移也较小，柱强轴可布置在纵向，以加大结构纵向侧移刚度。交错桁架结构体系结构布置时注意使一层桁架的斜腹杆落地(与基础梁连接)或通过底层斜撑传至基础，否则结构水平位移过大，难以满足规范要求。还应注意水平、竖向结构布置要做到规则对称。从结构布置上说，交错桁架结构体系可以提供两倍于框架结构体系的更大开间，进深也大大增加。可以提供更大的使用面积。此外，交错桁架结构体系柱子数目较少，所以基础数量较少，能够进一步节约材料。在设计中采用何种结构体系，应综合考虑多种影响因素。除分析建筑高度、受力特点、合理柱网尺寸等结构因素外，还应该考虑施工的难易程度、用钢量、施工速度、造价，大空间更适应现代生活等因素的影响。 二、节点设计及结构计算 在钢结构住宅体系中，节点的设计相当重要。节点设计不仅应做到传力可靠连接方便，还应该注意节点的受力特征应和计算模型相吻合，这样才能保证结构的安全可靠。按传力特征来分，钢结构节点可分为铰接、刚接和半刚接节点。铰接节点构造简单，在受弯构件中引起跨中弯矩较大，用钢量增多;刚接节点连接可减小跨中弯矩，节约用钢，但构造较复杂。在框架结构多层住宅中，柱多采用H型截面，强轴布置在横向，横向梁柱通常为刚接节点。纵向腹板一般较薄，亦可采用铰接节点。框架支撑结构中梁柱节点可以是铰接或半刚接。支撑与构件的连接、交错桁架结构中桁架杆件的连接、桁架与柱连接通常设计为铰接节点。交错桁架结构中纵向连梁与柱可设计为刚接。在刚性连接中，应重视节点域的问题，节点域直接影响到节点的强度、刚度、变形及抗震性能。当节点域验算不满足时，不应该简单的调整构件截面尺寸，这样可能带来用钢量的大量增加，可以考虑采用在柱腹板处贴焊补强板、梁上下翼缘加楔形盖板、狗骨法等方法解决。多层钢结构住宅设计计算可采用设计单位较普及的STS、MTS、SAP2000、ANSYS等钢结构设计软件。对计算结果要逐一审核，包含周期、位移、应力比等方面，应重视结构设计的优化以节约用钢量。 三、围护墙体的选取 为突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅不宜采用传统的“砖”类或其它自重较大的材料。而多采用“板”“块”类墙体。在多层住宅中，可选择加气混凝土砌块、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、蒸压轻质加气混凝土(ALC)板、钢丝网水泥增夹芯板等墙体，ALC板是目前应用较多的一种墙体材料。内墙也可采用纸面石膏板、纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板等。 四、楼盖体系 多层钢结构住宅房屋的楼板不仅起着传递竖向荷载的作用;在水平荷载作用下，还起着保证抗侧力构件空间协调的作用。因此，楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性。目前，钢结构住宅中较多地采用压型钢板混凝土组合楼板。由于组合楼板担负着传递水平力的作用，故而钢梁与压型钢板连接处应设置必要的栓钉，压型钢板组合楼板有蝶型压型钢板楼板、劲扣式压型钢板楼板等，对钢结构住宅可采用劲扣式压型钢板，其内口封闭，平整的板底外观不需要再做吊顶。 五、防火防腐做法 钢材耐火性能差，温度达到600时，钢材基本丧失强度和刚度，钢材容易锈蚀，锈蚀后截面面积减小引起构件承载力降低。钢结构建筑的防火防腐是一个特别重要的问题。常用的防火措施有防火涂料法、隔离法、实心包裹法、膨胀漆覆盖法等。从施工等角度考虑，多层住宅中可根据钢结构的部位不同分别采用厚型或薄型防火涂料，并在明露部位加涂装饰漆来防火。钢结构的防腐一般采用工厂制作时涂刷防锈漆解决，除这种必须采取的防锈措施外，尚应注意构造防腐，即设计中尽量避免出现难于检查、清刷和油漆之处，避免出现能积留湿气和大量灰尘的死角或凹槽。这些构造措施可为减缓钢结构的锈蚀速度创造一个良好的环境，对钢结构防腐起着积极的作用。此外，选材上可以考虑采用耐火耐候钢等防火防腐性能优良的钢材，这样可减少防火涂料的使用量，省去防锈漆，大大节约后期维护工本，不仅如此，耐火耐候钢还具有自愈性和永久性，即在钢材使用中表面受擦撞或火灾后，其耐火耐候性不变。 六、结语 钢结构在住宅建筑中应用的优势明显，在我国努力建设节约型社会、大力推广住宅产业化的形势下，钢结构体系必将成为住宅体系的主流，我们只有认真研究并熟练掌握钢结构的设计理念，才能确保钢结构在住宅体系得到更好的发展和应用。 参考文献 吴兆旗，何田田