摘要:随着国民经济的发展和人口城市化进程的加快,我国住宅建设持续空前发展,人们的居住条件逐步提高,钢结构的建筑也随之应运而生。为了凸现钢结构住宅的优点,本文简单介绍了钢结构的优点及其在住宅上的设计思路。
关键词:钢结构;设计;材料;施工
中图分类号: S611   文献标识码:A   文章编号
前言:混凝土建筑的设计都是按照先建筑设计后结构设计的理念进行设计,而钢结构住宅由于其特殊的材料和先进的设计软件,得以使设计程序实现建筑结构一体化设计,即建筑设计与结构设计同时完成。目前,国外轻钢结构企业都是遵循这样一条理念
1、钢结构卓越的性能
1.1.抗震、抗风、高可靠性
  钢材优良的物理、力学性能使得轻钢结构住宅具备了整体刚度大、构件强度高、结构自重轻的特点,在地震、飓风等罕遇灾害下的表现远远优于其它结构形式的住宅。对于软弱地基区域,钢结构住宅可以降低基础成本,并减少不均匀沉降发生的概率。钢结构体系可以精确设计分析,使钢结构住宅的结构可靠性优于砖混住宅。
1.2.防腐、防火、耐久
  钢结构住宅中耐腐蚀镀锌钢板的运用,大大增强了建筑主体结构的防腐性耐久性,合理的构造措施可以保证钢结构的防火性能;结构徐变、泛潮和遭受白蚁、老鼠等虫害的情况不会在钢结构住宅中出现。
1.3.隔热、隔音、节能
  钢结构住宅复合墙体构造保证了房屋对隔热、防潮、隔音的需要。中空玻璃的使用使隔音指标达40加权分贝以上,除了大大减少噪音的污染,更能节省大量的能源。
1.4.能“空间自由组合”的住宅
  钢材的轻质、高强、钢结构的体系的灵活选用为住宅空间的组合提供了最大自由度。一方面钢结构可以提供超大共享空间,同时建筑师可以不拘泥于承重墙位置,根据设计需要自由布置各功能空间。
2、钢结构住宅的特点
  钢结构住宅与传统结构相比,在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势,主要体现在以下方面。
2.1 设计制造周期短,设计生产一体化
  现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件,使得设计周期大大缩短,设计中的修改和调整非常方便。同时,由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点,可以将前期设计和现在的生产手段相结合,通过网络计算机和数控机床结合,使设计人员在工作室中完成设计后,即由工厂的生产线完成产品制作,具有极高的效率和精确度,可以大大减少项目建设周期。
2.2 能够合理布置功能区间
  在居住建筑中,建筑师和居民一直希望能够有大跨的无竖向结构的空间,这样,可以根据需求进行灵活隔断,使室内布置呈多样化。传统住宅由于所用材料的性质,限制了空间布置的自由。
2.3 承载强度高,抗震性能优越
  相同的荷载,钢结构截面最小,相同的截面,钢结构承载力最大。在抗震设防区,钢筋砼结构有许多不足之处,而钢结构重量轻,六层轻钢住宅的重量仅相当于四层砖混结构的重量,因此,本身所受的地震作用小;而且,钢材具有高延性,有较好的耗能能力,因此,抗震性能好,结构安全度高
2.4 施工方面优势突出
  现浇砼需要连续施工,在我国北方地区受到施工季节的影响。钢结构的大部分构件在工厂生产,运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装,可全天候作业。施工现场作业量小,减少了施工临时用地,与传统建筑材料相比,对周围环境污染小,提高了施工的机械化水平。
2.5 综合造价低
  钢结构承载力高,可以实现结构的大开间布置,构件截面小,与砼结构和砖混结构相比,自重比较轻,地基的处理比较容易,可以采用天然基础型式。由于基础在工程造价中占有比重比较大,上部结构重量轻可以降低基础的造价,从而减少整个项目的投资。钢结构施工机械化高的特点,从另一方面减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。
3、钢结构布置、钢结构设计的基本原则
  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。按照上述原则,根据实际案例原建筑设计的布置和功能要求,综合考虑了结构的经济性、建筑设计的特点和施工合理性等因素,采用钢框架—支撑和钢框架——剪力墙结构体系,并分别进行了布置。
  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。
 4.基础形式钢框架—支撑采用柱下独基,钢框架—剪力墙采用柱下独基与筏板基础。
 5.内外墙体系框——剪采用蒸压轻质加气混凝土板材(简称 ALC 板材),外墙板厚为 200mm,内墙板厚 100mm.框-支采用陶粒砼砌块 
  结语 
  现在我国钢结构研究已进入一个新阶段,有关规范和标准已出台,国内钢产量充足,为钢结构住宅的发展提供了较好的物质和技术基础。应及时把握其发展趋势,结合我国国情,积极借鉴并吸纳国外成熟技术,注意各专业间的相互配合,促进钢结构住宅产业化发展,相信我国钢结构住宅的发展前景是美好的。