淺析鋼結(jié)構(gòu)在多層住宅建筑中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

1、    淺析鋼結(jié)構(gòu)在多層住宅建筑中的應(yīng)用設(shè)計(jì)    朱江峰摘要：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(jié)構(gòu)的空間，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活隔斷，使室內(nèi)布置呈多樣化。鋼結(jié)構(gòu)不僅滿足了這方面的需求，而且承載強(qiáng)度高，抗震性能好，在當(dāng)今的建筑結(jié)構(gòu)中受到了前所未有的重視。本文主要對(duì)多層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和要點(diǎn)進(jìn)行了探討，以供參考。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；多層住宅；設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)住宅結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合經(jīng)濟(jì)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)住宅以自重輕、空間布置靈活、基礎(chǔ)造價(jià)低、建設(shè)周期短、承載強(qiáng)度高，抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)而受到建筑業(yè)

2、各方的重視。一、結(jié)構(gòu)體系選擇與結(jié)構(gòu)布置多層鋼結(jié)構(gòu)住宅可以選用的建筑結(jié)構(gòu)體系主要有框架體系、框架一支撐體系、交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系等。（1）框架體系和框架支撐體系?？蚣荏w系是由基礎(chǔ)、柱、梁、板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系平面布置靈活，可提供較大的室內(nèi)空間，結(jié)構(gòu)各部分剛度均勻，結(jié)構(gòu)有較好的延性，自振周期較長，延性較好;但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，在水平荷載作用下位移較大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞。在房屋層數(shù)較多時(shí)，為增加橫向抗側(cè)移剛度，同時(shí)減小柱子的計(jì)算長度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，可改為采用框架一支撐體系?？蚣芤恢误w系在框架體系基礎(chǔ)上沿豎向布置抗剪支撐構(gòu)件，水平剪力主要由腹桿軸力的水平分量承擔(dān)而不是由柱承受。多層住宅框

3、架體系和框架一支撐體系的梁柱截面可采用軋制或焊接h形截面、方鋼管等，支撐構(gòu)件多采用角鋼或部分t型截面，在七度抗震設(shè)防區(qū)多層住宅的用鋼量多在35kg/m240kg/m2。在結(jié)構(gòu)平面布置上宜采用大柱網(wǎng)、大開間的結(jié)構(gòu)布置形式，柱距5m8m較常見?？蚣苤诜课輽M向、縱向成列布置、不宜錯(cuò)開太多，若設(shè)置支撐構(gòu)件時(shí)，應(yīng)注意避讓門窗洞口或設(shè)在無孔口的分戶墻中。（2）交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的基本組成是柱子、桁架、梁和板。柱子僅布置在房屋周圍，不設(shè)中間柱。桁架跨度等于建筑全寬，高度等于樓層高度，桁架兩端支承在外圍柱上，在相鄰柱軸線上為上、下層交錯(cuò)布置。而樓板一端支承在桁架的上弦桿，另一端懸掛在相鄰桁架

4、的下弦桿。建筑縱向外圍各柱通過連梁連接。建筑水平荷載主要被桁架中斜腹桿軸力的水平分量所平衡，水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層斜撐傳至基礎(chǔ)。桁架桿件截面可采用角鋼、焊接t型、h型或方管截面。柱截面通常采用h型、鋼管等。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系中桿件受力合理，大部分桿件以受軸心力為主，用鋼量節(jié)約，在七度抗震設(shè)防區(qū)，其用鋼量較框架結(jié)構(gòu)節(jié)約10%左右，當(dāng)建筑橫向尺寸較大，這一優(yōu)勢(shì)將更明顯；桁架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大，位移也較小，柱強(qiáng)軸可布置在縱向，以加大結(jié)構(gòu)縱向側(cè)移剛度。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置時(shí)注意使一層桁架的斜腹桿落地(與基礎(chǔ)梁連接)或通過底層斜撐傳至基礎(chǔ)，否則結(jié)構(gòu)水平位移過大，難以滿足規(guī)范要求。還應(yīng)注意

5、水平、豎向結(jié)構(gòu)布置要做到規(guī)則對(duì)稱。從結(jié)構(gòu)布置上說，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系可以提供兩倍于框架結(jié)構(gòu)體系的更大開間，進(jìn)深也大大增加?？梢蕴峁└蟮氖褂妹娣e。此外，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系柱子數(shù)目較少，所以基礎(chǔ)數(shù)量較少，能夠進(jìn)一步節(jié)約材料。在設(shè)計(jì)中采用何種結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)綜合考慮多種影響因素。除分析建筑高度、受力特點(diǎn)、合理柱網(wǎng)尺寸等結(jié)構(gòu)因素外，還應(yīng)該考慮施工的難易程度、用鋼量、施工速度、造價(jià)，大空間更適應(yīng)現(xiàn)代生活等因素的影響。二、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)做到傳力可靠連接方便，還應(yīng)該注意節(jié)點(diǎn)的受力特征應(yīng)和計(jì)算模型相吻合，這樣才能保證結(jié)構(gòu)的安全可靠。按傳力特征來分，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)

6、可分為鉸接、剛接和半剛接節(jié)點(diǎn)。鉸接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，在受彎構(gòu)件中引起跨中彎矩較大，用鋼量增多;剛接節(jié)點(diǎn)連接可減小跨中彎矩，節(jié)約用鋼，但構(gòu)造較復(fù)雜。在框架結(jié)構(gòu)多層住宅中，柱多采用h型截面，強(qiáng)軸布置在橫向，橫向梁柱通常為剛接節(jié)點(diǎn)?？v向腹板一般較薄，亦可采用鉸接節(jié)點(diǎn)。框架支撐結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)可以是鉸接或半剛接。支撐與構(gòu)件的連接、交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)中桁架桿件的連接、桁架與柱連接通常設(shè)計(jì)為鉸接節(jié)點(diǎn)。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)中縱向連梁與柱可設(shè)計(jì)為剛接。在剛性連接中，應(yīng)重視節(jié)點(diǎn)域的問題，節(jié)點(diǎn)域直接影響到節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度、變形及抗震性能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算不滿足時(shí)，不應(yīng)該簡(jiǎn)單的調(diào)整構(gòu)件截面尺寸，這樣可能帶來用鋼量的大量增加，可以考慮采用在

7、柱腹板處貼焊補(bǔ)強(qiáng)板、梁上下翼緣加楔形蓋板、狗骨法等方法解決。多層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)計(jì)算可采用設(shè)計(jì)單位較普及的sts、mts、sap2000、ansys等鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。對(duì)計(jì)算結(jié)果要逐一審核，包含周期、位移、應(yīng)力比等方面，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化以節(jié)約用鋼量。三、圍護(hù)墻體的選取為突出鋼結(jié)構(gòu)自重輕、布置靈活、可改性好的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)住宅不宜采用傳統(tǒng)的“磚”類或其它自重較大的材料。而多采用“板”“塊”類墻體。在多層住宅中，可選擇加氣混凝土砌塊、壓型鋼板加輕質(zhì)保溫材料組成的復(fù)合墻體、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土(alc)板、鋼絲網(wǎng)水泥增夾芯板等墻體，alc板是目前應(yīng)用較多的一種墻體材料。內(nèi)墻也可采用紙面石膏板、纖維石膏板

8、、玻璃纖維增強(qiáng)水泥板、紙面稻草板等。四、樓蓋體系多層鋼結(jié)構(gòu)住宅房屋的樓板不僅起著傳遞豎向荷載的作用;在水平荷載作用下，還起著保證抗側(cè)力構(gòu)件空間協(xié)調(diào)的作用。因此，樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性。目前，鋼結(jié)構(gòu)住宅中較多地采用壓型鋼板混凝土組合樓板。由于組合樓板擔(dān)負(fù)著傳遞水平力的作用，故而鋼梁與壓型鋼板連接處應(yīng)設(shè)置必要的栓釘，壓型鋼板組合樓板有蝶型壓型鋼板樓板、勁扣式壓型鋼板樓板等，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅可采用勁扣式壓型鋼板，其內(nèi)口封閉，平整的板底外觀不需要再做吊頂。五、防火防腐做法鋼材耐火性能差，溫度達(dá)到600時(shí)，鋼材基本喪失強(qiáng)度和剛度，鋼材容易銹蝕，銹蝕后截面面積減小引起構(gòu)件承載力降低。鋼結(jié)構(gòu)建筑的

9、防火防腐是一個(gè)特別重要的問題。常用的防火措施有防火涂料法、隔離法、實(shí)心包裹法、膨脹漆覆蓋法等。從施工等角度考慮，多層住宅中可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的部位不同分別采用厚型或薄型防火涂料，并在明露部位加涂裝飾漆來防火。鋼結(jié)構(gòu)的防腐一般采用工廠制作時(shí)涂刷防銹漆解決，除這種必須采取的防銹措施外，尚應(yīng)注意構(gòu)造防腐，即設(shè)計(jì)中盡量避免出現(xiàn)難于檢查、清刷和油漆之處，避免出現(xiàn)能積留濕氣和大量灰塵的死角或凹槽。這些構(gòu)造措施可為減緩鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕速度創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐起著積極的作用。此外，選材上可以考慮采用耐火耐候鋼等防火防腐性能優(yōu)良的鋼材，這樣可減少防火涂料的使用量，省去防銹漆，大大節(jié)約后期維護(hù)工本，不僅如此，耐火耐候鋼還具有自愈性和永久性，即在鋼材使用中表面受擦撞或火災(zāi)后，其耐火耐候性不變。六、結(jié)語鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)明顯，在我國努力建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、大力推廣住宅產(chǎn)業(yè)化的形勢(shì)下，鋼結(jié)構(gòu)體系必將成為住宅體系的主流，我們只有認(rèn)真研究并熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，才能確保鋼結(jié)構(gòu)在住宅體系得到更好的發(fā)展和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1吳兆旗，何田田，姜紹飛，蘇建強(qiáng)。鋼