摘要：鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為材料制成受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)住宅以其能使建筑更富有功能化，預(yù)工程化程度高，建設(shè)成本降低，自重輕，安裝容易，環(huán)保節(jié)能，抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)而受到各方面的重視。

　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)住宅 設(shè)計(jì)原則 特點(diǎn)

　　Abstract: the steel structure steel products for material is made in the structure of the stress components, the steel structure housing, with its architecture function more rich, pre-engineering degree is high, the construction cost reduction, light weight, easy to install, environmental protection energy conservation, the seismic performance is good, and other comprehensive advantages and by every aspect of attention.

　　Keywords: steel structure housing design principles characteristics

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　1鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的原則

　　針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定問(wèn)題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們必須遵循以下三個(gè)原則：

　　1.1結(jié)構(gòu)整體布局必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求。目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來(lái)設(shè)計(jì)的，如桁架和框架都是如此。為保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來(lái)解決，亦即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說(shuō)，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布局相一致。

　　1.2結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖相一致，這對(duì)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算十分重要。目前在設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分析而是代之以框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，自應(yīng)通過(guò)框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效力框架穩(wěn)定計(jì)算。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，需要設(shè)定一些典型條件。

　　1.3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須相互配合，使二者有一致性。結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合，一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大家都注意的問(wèn)題。對(duì)要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接，應(yīng)分別賦予它足夠的剛度和柔度，對(duì)框架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心，這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)常考慮到的。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時(shí)，構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如，簡(jiǎn)支梁就抗彎強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，對(duì)不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時(shí)允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在處理梁整體穩(wěn)定時(shí)上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時(shí)允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。

　　2 住宅鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

　　住宅鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合經(jīng)濟(jì)方面具有優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下方面。

　　2.1 設(shè)計(jì)制造周期短，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借助于計(jì)算機(jī)和專(zhuān)業(yè)化結(jié)構(gòu)分析軟件，使得設(shè)計(jì)周期大大縮短，設(shè)計(jì)中的修改和調(diào)整非常方便。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)具有工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝的特點(diǎn)，可以將前期設(shè)計(jì)和現(xiàn)業(yè)的生產(chǎn)手段相結(jié)合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員在工作室中完成設(shè)計(jì)后，即由工廠的生產(chǎn)線完成產(chǎn)品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項(xiàng)目建設(shè)周期。

　　2.2 能夠合理布置功能區(qū)間在居住建筑中，建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無(wú)豎向結(jié)構(gòu)的空間，這樣，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活隔斷，使室內(nèi)布置呈多樣化。傳統(tǒng)住宅由于所用材料的性質(zhì)，限制了空間布置的自由。

　　2.3 承載強(qiáng)度高，抗震性能優(yōu)越相同的荷載，鋼結(jié)構(gòu)截面最小，相同的截面，鋼結(jié)構(gòu)承載力最大。在抗震設(shè)防區(qū)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)有許多不足之處，而鋼結(jié)構(gòu)重量輕，六層輕鋼住宅的重量?jī)H相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安全度高。

　　2.4 施工方面優(yōu)勢(shì)突出現(xiàn)澆砼需要連續(xù)施工，在我國(guó)北方地區(qū)受到施工季節(jié)的影響。鋼結(jié)構(gòu)的大部分構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)焊接或螺栓進(jìn)行整體組裝，可全天候作業(yè)。施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，減少了施工臨時(shí)用地，與傳統(tǒng)建筑材料相比，對(duì)周?chē)�環(huán)境污染小，提高了施工的機(jī)械化水平。

　　2.5 綜合造價(jià)低鋼結(jié)構(gòu)承載力高，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的大開(kāi)間布置，構(gòu)件截面小，與砼結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以采用天然基礎(chǔ)型式。由于基礎(chǔ)在工程造價(jià)中占有比重比較大，上部結(jié)構(gòu)重量輕可以降低基礎(chǔ)的造價(jià)，從而減少整個(gè)項(xiàng)目的投資。鋼結(jié)構(gòu)施工機(jī)械化高的特點(diǎn)，從另一方面減少了人工費(fèi)用和模板等其它輔助材料費(fèi)用。

　　3住宅鋼結(jié)構(gòu)體系的組成

　　住宅鋼結(jié)構(gòu)體系主要有支撐骨架系統(tǒng)、維護(hù)骨架系統(tǒng)、輕質(zhì)墻體、裝飾外墻、樓層板、屋頂、門(mén)窗及樓梯等幾大部分組成。主要承內(nèi)閣墻體系以及樓板體系，其具體內(nèi)容可分為：

　　3.1鋼結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)形成有多種，但就用于住宅的主要分為鋼框架體系，鋼支撐框架混凝土剪力墻體系，錯(cuò)層桁架體系，巨型結(jié)構(gòu)加子結(jié)構(gòu)體系等。從構(gòu)件的截面形式上可分為：冷軋H型截面，焊接H型截面，焊接箱型截面，冷彎薄壁方鋼管內(nèi)灌砼，冷彎C型截面，圓鋼管內(nèi)灌砼等，鋼結(jié)構(gòu)的防火措施主要有：防火噴漆，防火板外包，耐火鋼。

　　3.2維護(hù)結(jié)構(gòu)體系。外維護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用的墻板有輕混凝土板，太空板，水泥刨花板，夾心板等，內(nèi)墻采用輕砼板，石膏板，水泥刨花板，稻草板等。

　　3.3樓板結(jié)構(gòu)體系。樓板主要有壓型鋼板預(yù)先澆砼組合樓板以及預(yù)制輕砼板等。

　　4鋼結(jié)構(gòu)的材料要求

　　4.1要有合適結(jié)構(gòu)體系的房型設(shè)計(jì)方案和立面處理，才能充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

　　4.2要有合適的外墻，內(nèi)墻和樓面的材料，即經(jīng)濟(jì)耐用性能良好。

　　4.3要有合適的能為房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商接受的性能價(jià)格比。

　　鋼結(jié)構(gòu)住宅特別是輕鋼結(jié)構(gòu)住宅具有自重輕，減少基礎(chǔ)造價(jià)，施工周期短，提高投資效率，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干凈，廢料少，材料可再生利用，滿(mǎn)足建筑大開(kāi)間靈活分隔，墻體薄，可增加使用面積，抗震，抗風(fēng)，防白蟻等優(yōu)點(diǎn)。

　　5住宅鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　5.1預(yù)估截面

　　結(jié)構(gòu)布置后需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算，主要是梁柱和支撐等斷面形狀與尺寸的假定。鋼梁可選擇槽鋼，扎制或焊接H型鋼截面等，根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20-1/50之間選擇。柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估，100附近。根據(jù)軸心受壓，雙向受彎或單向受彎的不同，可選鋼管或H型鋼截面等，對(duì)應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)，規(guī)范中對(duì)截面的構(gòu)造要求有很大的不同，鋼結(jié)構(gòu)住宅選擇輕鋼規(guī)范。

　　5.2構(gòu)件設(shè)計(jì)

　　構(gòu)件設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來(lái)驗(yàn)算截面。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的彈性方法并不匹配。

　　當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，都提供截面驗(yàn)算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)不通過(guò)的構(gòu)件，從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí)。并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過(guò)，如sap2000等。這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。但是，初學(xué)鋼至少應(yīng)注意兩點(diǎn)：

　　5.2.1軟件在做構(gòu)件(主要是柱)的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個(gè)問(wèn)題。所以，尤其對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，結(jié)構(gòu)師應(yīng)該逐個(gè)檢查。

　　5.2.2當(dāng)上面第(三)條中預(yù)估的截面不滿(mǎn)足時(shí)，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對(duì)待。

　　5.2.2.1強(qiáng)度不滿(mǎn)足，通常加大組成截面的板件厚度，其中，抗彎不滿(mǎn)足加大翼緣厚度，抗剪不滿(mǎn)足加大腹板厚度。

　　5.2.2.2變形超限，通常不應(yīng)加大板件厚度，而應(yīng)考慮加大截面的高度，否則，會(huì)很不經(jīng)濟(jì)。

　　使用軟件的前述自動(dòng)加大截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，很難考慮上述強(qiáng)度與剛度的區(qū)分，實(shí)際上，常常并不合適。

　　5.3節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定，常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免. 按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。

　　5.4圖紙編制 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖分設(shè)計(jì)圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計(jì)圖為設(shè)計(jì)單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計(jì)圖編制，有時(shí)也會(huì)由設(shè)計(jì)單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目增多和設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計(jì)能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計(jì)圖編制的情況也很普遍。

　　6結(jié)語(yǔ)

　　隨著科技的發(fā)展，新型材料廣泛運(yùn)用于房屋建筑中。鋼結(jié)構(gòu)由于在高層建筑和大跨度高聳結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)越性，使其在非居住建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和住宅商品化、產(chǎn)業(yè)化的要求，促進(jìn)了住宅新技術(shù)和新材料的研究、應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)將成為建筑中最適合創(chuàng)新的住宅結(jié)構(gòu)體系，也是住宅建筑行業(yè)二十一世紀(jì)的主導(dǎo)方向。