1、钢结构住宅的发展前景及设计原则探讨【摘要】建筑自人类产生以来都是人们生活的重要组成部分，但在很长时间里运用的都是石材与木材等。随着科技的发展，新型材料广泛运用于房屋建筑中。钢结构由于在高层建筑和大跨度高耸结构方面的优越性，使其在非居住建筑领域得到了广泛的应用。 【关键词】钢结构住宅；优越性；设计原则；发展 国家经济实力的增强和住宅商品化、产业化的要求，促进了住宅新技术和新材料的研究、应用，钢结构将成为建筑中最适合创新的住宅结构体系，也是住宅建筑行业二十一世纪的主导方向。下面就几个方面谈谈钢结构建筑发展前景和设计原则的思考。 一、钢结构住宅的结构体系 住宅建筑的钢结构体系与传统的砖混结构体系、混
2、凝土结构体系有很大的不同，它主要由承重钢结构体系、楼面结构体系和围护结构体系等组成。 1.1 承重钢结构体系及体系的分类 （1）钢框架结构体系。 其特点是受力明确，平面布置灵活，为建筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀，具有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好结构简单，构件易于标准化、定型化，施工速度快.但框架结构属典型的柔性结构体系，其侧向刚度差，易引起非结构构建的破坏。 （2）钢框架一支撑结构体系 为了提高钢框架的侧向刚度，有效地抵抗水平荷载，减少层面位移，通常在墙体平面内布置由角钢或槽钢构成的垂直支撑体系，当房屋较高时，较纯框架经济。支撑设置的位置要合适，
3、为了与建筑设计相协调，一般布置在窗台下至下层窗顶之间，既隐蔽又能满足支撑体系的需求。 （3）交错桁架结构体系。 由房屋外侧的柱子和跨度等于方武宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。由于两开间布置一榀桁架，且中间无柱子，所以非常适合要求各单元灵活布置的住宅、旅馆建筑。 1.2 范围 （1）3 层以下的低层住宅：1 轻型钢框架结构体系；2 冷弯薄壁型钢密排柱（轻钢龙骨，00c 形或 z 形条）结构体系。 （2）46 层多层住宅：1 钢框架结构体系；2 钢框架. 支撑结构体系；3 钢框架一混凝土剪刀墙结构体系。 （3）71
4、2 层中高层住宅：1 钢框架-支撑结构体系；2 钢框架.混凝土核心筒结构体系。 二、钢结构住宅的优点 钢结构住宅是目前最具有发展潜力的环保节能型住宅，突破了中国“秦砖汉瓦”式的传统建造模式，替代了传统的红砖及混凝土，完全使用工业化生产的建筑材料，集众多优点于一身，是二十一世纪人类居住环境的理想建筑。 2.1 钢结构的重量轻、强度高，抗震性能好。 钢结构材料的强度高，塑性和韧性好，结构延性好。用钢结构建造的住宅重量约为钢筋混凝土住宅的 1/31/2。自重的减轻使得地震作用效果降低，一般自重减轻一半，相当于降低抗震设防烈度一度，地震作用可降低 30%40%。 2.2 工业化程度高，易于实现住宅产业
5、化。 钢结构住宅的设计借助专业设计软件，大大缩短设计周期，并实现设计的标准化。所有构件工厂化加工制造，精度高，易保证质量。容易实现机械化装配，施工速度快，施工周期短，与传统住宅相比工期缩短40%以上。 2.3 空间利用率高，能合理布置功能区间。 由于钢材轻质高强的特点，便于形成大柱距、大开间的开放式住宅，而传统结构（如砖混结构、砼结构）由于材料性质限制了空间自由布置，如果跨度、开间过大，就会造成板厚、梁高、柱大，出现“肥梁胖柱”现象，不但影响美观，而且自重增大，增加造价。在空间使用率上，钢结构住宅使用的钢梁、钢柱的截面积比传统结构减小，所占净空面积也随之减小，使得房间使用面积增大，与传统结构相
6、比可增加有效面积 10%左右。 三、钢结构住宅设计的原则及问题对策 （一）钢结构稳定设计的探讨 稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故。目前，钢结构中出现过的失稳事故都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定缺少明确概念，造成一般性结构设计中存在稳定设计的薄弱环节。另一方面是由于新型结构的出现，如空间网架，网壳结构等，设计者对其如何设计还没完全的了解。 （二）钢结构建筑设计的原则 针对钢结构建筑稳定问题，在实际设计中，我们必须遵循以下三个原则： 1、结构整体布局必须考虑整个体系
7、以及组成部分的稳定性要求。目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。为保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布局相一致。 2、结构计算简图和计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要。目前在设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效力框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。 3、设计结构的细
8、部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对框架节点应尽量减少杆件偏心，这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。 （三）钢结构住宅设计中应注意的问题及对策 1、钢结构住宅建筑要以建设计为主导，其他专业紧密互动配合。钢结构住宅建筑除要遵循住宅建筑设计一般原则外、要注重解决： （1）如何发挥钢结构的优势？梁跨度可增大、开间更灵活、为住户创造更大的空间。但又如何避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板。 （2）要解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题。特别是在多雨的地区
9、，防腐、防锈工作处理的好坏直接影响到钢结构住宅的推广。 2、选择和开发外墙板，是钢结构住宅建筑推广中的关键问题之一。除满足外墙板的各项技术要求外，还要做到墙板原材料因地之宜、工作化生产、运输、安装连接方便。 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。 四、钢结构住宅发展前景 住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，因为这将成为推动我国经济发展新的增长点。钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。 五、结语 现在我国钢结构住宅的发展已进入加速阶段，有关产业政策、标准和规范相继出台，国内钢产量充足，为钢结构住宅的发展提供了较好的开发环境、物质基础和技术条件。我们应不断提高研究开发能力，掌握国外先进技术，促进钢结构住宅产业化，相信我国钢结构住宅的发展前景是广阔的。
