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【摘 要】钢结构住宅有其特别优势，本文在分析钢结构住宅优点的基础上，重点讨论了钢结构住宅设计过程中若干值得注意的问题。
【关键词】钢结构；住宅；设计；节点；材料；楼梯
随着钢产量的不断提高，钢材应用于住宅建筑主体结构越来越广泛，我国正在加速发展钢结构住宅产业化进程。因为与其它住宅通用体系相比，有其独特的优势，钢结构住宅通用体系被广泛采用。钢结构住宅设计中存在着一些问题需要引起重视。
１．钢结构住宅的优点
目前，经国内广泛研究、实验分析，钢结构住宅通用体系普遍用于住宅，与其他的住宅通用体系相比，具有以下独特的优势。
第一，有利于构件标准化，有利于降低成本，实现住宅建筑技术集成化、产业化；钢结构住宅体系工业化程度高，现场湿作业少，符合环保建筑施工的要求。
第二，强度高、自重轻、刚度大，适宜建造大跨度和超高、超重型的建筑物，特别适宜可减轻建筑物的重量约30％，有利于建设高层，特别是在地质承载力低的地方和地震烈度较高的地方，有较高的综合经济效益。
第三，布置灵活，开间大，使房型丰富，约可提高建筑面积3％～5％。具有充分的灵活性和安全性，有利于满足现代人的居住需要，适应现代住宅的市场需求。
第四，钢结构住宅所用的材料主要是绿色、可回收或易降解的材料，在建筑物拆除时，它的大部分材料可再生或降解，废弃物产生少，因此符合可持续发展的要求。
2.钢结构住宅设计中的结构形式
对低、多层住宅，目前国内外常用的结构体系主要有：纯框架体系、框架一支撑体系、框架一核心筒体系等结构形式。
钢结构住宅构件的截面形式分为：热轧H型钢截面，焊接H型钢截面、钢骨混凝土截面、焊接箱形截面、冷弯焊接方管或圆管截面等，各种形式的优缺点见表1。
表1不同柱截面形式的性能比较
Tab．1 Different pole section’s capability compared
在设计过程中选用何种体系，应该综合考虑多方面的因素，在既有条件下最大限度的做到使结构经济，合理化，选择适合的结构体系。下面就几种主要结构形式做相关分析：
2.1冷弯薄壁型钢体系
构件用薄钢板冷弯成c形、z形构件，可单独使用，也可组合使用，杆件间连接采用自攻螺钉。这种体系节点刚性不是很好，抗侧能力不强，一般只用1～2层住宅或别墅。
2.2框架
这种体系在当前的多层钢结构住宅中应用最广。纵横向都设成钢框架，门窗设置灵活，可提供较大的开间，便于用户二次设计。钢框架考虑到了楼盖的组合作用，被应用于低多层住宅中，在4～6层住宅应用较多。
2.3框架支撑体系
在风灾或地震发生区域，为提高体系的抗侧刚度，增加轴交支撑或偏交支撑效果很好。这种体系为多重抗侧体系，而且梁柱节点，柱脚节点可设计成铰接、半刚接，施工构造简单，基础主要承受轴力，体形较小，被应用较多。
2.4框架剪力墙体系
在多层低住宅中，可以应用传统的剪力墙体系，如钢筋混凝土剪力墙或钢板剪力墙。目前正在研究的空腔结构板是一种理想的抗侧结构。空腔结构板是一种新型的轻质板材，采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架，然后经浸渍而成。该板材与钢框架可靠连接，便可形成新型剪力墙。有的国家还开发了比较新颖的交错桁架体系。
3.钢结构住宅设计中存在问题的分析
在选择了合适的结构体系、柱网布置以后，在设计过程中还要重视以下几点：
3.1节点设计
钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，必须予以重视。钢结构的节点设计包括梁—柱节点、梁—梁节点、柱—柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工技术，减少或尽量避免现场的焊缝连接，保证材料利用率。钢节点的形式按传力特性大体可以分为铰节点、半刚性节点、刚性节点三类。刚性、铰接节点的受力性能、施工技术研究得比较成熟，采用较多。
但具体实例中还要视情况而定采用何种形式的刚节点。以梁—柱节点连接形式为例。在设计时，多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接，而强轴方向则采用刚接形式。铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济；刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应；而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式，选哪一种更加经济可靠，还需在实际工程中比较、检验。
3.2墙体材料的选取
为了突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅一般不宜采用传统的黏土砖或其它自重较大的材料。通常采用轻质材料，如：空心混凝土砌块、加气混凝土、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、OSB板、CS板等。目前使用的比较多的是蒸压轻质加气混凝土板ALC(Autoclaved Lightweight Concrete)。这种材料质地较轻，具有较好的防水、防渗透能力，保温性能好，隔声效果与一般混凝土空心砌块相当，自身的强度高，施工方便。无论做外墙还是内隔墙效果都比较理想。在进行墙体的设计时，要求对连接件的强度、质料和尺寸有准确的规定。对连接方式充分考虑墙体和主体结构的特性，尽可能采用简单、快速的连接方法，以便于施工，提高作业效率。
3.3卫生间、厨房设计
卫生间和厨房的设计是钢结构设计过程中比较重要的环节。因为钢结构材料的防腐能力相对较弱，而卫生间和厨房是住宅中用水最多的地方，最易受到腐蚀和破坏，所以这两处的防水处理显得更重要。在其它建筑体系中，防水有两种方法：结构防水和材料防水。在钢结构中，结构防水的效果比较好。对于结构体系要根据工程实际情况而定，比如对于框架—支撑体系采用压型钢板混凝土组合楼板时，通常在墙角处将混凝土上翻100～150mm。
3.4楼梯
钢结构建筑的楼梯大都采用钢楼梯，因为钢楼梯的传音较大，在住宅体系中基本不用。而钢结构住宅中常常采用混凝土楼梯或者压型钢板混凝土组合楼梯。在设计时要注意楼梯梁的放置位置和处理，因为通常会出现梁—梁连接，这种连接会使被连接梁承受集中荷载，这样该梁比较容易失去平衡，稳定性不好。钢楼梯可以采用6mm钢折板做踏板，上面浇注混凝土，踏板两端用L50×6角钢与楼梯梁(槽钢)通过MI2螺栓连接。这种做法利用40mm混凝土克服了一般钢梯传音大的弱点，同时槽钢上翼缘可以焊接合金楼梯扶手，施工简便。另外，应充分重视楼梯的人性化设计，满足正常通行和家具的搬运要求。
3.5楼盖体系
多层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性，当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板，再浇注100mm左右的钢筋混凝土板，即形成压型钢板组合楼板。楼盖梁一般采用简支等高连接，为了便于铺设压型钢板，主次梁顶面需相差压型钢板厚度，同时还可以增大建筑净层高。压型钢板组合混凝土楼板，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施，根据规范规定，其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。
钢结构住宅设计尽管相对于钢筋混泥土等结构形式应用要晚一些，在建筑计上还是较新的结构形式，还有许多问题需要解决，但只要我们把握住设计的关键环节，就能很好的做好钢结构建筑的设计工作。
【参考文献】
［１］石晶．钢结构住宅漫谈[J].山西建筑，2007，33(10)：130-131.
［２］姜学诗．钢结构房屋设计中常见问题分析[J]．建筑结构，2003，33(6)：3-5.
［３］GB50017—2003，钢结构设计规范[S].
【关键词】钢结构；住宅；设计；节点；材料；楼梯
随着钢产量的不断提高，钢材应用于住宅建筑主体结构越来越广泛，我国正在加速发展钢结构住宅产业化进程。因为与其它住宅通用体系相比，有其独特的优势，钢结构住宅通用体系被广泛采用。钢结构住宅设计中存在着一些问题需要引起重视。
１．钢结构住宅的优点
目前，经国内广泛研究、实验分析，钢结构住宅通用体系普遍用于住宅，与其他的住宅通用体系相比，具有以下独特的优势。
第一，有利于构件标准化，有利于降低成本，实现住宅建筑技术集成化、产业化；钢结构住宅体系工业化程度高，现场湿作业少，符合环保建筑施工的要求。
第二，强度高、自重轻、刚度大，适宜建造大跨度和超高、超重型的建筑物，特别适宜可减轻建筑物的重量约30％，有利于建设高层，特别是在地质承载力低的地方和地震烈度较高的地方，有较高的综合经济效益。
第三，布置灵活，开间大，使房型丰富，约可提高建筑面积3％～5％。具有充分的灵活性和安全性，有利于满足现代人的居住需要，适应现代住宅的市场需求。
第四，钢结构住宅所用的材料主要是绿色、可回收或易降解的材料，在建筑物拆除时，它的大部分材料可再生或降解，废弃物产生少，因此符合可持续发展的要求。
2.钢结构住宅设计中的结构形式
对低、多层住宅，目前国内外常用的结构体系主要有：纯框架体系、框架一支撑体系、框架一核心筒体系等结构形式。
钢结构住宅构件的截面形式分为：热轧H型钢截面，焊接H型钢截面、钢骨混凝土截面、焊接箱形截面、冷弯焊接方管或圆管截面等，各种形式的优缺点见表1。
表1不同柱截面形式的性能比较
Tab．1 Different pole section’s capability compared
在设计过程中选用何种体系，应该综合考虑多方面的因素，在既有条件下最大限度的做到使结构经济，合理化，选择适合的结构体系。下面就几种主要结构形式做相关分析：
2.1冷弯薄壁型钢体系
构件用薄钢板冷弯成c形、z形构件，可单独使用，也可组合使用，杆件间连接采用自攻螺钉。这种体系节点刚性不是很好，抗侧能力不强，一般只用1～2层住宅或别墅。
2.2框架
这种体系在当前的多层钢结构住宅中应用最广。纵横向都设成钢框架，门窗设置灵活，可提供较大的开间，便于用户二次设计。钢框架考虑到了楼盖的组合作用，被应用于低多层住宅中，在4～6层住宅应用较多。
2.3框架支撑体系
在风灾或地震发生区域，为提高体系的抗侧刚度，增加轴交支撑或偏交支撑效果很好。这种体系为多重抗侧体系，而且梁柱节点，柱脚节点可设计成铰接、半刚接，施工构造简单，基础主要承受轴力，体形较小，被应用较多。
2.4框架剪力墙体系
在多层低住宅中，可以应用传统的剪力墙体系，如钢筋混凝土剪力墙或钢板剪力墙。目前正在研究的空腔结构板是一种理想的抗侧结构。空腔结构板是一种新型的轻质板材，采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架，然后经浸渍而成。该板材与钢框架可靠连接，便可形成新型剪力墙。有的国家还开发了比较新颖的交错桁架体系。
3.钢结构住宅设计中存在问题的分析
在选择了合适的结构体系、柱网布置以后，在设计过程中还要重视以下几点：
3.1节点设计
钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，必须予以重视。钢结构的节点设计包括梁—柱节点、梁—梁节点、柱—柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工技术，减少或尽量避免现场的焊缝连接，保证材料利用率。钢节点的形式按传力特性大体可以分为铰节点、半刚性节点、刚性节点三类。刚性、铰接节点的受力性能、施工技术研究得比较成熟，采用较多。
但具体实例中还要视情况而定采用何种形式的刚节点。以梁—柱节点连接形式为例。在设计时，多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接，而强轴方向则采用刚接形式。铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济；刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应；而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式，选哪一种更加经济可靠，还需在实际工程中比较、检验。
3.2墙体材料的选取
为了突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅一般不宜采用传统的黏土砖或其它自重较大的材料。通常采用轻质材料，如：空心混凝土砌块、加气混凝土、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、OSB板、CS板等。目前使用的比较多的是蒸压轻质加气混凝土板ALC(Autoclaved Lightweight Concrete)。这种材料质地较轻，具有较好的防水、防渗透能力，保温性能好，隔声效果与一般混凝土空心砌块相当，自身的强度高，施工方便。无论做外墙还是内隔墙效果都比较理想。在进行墙体的设计时，要求对连接件的强度、质料和尺寸有准确的规定。对连接方式充分考虑墙体和主体结构的特性，尽可能采用简单、快速的连接方法，以便于施工，提高作业效率。
3.3卫生间、厨房设计
卫生间和厨房的设计是钢结构设计过程中比较重要的环节。因为钢结构材料的防腐能力相对较弱，而卫生间和厨房是住宅中用水最多的地方，最易受到腐蚀和破坏，所以这两处的防水处理显得更重要。在其它建筑体系中，防水有两种方法：结构防水和材料防水。在钢结构中，结构防水的效果比较好。对于结构体系要根据工程实际情况而定，比如对于框架—支撑体系采用压型钢板混凝土组合楼板时，通常在墙角处将混凝土上翻100～150mm。
3.4楼梯
钢结构建筑的楼梯大都采用钢楼梯，因为钢楼梯的传音较大，在住宅体系中基本不用。而钢结构住宅中常常采用混凝土楼梯或者压型钢板混凝土组合楼梯。在设计时要注意楼梯梁的放置位置和处理，因为通常会出现梁—梁连接，这种连接会使被连接梁承受集中荷载，这样该梁比较容易失去平衡，稳定性不好。钢楼梯可以采用6mm钢折板做踏板，上面浇注混凝土，踏板两端用L50×6角钢与楼梯梁(槽钢)通过MI2螺栓连接。这种做法利用40mm混凝土克服了一般钢梯传音大的弱点，同时槽钢上翼缘可以焊接合金楼梯扶手，施工简便。另外，应充分重视楼梯的人性化设计，满足正常通行和家具的搬运要求。
3.5楼盖体系
多层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性，当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板，再浇注100mm左右的钢筋混凝土板，即形成压型钢板组合楼板。楼盖梁一般采用简支等高连接，为了便于铺设压型钢板，主次梁顶面需相差压型钢板厚度，同时还可以增大建筑净层高。压型钢板组合混凝土楼板，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施，根据规范规定，其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。
钢结构住宅设计尽管相对于钢筋混泥土等结构形式应用要晚一些，在建筑计上还是较新的结构形式，还有许多问题需要解决，但只要我们把握住设计的关键环节，就能很好的做好钢结构建筑的设计工作。
【参考文献】
［１］石晶．钢结构住宅漫谈[J].山西建筑，2007，33(10)：130-131.
［２］姜学诗．钢结构房屋设计中常见问题分析[J]．建筑结构，2003，33(6)：3-5.
［３］GB50017—2003，钢结构设计规范[S].