1、探讨多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用摘要：随着我国建筑事业的发展及建筑施工技术的进步，钢结构技术应运而生，其作为住房及城乡建设部发起的十大新技术之一，已经在各个地方的各行各业得到了最为广泛的应用。民用住宅建筑钢结构体系被定性为一种新型结构体系，其具备绿色环保的特性。相对其他建筑结构形式，小高层及多层住宅均有必要大力推广及应用钢结构技术，且其经济效益及社会效益尤其显著。 关键字：多高层住宅 钢结构技术 工程应用 综合效益 一、钢结构技术应用背景 就钢结构而言，其特点包括轻质高强、抗震性好、基础造价低、施工周期短、质量易保证、商品化程度高、建筑布局灵活合理等。相对于钢筋砼结构等传统建筑结构形式
2、，钢结构也被定性为节能、环保、工厂化的新型结构形式，即绿色建筑。钢结构正是凭借着自身诸多优势而被广泛应用于世界各地的各行各业。就西方发达国家而言，钢结构住宅的发展历史已经相当悠久了。随着经济与技术的进一步发展，澳洲、英国及美国等诸国正在致力于工业化钢结构住宅（预制装配化住宅）的推广和应用。在澳洲及日本等国，钢结构住宅的市场占有率约 25%；在美国，钢结构住宅约为总住宅数量的 20%（2000 年） ；在比利时、法国、德国、英国等国家，钢结构住宅正在如火如荼地发展。 国际范围内钢结构住宅的发展形势及应用成果显示，积极推广钢结构住宅将有助于住宅产业现代化的推进，且能够有效地缓解住房需求与人民期望间
3、的尖锐矛盾，正是这一因果关系的存在，我国国家住房与城乡建设部已经在积极致力于钢结构住宅项目的推广。经过多年的努力，钢结构住宅推广项目已经取得了不菲的成效，例如天津、北京、杭州等地已经建成或正在着手建设一批钢结构住宅示范工程。 二、多高层钢结构住宅的结构体系 多高层钢结构住宅的结构体系不同于砼结构体系或砖混结构体系，其组成成分主要包括楼面结构体系、承重钢结构体系、围护机构体系等。在本案，笔者就前两种结构体系做详细阐释： （一）承重钢结构体系 1.体系分类 就构件材料及结构类型而言，目前多高层住宅建筑承重钢结构体系主要包括钢框架结构体系、钢框架-支撑结构体系、新型抗侧力体系、交错桁架结构体系等。
4、a.钢框架结构体系 钢框架结构体系具备平面布置灵活性高、受力明确度高、建筑室内空间最大化、建筑延性强、建筑结构整体刚度均匀、建筑结构自振周期长、建筑抗震性能好、结构构件定型化及标准化难度系数低、建筑结构简单、工程施工进度快等优点。作为柔性结构体系的典型代表，钢框架结构体系的缺点是侧向刚度不足，则钢框结构建筑的非结构构件破坏概率较高。 b.钢框架-支撑结构体系 通常情况下，将一个垂直支撑体系布置于建筑墙体平面内，其意义在于有效抵抗水平荷载、提高钢框架侧向刚度、减少层间位移等。此外，若工程属于多高层建筑，则钢框架-支撑结构体系更具经济性。垂直支撑体系设置位置的合理性往往影响到其作用的发挥程度。通常
5、情况下，垂直支撑体系设置于下层窗顶于上层窗台间，其不仅与建筑整体设计相协调，且也满足了建筑结构支撑体系的需要。此外，这一垂直支撑体系还具备隐蔽性，其完全不会对建筑外观造成任何负面影响。为了与建筑门窗布置相协调，垂直结构体系构造形式可以为 X 形、W 形、K 形、门式及人字形等。支撑构件应该与框架间的连接形式应为铰接，其设计形式可选择压杆或拉杆。铰接设计过程中，支撑形式、支撑数量及支撑刚度的调整应该以建筑物水平力作用及其高度为参考依据。此外，支撑布置应该顺着建筑物同一平面四周并实行环向封闭布置，即布置成为一个封闭形式的加强箍，以此最大化提高钢框架侧向刚度。研究结果显示，偏心支撑就地震作用下具备较
6、强的耗能性能及延性。针对这一特性，笔者认为强震区建筑支撑结构形式可考虑偏心支撑。 c.新型抗侧力体系 新型抗侧力体系包括钢框架-抗剪桁架结构体系、钢框架-砼核芯筒结构体系（由管道井、电梯井或楼梯间墙体布置而成） 、钢框架-抗剪钢板剪力墙结构体系等。新型抗侧力体系要求钢框架承担竖向荷载；剪力墙及剪桁架配合钢框架承担水平荷载，以保证建筑结构水平位移值满足设计要求及相关规范。抗侧力构件的形式以砼核芯筒、抗剪桁架、抗剪钢板剪力墙为主。 d.交错桁架结构体系 交错桁架结构体系组成成分主要是建筑外侧的若干柱子、桁架（建筑宽度与其跨度相等）组成，建筑层高等于桁架高度。桁架的布置：以相邻柱为上层及下层交错布置
7、，楼板一端搁置于相邻桁架下弦、另一端搁置于桁架上弦。因建筑两开间设置一榀桁架、中间无柱子，则交错桁架结构体系在旅馆建筑或布置灵活的建筑中的应用效果最佳。此外，由于桁架布置形式为隔层布置，则因受到桁架弦杆的影响而出现的局部弯矩现象的明显减轻，从而将框架平面间柱子的弯矩值降至最低，并最终实现柱子断面尺寸减小、侧向位移降低及框架横向刚度增大。 2.设计原则 承重钢结构体系结构设计原则为“强节点弱构件、强柱弱梁” 。若在具体承重钢结构体系设计中无法满足强柱弱梁的设计原则，那么，其必须满足轴压比要求。承重钢结构体系的框架主梁材料以高频焊接 H 型钢及热轧焊接 H 型钢为主，而其次梁设置方法较为多样化。通
8、常情况下，承重钢结构体系框架柱子材料包括焊接工字钢、热轧工字钢、H 型钢、箱形钢管、方钢管、冷弯薄壁型钢、圆钢管型钢、轻型热轧型钢。承重钢结构体系框架柱材料亦可为钢管砼框架柱（将高强素砼灌注于空钢管内制作而成） ，其在降低造价、节约钢材等方面发挥着较大优势。钢管砼柱融合了砼柱及钢柱所具备的的优点，则其抗震性能、受力性能及耐火性能等均十分可观。钢管砼柱单注轴向承载力相对更高，则钢柱截面尺寸得到了切实地减小。相对于 H 型钢柱，钢管砼柱造价下降 45%、用钢量下降 50%。 （二）楼面结构体系 楼面结构组成成分有楼面板及钢梁。就力学计算角度而言，楼盖的作用有分化竖向荷载，使其直接作用于柱外或墙外；
9、确保抗侧结构空间协同作用。针对以上问题，楼盖必须具备足够的刚度、强度及整体稳定性，此外，应该尽可能降低楼板自重，降低楼板自重可以从建筑构造及技术层面入手，以加快建筑施工进度。就民用住宅楼面结构而言，楼板除了要具备以上性能以外，还应该具备良好的保温、隔音、隔热、防火及防水等性能。楼面结构体系要求楼面主梁及次梁构造措施应为紧凑型，且楼面板间的联系应该足够的紧密，以此提高钢梁整体稳定性。 a.压型钢板-现浇砼组合楼板 若将压型钢板固定于钢梁之上，固定材料为栓钉，则压型钢板将扮演永久性钢板的作用，并发挥受拉钢筋的作用，从而极大地克服了支模造成的不便。在综合分析压型钢板-现浇砼组合楼板时，应该将框架梁受
10、到组合楼板各向异性的影响程度考虑进去：以楼板设置情况为依据，明确简支板或连续板、双向传力路径或单向传力路径；组合钢梁刚度差异趋向于弱边或强边。与此同时，组合楼板应尽可能构成承重结构体系，以免楼板因集中单向布置而构成纵向承重结构体系或横向称重结构体系。b.预制预应力砼叠合楼板 预制预应力砼叠合楼板即连接预制预应力砼薄板与钢梁，上浇砼薄板构成叠合楼板。因预制预应力砼叠合楼板的优点是具备现浇组合楼盖整体性、施工便捷、略去压型钢板、楼板造价成本更低等。 三、国内典型多高层钢结构工程应用 随着多高层建筑工程建设规模的扩大，及钢结构技术的深入发展，我国已经成功实现了多高层钢结构工程应用案例。在本案，笔者将
11、简单介绍其中的两个成功案例。 （一）上海陆海城建筑群为 6 幢高层（25 层）钢结构住宅，其总面积达 7 万 m2。该建筑群结构形式为钢框架-砼核芯筒结构体系，其楼面为压型钢板组合楼面。框架柱为圆形钢管砼柱，框架梁皆为高频焊轻型 H型钢。该建筑群分户墙及外墙均为厚伊通砌块（200mm） ；其内隔墙亦为厚伊通砌块（150mm） 。该建筑群结构构件为一级耐火等级，所用涂料为厚型防火涂料。 （二）杭州萧山钢构在建武汉世纪家园钢结构住宅项目，其面积达22.97 万 m2，该建筑群内 3 幢楼属点式住宅、7 幢楼属 22 层-24 层板式住宅。该建筑群主体结构均为钢结构，此外，其采用了杭州萧山钢构自主研
12、发的 CCA 隔声、防火、保温、防水内外墙板及自承式楼层板。 结束语 综上所述，钢结构住宅属环保型绿色住宅建筑体系，其已经在世界范围内得到了最为广泛的应用，且其完全符合国际住宅产业化发展趋势。钢结构住宅体系具备轻质高强、基础造价低、抗震性好、施工周期短、商品化程度高、质量易保证、外形美观、建筑布局灵活合理、适用性广、增加有效使用面积、节约能源、建筑使用功能强及符合环保等优势，且其综合效益相当可观，则其具备极强的研究价值及宽广的市场前景。 参考文献： 1 徐伟良，何余良.多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用J.建筑技术，2009，40（3）：208-211. 2 李春燕.关于多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用研究J.中国房地产业，2012， （4）.
