1、小议低层轻钢住宅的结构设计【摘要】本文介绍了轻钢结构的特点，并对低层轻钢结构住宅设计进行深入探讨，以供同仁参考。 【关键词】轻钢结构；选型；选材 中图分类号：TU291 文献标识码：A 所谓“轻钢结构建筑” ，其主要材料是钢结构框架辅以彩色金属压型钢板，由于其框架结构以门式钢架为主，因此，其建筑表现是以门式钢架为基础进行衍化。通常是指由下列钢材所构成的结构：冷弯薄壁型钢结构；热轧轻型钢结构；焊接或高频焊接轻型钢结构；轻型钢管结构；板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。 轻钢结构具有以下几个优势： 自重轻, 抗震性能好, 安全性高。 建筑造型简洁美观, 内部空间布置灵活丰富。 实现住宅产
2、业化、建筑集成化轻钢结构住宅构件在工厂大批量、标准化生产, 现场拼装, 工业化程度高, 设计、生产、施工一体化, 提高了住宅产业化水平。 施工快捷、工期短, 不受季节限制。 绿色、环保, 符合国家可持续性发展的要求。 防腐耐久 , 舒适性好。 宜于拆卸搬迁 设计技术先进。利用先进的计算机辅助设计(CAD) 和计算机辅助制造(CAM) 技术, 能全面按用户要求进行设计, 且效率高、报价快、造价低、供货迅速。 随着人们生活水平的提高，对建筑物抗震性和安全性要求的提高，人们开始将目光投向轻钢低层住宅建筑，即?墅建筑。其丰富优美的坡屋顶造型以及与众不同的建筑外观，越来越受到人们的青睐。 1 轻钢住宅的
3、结构选型 低层住宅多见于?墅，一般为 2 层或 3 层，由于采用轻型屋面，所以顶层结构受力远比其它结构层小，所以钢柱可以变截面，以节省钢材。为了美观要求，别墅住宅一般不允许有水平支撑和垂直支撑，所以轻钢别墅的结构体系一般情况下，钢柱和钢梁刚接。次梁与主体结构的连接采取铰接办法，以简化施工工艺。屋面层结构的钢梁和钢柱可采用刚接或铰接，由于该层结构的断面尺寸和厚度均比较小，焊接较容易，若采取螺栓连接，整个结构方案比较复杂，为了简化施工工艺，笔者认为最好采取刚接。梁柱可用截面高度 100120mm 的方管或双 C 型冷弯薄壁型钢制作而成，屋面结构和其它结构层的节点连接既可刚接也可铰接，笔者倾向于刚接
4、，因为轻钢别一般也就是 2 层或 3 层，总高度一般不会超过 15m，所以整个变截面钢柱可以在工厂制做好，这样既节省了安装时间，又可节省螺栓，从而降低安装费用。首层结构由于受力较大，所以断面也较大，钢柱与基础的连接既可以刚接，也可以铰接。如果风载较大或设防烈度要求较严，可以采取刚接的方法以控制侧移。一般情况下建议采用铰接柱脚。这样对基础的要求放松，从而降低基础成本。 综上所述，轻钢别墅的结构方案可以归纳为如下几种形式：刚接框架，柱脚铰接；刚接框架，柱脚刚接；下层刚接框架，上层门式刚架，柱脚铰接；下层刚接框架。上层门式刚架，柱脚刚接。 若楼板采用现浇板或压型组合楼板，则可以考虑楼板的组合作用，这
5、样得到的结构体系较以上四种方案经济。但如果楼板为预制板，不宜考虑楼板的组合作用，此时预制板加大了结构的负荷，对抗震是不利的。为了改善抗震性能，在预制楼板上再做一薄层现浇钢筋混凝土叠加层。如果结构层数增加，荷载增大。并且考虑防火要求，钢柱又可以采用组合柱，那么以上四种结构方案又可以延伸成以下几种新的结构形式：组合柱刚接框架柱脚铰接；组合柱刚接框架，柱脚刚接；下层组合柱刚接框架，上层门式刚架，柱脚铰接；下层组合柱刚接框架，上层门式刚架，柱脚刚接。 2 轻钢别墅的结构选材 钢柱一般可选用截面高度 200300mm的焊接 H 型钢或方钢管、矩形管等。H 型钢有强弱轴之分，其两个方向的截面特性相差很大，
6、选用 H型钢做钢柱，一般由弱轴来控制钢柱的截面特性，所以由此选取的断面偏大，不经济。为了使两个方向的截面特性相近，笔者采用管材作为钢柱，其对各个方向的受力具有良好的改善。并且管材封闭，既便于装修，又利于维护。同时表面积减少，也降低了油漆费用。 钢梁一般可选用截面高度 250350mm 的焊接 H 型钢或方管、矩形管等。由于 H 型钢强轴方向性能比弱轴方向优越得多，相对管材而言，强轴方向上的优点是显而易见的，所以从钢材强度和经济角度上，应优先采用 H 型钢，但从美学角度看，选取管材做钢梁也是非常有意义的。 楼板可以选取现浇板，压型钢板加现浇板、预制板等。从经济的角度看，选用现浇板的总费用是最低的
7、，预制板次之，压型板加现浇板最贵，如果工期不是特别紧张，笔者建议采取现浇板作为楼板比较合适。 维护结构可以采用混凝土砌块，钢丝网架板，石膏板等。为了保温要求，外墙最好位于钢柱外皮。同时为了便于安装其它设备，外墙做好采用强度较高的维护材料，如配筋空心混凝土砌块等。 屋面材料可以采用 EPS 夹芯板，也可以采用现场复合而成的金属夹芯板。 3 轻钢别墅的计算 结构分析比较简单，可以采用 SAP2000 计算程序，以及 TAT 和 SATWE三维空间计算程序，梁柱采用杆系单元。一般应建立空间模型进行计算分析。 4 轻钢别墅的特点 与传统结构相比，轻钢别墅具有以下特点：钢结构的截面尺寸小，可以增加建筑物
8、的有效使用面积 3一 6：屋面结构采用冷弯薄壁型钢，易于制作各种造型的坡屋顶：屋面采用轻质彩色钢板，外观丰富美观，防水、保温性能好；钢结构作为承重体系，有效降低了建筑物自身的重量，减轻基础受力，节省了基础造价，同时还减少了地震反应，抗震性能好；平面布置灵活而方便，容易满足建筑上提出的要求；若和楼板共同作用，能有效地降低结构层高，从而降低造价；施工速度快，周期短。缩短工期。提前投产，可以带来可观的经济效益；便于管道设置。管道和各种线路可方便地穿越钢梁，使用方便；结构建成后，可以根据需要进行扩建，加层，拆卸。施工上比传统结构简易可靠，甚至可以将整个建筑物设计成可移动式住宅；轻钢别墅是绿色建筑轻钢别
9、墅是可再生资源，使用超过一定年限后，旧钢材可以回收，经高炉冶炼后重新成为建筑钢材。 5 小结 近 150 年来，钢材在建筑业的应用已遍及世界。钢材至今仍然是最坚固、耐久和经济的建筑材料之一。虽然，钢结构在传统上主要用于高层建筑和桥梁建筑，然而近年来钢结构住宅建筑在全球范围内的发展极其迅速，越来越多的建筑商、地产商及业主开始认识并感受到钢结构住宅的优越性。此外,轻钢构件的多样化，为高效、高质、高强，以及省工省时省料的轻钢住宅结构体系提供了保证，同时也为其工业化、系列化和成套生产奠定了基础。随着对环保建筑的呼声日益增长，这就促使建筑业寻求有利于环境保护，且又经济实用的建筑材料及施工方法。由于钢材可以回收利用，而且施工时废料少，这就促成轻钢结构体系在住宅建设中成为一种倍受青睐的选择。轻钢住宅体系在商用建筑上的应用和普及是必然，需要从业者深入研究，为我国的轻钢住宅结构设计和发展做出贡献。 参考文献 1 建设部科技发展促进中心 1.钢结构住宅设计与施工技术M .北京: 中国建筑工业出版社, 2003 : 2 刘承宗, 周志勇.我国轻钢建筑及其发展问题探讨J .工业建筑.2000 , 30 (4) 3 陶忠, 何保康.发展我国新型轻钢结构建筑体系J .中国工程科学, 2000 (3)
