1、1高层住宅钢结构设计及安装相关问题探讨与分析摘要：随着我国建筑用钢质量及产量的提高，钢结构建筑得到迅速发展，高层钢结构住宅越来越多。本文介绍了高层钢结构住宅的优点，设计特点及设计要点，并就钢结构安装技术进行探讨与分析。 关键词：高层住宅，住宅钢结构；设计；安装 Abstract: with the improvement of construction steel quality and yield in our country, steel structure building has been developed rapidly, more and more high-rise steel
2、 structure housing. This paper introduces the advantages of high-rise steel structure housing design features and design key points, and the steel structure installation technology were discussed and analyzed. Key words: high-rise residential, residential steel structure; Design; The installation. 中
3、图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 一、钢结构住宅 钢结构住宅一般指的是用钢结构作为承重骨架,围护、分隔结构以及屋面材料均用轻型材料组成,属轻型钢结构。其生产方式是构件及制品在2工厂加工制作后,运到现场进行组装,因此是工业化生产,易于实现产业化。它的优点具体表现在： 1、重量轻、强度高，用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的1/2 左右;满足住宅大开间的需要，使用面积比钢筋混凝土住宅提高 4%左右。 2、能合理布置功能区。利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。 3、安全可靠性，抗震、抗风性能好
4、。 4、钢结构构件在工厂制作，减少现场工作量，缩短施工工期，符合产业化要求。 5、钢结构工厂制作质量可靠，尺寸精确，安装方便，易与相关部品配合。 6、钢材可以回收，建造和拆除时对环境污染较少。 二、高层住宅钢结构设计 （一）高层住宅钢结构设计特点 1.高层住宅钢结构设计要合理布置柱网，在设计开始时可以选择任一单元框架，初级筛选柱与梁的截面。框架梁同时承受竖向的恒荷载与活荷载、水平向的地震力与风荷载的造成的影响，计算内力时应当利用分层方法。 2.高层住宅钢结构设计应注意思考钢材具备的承重结构。设计承重结构时应分别从极限承载力状态与正常极限的使用状态进行研究。在整个设计中需重点分析构件强度破坏连接
5、表现的承受力，假如破坏是疲劳3造成的或是钢材由于变形导致不能正常承载，钢材的结构就会演变为激烈的系统结构的全面倾覆。 3.高层住宅钢结构设计要对其造成的破坏后果设置不同的安全级别。高层住宅一般应用的钢材安全等级是 2 级，其他比较特殊的建筑结构的安全等级应根据具体情况决定。 （二）高层住宅钢结构设计要点 1、结构选型与结构布置 由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该具体工程具体分析。应根据工程的条件和特点，综合考虑建筑的使用功能、荷载性能、制作安装、材料供应等因素，择优选择抗震性能良好，而又经济合理的结构体系和结构形式，对高烈度设防的高层钢结构，宜选用钢框一支、钢框一筒或钢一筒中筒等钢结构
6、体系。同时应与建筑师充分沟通合作，共同商定符合抗震、抗风原则的结构平面与立面布置。结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀，力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路砖递到基础柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线，比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受 14 的总水平力 2、节点构造 （1）钢柱与基础连接 根据高钢规程 3.5.5 条，高层钢结构与地下室砼结构间宜设钢骨砼过渡层。这可以增大地下室层的刚度。钢柱与基础间常用埋入式柱4脚。地下室柱采用钢骨砼柱，钢
7、骨与砼间加设栓钉。地下室梁可采用普通砼梁。宜采用宽梁，避免钢筋过密（钢筋遇钢柱时应予留孔） 。 （2）梁柱节点 梁翼缘与柱应采用全熔透焊，梁腹板与柱宜采用摩擦型高强螺栓。悬臂梁与柱应采用全焊接。在节点处应在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋。当柱采用箱型柱时，内加劲肋常采用熔嘴渣焊。 （3）梁梁连接 主梁与主梁应采用刚性连接，翼缘为全熔透焊，腹板可用高强螺栓连接。在抗震设计时，主梁的塑性区段（距柱轴线 1/81/10 梁跨）可能出现塑性铰应设置水平隅撑。次梁与主梁宜采用铰连接。 （4）钢梁与砼板连接 为保证板与钢梁共同工作，通常在钢梁上翼缘焊栓钉。栓钉常用16300，焊接时配置焊接瓷环。 （5
8、）钢结构与外墙连接 外墙常采用予制外墙板（200 厚）或加气砼砌块（200 厚） 。外墙采用外墙板时，在梁上、下翼缘焊角钢，角钢与墙板用螺栓连接。采用加气砼砌块时，通常将楼板外挑 200（出梁翼缘）并设圈梁，砌体与圈梁拉结。砌体与钢柱采用拉结筋拉结（6500） ，拉结筋与钢柱焊。 3、钢结构体系稳定性 钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题： （1）目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要5的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。 （2）在大跨度结构
9、设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。 （3）预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。 （4）钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究 三、高层住宅钢结构安装 1、钢柱的标高控制 钢柱的标高控制一般采取
10、两种方式：其一，按照相对标高制作和安装。长度误差不应超过 3 毫米，不用考虑构件间焊缝的收缩和变形以及由于竖向荷载而引起的压缩变形，只要建筑物的总高度达到各节钢柱制作所允许的偏差综合和钢柱压缩变形的总和即算合格。这种控制一般适用于 12 层以下的建筑，对于层高的控制不用十分严格的建筑物。其二，按照设计标高制作与安装。主要适用于 12 层以上的建筑物，对于精度的要求较高，每一节钢柱的累积尺寸总和应该符合建筑设计所要求的总尺6寸。钢柱之间由于接头而产生的收缩变形以及由于竖向荷载而引起的压缩变形应该加入到钢柱的加工长度中。 2、基础地脚螺栓螺纹损坏 基础地脚螺栓螺纹损坏，柱安装时无法旋人螺母和紧固，
11、影响结构力的传递和稳定性。 预防措施： （1）地脚螺栓在运输、装拆箱时，应加强对螺纹的保护，应用工业凡士林油涂抹后，用塑料薄膜包裹绑扎，以防螺纹损坏和锈蚀。并应单独存放，不应与其他零、部件混装混放，以免相互撞击损坏螺纹。 （2）地脚螺栓埋设后不得利用作弯曲加工的支点或作电焊机的接零线，或牵引拉力的绑扎点。吊装构件时，应妥善操作，防止水平侧向撞击力撞坏螺纹。 （3）螺栓的螺纹已被损坏可采取以下治理方法：当螺纹被损坏的长度不超过其有效长度时，可用钢锉修整螺纹，达到顺利旋入螺母为止。当地脚螺栓的螺纹损坏的长度，超过规定的有效长度时，可用气割切除大开原螺纹段的长度；再用与原螺栓相同的材质、规格的材料，
12、一端加工成螺纹，并在对接的端头截面制成 3045的坡口与下端进行对接焊接后，再用相应直径规格、长度的钢套管套入接点处，进行焊接加固补强。经套管补强加固后，会使螺栓直径大于底座板孔径，可采取适当扩大柱底座板的直径解决。 （4）杯口基础连接 钢柱采用杯口基础连接时，柱脚做法比较简单，但安装比较麻烦。7当柱脚承担的变矩较大而轴向力较小时(如排架结构中的钢柱脚)，若采用锚栓连接，锚栓规格会比较大，且柱脚也需采用靴梁的形式，那么柱脚做法将会是十分麻烦。这种情况，最好还是采用杯口基础，免去埋设锚栓而带来的麻烦。当采用杯口基础时，杯底有一个找平和调整标高的细石砼层，当柱底板下的砼采用二次浇灌时，底板下的砼很
13、难振捣实，严重的可能底板下是空的，因此在底板上必须每边留设灌浆孔和溢浆孔，或不设底板直接靠钢柱与砼间的摩擦来承担竖向力。 杯口基础另外一个缺点是杯口内易进水或土，在基础施工时，必须做好覆盖措施。否则，清理杯口内的土和水会是很麻烦的事情，特别是工地范围内的地面基础采用换土方式时，杯口的保护显得尤为重要。在钢柱安装前，对杯口内壁进行凿毛，以保证在钢柱就位后二次浇灌的砼能结合牢靠，杯口基础和锚栓连接的方法各有各的优点，在设计过程中，应结合受力情况，选择一种符合工程需要和方便施工的做法。 3、钢柱、钢梁、高强螺栓的安装 （1）钢柱是一种主要的竖向构件，决定了建筑的层高和总高度，因此，钢柱制造过程中必须
14、要严格执行现行规范的验收标准。100 米高的钢柱通常分为 812 节构件，在翻样下料的制作过程中必须要考虑构件间焊缝的收缩和变形以及由于竖向荷载而引起的压缩变形。 （2）对于安装钢梁，我们可以将其分为主梁安装，次梁安装以及外挑梁安装。同时要注意，在立柱形成单元后，主梁要使用捆绑串吊施工，依据此工程的设计要求吊装的数量应在两到四根。因为空间与接点的现实情况，次梁与剪力墙框架梁通常使用单根吊装。 8（3）在当前的建筑钢结构连接方法中，高强螺栓可以说是最先进的。高强螺栓的特征有以下三点：(1)可以拆换；(2)方便施工；(3)传力平均。在此工程的设计方案中，高强螺栓使用的是摩擦型连接。紧固的方法是我们
15、使用专用的棘轮扳手与扭矩扳手在经过初拧与终拧之后完成。 4、钢梁、柱与砌体之间连接处的抗裂处理 为防止钢梁、柱与砌体之间连接不牢。出现开裂、渗水现象，可采用在钢柱上每隔 400mm 焊接拉结筋的处理方法，拉结钢筋伸入墙内1000mm。钢粱、柱“”形凹槽内均用非规格加气混凝土砌块体填砌。外设置 4150mm 的钢筋网片，每边伸出柱子翼缘,350mm， ，外部粉刷保温砂浆。钢梁与砌体的连接构造与钢柱相似。 结束语 钢结构住宅具有适合在工厂大批量的生产，并且工业化和商品化程度在不断地提高，能够把设计、生产、施工和安装整合为一体的优点。这些优点使得钢结构在住宅市场势必会有很好的发展前景，对于未来的发展，钢结构住宅建设者应当从设计与施工两方面实现质量的控制，推动住宅建设整体水平提高。 参考文献 1尹志明,周诸红层次分析法在钢结构住宅体系量化选型中的应用J.工程建设与设计,2004(07). 2郭兵，纪伟东多层民用钢结构房屋设计M.北京：中国建筑工业出版社，2005. 3李雪峰.高层住宅钢结构的设计流程及应注意的问题J.科技信9息，2011（10）.
