关于高层住宅钢结构设计研究.doc

1、1关于高层住宅钢结构设计研究摘要：钢材作为一种独特的建筑材料，在我国各类建筑中的应用日益广泛，由钢材形成的构件进而到结构，其具有强度高、自重轻、抗震性能好、构件截面小、建筑空间大而灵活、施工工期短、可实现装配化及绿色环保等优点，越来越多地应用在高层住宅建筑中。本文结合作者实际的工作经验，从钢结构设计的角度分析和总结了高层住宅钢结构设计的特点，以期能为同行提供参考性的建议。 关键词：钢结构 钢结构住宅 设计 1、工程概况 某住宅楼建筑面积 6233.2m2，地上 13 层为住宅房间，地下 l 层为设备间及停车场。根据使用功能、建筑总平面、建筑面积、建筑朝向、防火防烟分区等多方面的要求，经多次优化

2、进行了本建筑的平、立、剖面设计，每一户住房中的卫生间、厨房、卧室、客厅均有较好的自然采光和通风，均可满足住宅的建筑使用要求。 2、结构设计 2.1 设计资料 设计标高：室内设计标高 0.00m，室内外高差 0.3m。基本风压：wo-0.35kN/m2。地质资料：建筑场地至地下 9in 范围内为粉质黏土，地基承载力特征值为 150kN/m2。地震设防烈度为 7 度。 2.2 建筑布置及计算简图的确定 2（1）结构体系。根据建筑设计可知，该住宅为地上 12 层，地下 1层。综合考虑设计资料、建筑功能及受力合理的要求，本建筑采用框架结构体系。 （2）计算简图。从结构平面布置图中取出最不利一榀框架，作

3、为该结构的计算模型。 （3）截面的初步确定。根据荷载和跨度的要求，框架梁柱承受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢材，本工程主梁和柱子采用 Q345B 钢材，材料性能应满足低合金高强度结构钢（GB/T1591）的要求。柱采用宽翼缘的 H 型钢，梁采用中翼缘的 H 型钢，据所选梁柱截面可以确定相应截面的 几何参数。 2.3 荷载计算 （1）恒载计算。主要考虑屋面、楼面均布荷载，并得到恒载作用下结构的计算简图。 （2）活载计算。根据建筑结构荷载规范得到非上人屋面的活荷载标准值以及各楼层活荷载标准值，进而通过计算，得到了活载作用下的计算简图。 （3）风荷载计算。根据建筑结构荷载规范

4、，已知基本分压 w0=0.35kN/m2。由 Wk=zusuzwo。可知风荷载标准值。将风荷载换算成作用于每一层节点上的集中荷载，从而建立风荷载作用下的结构计算简图。 （4）地震荷载计算。本工程抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.10g，场地类别为类，设计地震分 组为第二组，Tk=0.40S，根据底部剪力法公式可得地震荷载作用在每一层节点上的集中荷载，从而得到地震荷载下的结构设计简图。 2.4 内力计算 （1）恒载作用下内力计算。力法、位移法、弯矩分配法、无剪力分3配法均可用来计算框架结构内力和侧移，但是多层钢结构往往杆件较多，超静定次数很多，采用这些方法比较费时，因此实际计算时

5、一般用近似方法分别计算结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力和位移。框架结构在竖向荷载作坩下的计算方法有分层法、迭代法、二次弯矩分配法等。2.5 构件设计 据内力计算组合结果，即可选择各截面的最不利内力进行梁柱截面设计。设计公式为 SR 和 SR/yRE（地震作用参与的组合） 。柱的截面设计考虑强度、刚度、平面内整体稳定、平面外整体稳定以及局部稳定等方面。主梁设计模型按多跨连续梁考虑。截面设计考虑强度、刚度、局部稳定等方面（由于采用压型钢板组合楼板，且有牢靠的连接，故不必验算整体稳定） ，次梁截面按两端简支考虑，由强度、刚度、稳定等综合确定。 3、钢结构设计的特点 3.1 钢材结构的特点 钢材的

6、结构具有以下的特点：（1）强度高，重量轻；（2）塑性、韧性好；（3）材质均匀，工作可靠性高；（4）适于于机械化加工，工业化生产程度高；（5）减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏；（6）环保、可回收再利用，建筑造型美观；（7）密闭性能好，能制成不渗漏的密闭容器；（8）耐热性能好，耐火性能差；（9）耐腐蚀性差。钢和混凝土容重比：3.4，强度比：210136。所以刚才较混凝土的4重量轻，这样能够便于运输和安装，可跨越更大的跨度。 3.2 高层住宅钢材结构设计的特点 （1）对高层住宅钢材结构的设计时要进行柱网的布置，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒

7、荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。 （2）对高层住宅钢材结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。 4、钢结构设计的原则 钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短

8、制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。 （1）梁柱体系 平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接 H 形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为 H 形截面单跨简支梁，设计主次梁时均5不考虑楼盖与钢梁的组合作用。 （2）抗剪体系 分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，上述结构体系局部刚度较弱，因此钢框架支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架剪力墙结构体系的中间部分

9、电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。 （3）楼盖体系 一般各层楼（ 屋） 盖均采用钢筋混凝土楼（ 屋） 盖， 楼板厚度依结构计算定为 110mm，140mm。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。 5、钢结构住宅设计中应注意的问题 5.1 钢结构住宅建筑的设计原则。 （1）发挥钢结构的优势，并避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板。 （2）解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题。特别是在多雨的环境，防腐、防锈工作处理的好坏直接影响到钢结构住宅。 5.2 结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。结构布置不规则，地震时易损坏，而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位

10、移验算。因此应尽量使结构布置符合规则性要求。 5.3 钢结构要做到安全合理、节点构造方便可靠、并为构件制作、运输、吊装创造条件。 6、结语 6钢结构作为一种新型的结构形式，具有自重轻、结构空间大等优点，十分适合应用于高层民用建筑中。同时，钢材具有非常好的延性。抗震性能优于其他任何一种材料，钢结构作为一种承重结构有不同于其他结构形式的独特之处，只是其配套体系有待于进一步开发和完善。随着我国国民经济的发展和综合国力的增强，我国的高层建筑会越来越多的采用钢结构。 参考文献： 1 姜学诗；钢结构房屋结构设计中常见问题分析J；建筑结构；2003 年 06 期 2 钱屹；多层住宅钢结构的研究D；武汉理工大学；2003 年 3 高光虎；多高层轻型钢结构住宅设计J；建筑结构；2001 年08 期