钢结构住宅结构设计（精选12篇）
钢结构住宅结构设计 篇1
随着我国经济的快速发展, 工业化进程的加快, 人口快速的增长、住房制度的改革以及国民经济的发展带来的压力, 可持续发展战略的深入推广, 人民绿色环保意识的增强, 我国现有的住宅体系已经逐步进入淘汰阶段, 开发新型绿色、环保并符合住宅产业化发展战略的结构体系势在必行。钢结构以它独特的优点适应了建筑业发展的需要, 被大量的运用在了住宅、高层、超高层等建筑中, 钢结构的发展前景广阔。其中钢结构住宅具有施工速度快、工业化程度高、综合技术经济指标好、建筑造型美观、抗震性能优越等特点, 得到了越来越广泛的重视。所以走钢结构住宅建设新模式之路是大势所趋。
1、钢结构住宅设计理念
约翰波特曼说过:“建筑师必须建立一套统一的设计理念。这种理念犹如船的舵, 它确保朝一个方向连续行进的过程成为可能。我感到有必要确立一套我能相信的设计理念, 一套能给我的建筑指引方向并经得起时间考验的理念”。结合国情, 建筑钢结构的发展是21世纪建筑文明的体现。人们在居住上越来越注重现代化和人性化, 着眼于人类居住环境的保护, 将传统的住宅设计方法与现代的技术结合, 重视住宅质量、资源消耗、生态环境等综合效益, 这对设计业的改革和理念更新提出了新的课题。建筑设计理念更新的结果是中国钢结构产业快速崛起原因之一。
住宅的建筑设计应结合国情, 坚持以人为本、面向市场的原则, 本着为住户着想、让住户参与、使住户舒适的思想进行设计, 让住户参与就是尽量进行住宅结构的弹性设计, 使住户可根据自己的需要对房屋进行分隔, 实现“我家我设计”的这种全新的住宅设计理念, 使住户舒适就是体现以人为本的理念, 处处为住户着想, 尽量提高住宅的质量, 提高住宅质量就是为了提高住户的生活质量, 尽可能的降低造价, 在进行住宅设计时应注意平面和立面的设计、三板的选用、住宅的智能、节能、耐久性等方面的问题。
住宅建筑必须给住户提供合适的居住空间。住宅建筑中, 户型是根据住户家庭人口构成的不同而划分的住户类型, 套型是指为满足不同户型住户的生活居住的需求, 来设计的各种类型的成套的居住功能空间 (即每套住宅应该有明确的分户界限, 必须独门独户) 。住宅套型的设计往往取决于住户的生理及心理需求, 同时也与空间组合关系、建筑技术经济条件和社会意识形态有着紧密的关系。
2、钢结构住宅优点
从设计角度讲, 钢结构住宅的自由布局可以减少设计人员的盲目性。仅仅靠设计人员的猜测去严格的划分使用空间, 往往不能满足使用者的实际需要, 而传统房屋一旦建成后要改变它的布局很不方便或不可能。如果我们设计人员能在设计阶段多做一些工作, 加上业主参与的选择过程, 设计的针对性就会强的多。
从开发商的角度来说, 钢结构住宅的自由布局使房屋的适用范围更广, 可以扩大购房人群的种类。建筑的速度快, 投资少, 楼盘的销售会更快, 更容易收回投资, 一次性的精装又可以使物业的前期管理更为方便。
从使用者的角度来说, 钢结构住宅的自由布局更为“人性化”, 一户使用自由布局的钢结构住宅可以适用于不同人群的需要, 在选择好适合自己的户型组合后, 委托开发商一次性精装, 可以减少许多现今众多住宅装修过程中不必要的麻烦, 直接放心的入住。可以大大的缩短实际施工工期, 真正的体现民众的参与;并且集中的一次性施工可以减少拆改的费用, 减少设备的损耗和入住前的装修噪音、空气污染、人流干扰等, 真是一举多得。
从施工方的角度来说, 钢结构住宅的自由布局形式可以减少施工的工作量, 提高施工人员的施工水平, 更规范、更节省。这源于钢结构住宅的自由布局方案中本身不可变的结构部分减少, 不同的自由部分又采用轻质墙体施工, 虽然样板的种类增加了, 但构件的工厂预制程度提高却使现场的施工更加工业化, 从而使得施工程式化。
从社会的需求来说, 多元化的社会价值趋向使人们对户型的多变性提出了更高的要求。自由布局的钢结构住宅, 正是在这种前提下出现和发展的, 是符合社会现实需要的。
自由布局的钢结构住宅有高效的自由度, 在住宅的适应性上有很大的扩展。一幢自由布局的钢结构住宅在用典型的规划中甚至可以大量的合并套型, 从而改为办公楼或商场。这是一个值得品味的进步, 住宅在钢结构体系的支配下, 改变很多内在的因素。和传统结构住宅相比, 户与户的隔墙不会再是冷冰冰的禁锢, 标准的套型在多变的组合下有了新的生命。套型之间有了物语, 这是住宅的语言, 在新的设计理念和结构形式下, 我们可以随心所欲的居住。
造型的变化可以创造出丰富的效果。在钢结构住宅体系中, 由于结构跨度的需要, 很可能是整个建筑形态呆板, 虽然有利于施工, 却流于单一。这一点恰恰符合节能建筑的设计技术。平整的墙面可以增加南向的敞开度, 加大日照面积。窗户的设置要有利于组织良好的室内通风, 并保证夜晚室外凉爽的气流进入洞口后能“覆盖”室内平面, 在人体高度范围内通过。从而我们把建筑物的体型塑造的重点放在了屋顶、门窗、雨篷、挑檐上, 用以追求变化。由于排水的要求, 屋顶尽量采用坡屋顶, 并在坡屋顶造型上隐蔽安装太阳能设施。单坡、双坡、四坡、八角坡等屋顶形式在轻钢屋架的支撑下, 造型的组合会更方便快捷, 加上精致的门窗及门窗套、地域特色的遮阳板、钢和玻璃组合的雨篷设计, 用点的精致带动面的灵性, 从而使建筑物的总体造型实用、谦逊, 又不失精致的特色。建筑风格更为灵活, 外观多姿多彩。
钢框架结构使建筑总重大大减轻, 可以降低基础处理费用, 降低建造成本。钢结构住宅由于采用了新型墙板, 其墙体比普通砖墙明显变薄, 增加了室内空间, 比传统建筑可增加6%左右面积, 并具有良好的可修缮性。
钢结构节能住宅在建设施工过程中对环境影响小, 不受季节约束。大量采用了新型建材和新技术、新工艺, 大大减少了砂、石、灰的用量, 减轻了对不可再生资源的破坏, 对周围环境污染少。建筑物拆除时, 钢材可全部回收利用。
由于钢的延展性好, 钢结构住宅的抗震、抗风性能好, 安全性高, 在地震、台风等灾害天气状况下, 能防止住宅建筑倒塌性破坏, 具有较高的性能价格比。
3、结语
钢结构住宅在符合国情的背景下, 及各个方面与传统结构都有独特的优越性。从我国钢结构技术日益成熟的现状来看, 钢结构住宅的大面积推广、户型设计及社会需求现状, 都将会是一场新的住宅革命, 它会在给我们带来崭新住宅理念的同时引领一个强调可持续发展的, 强调个性与合作的新时代。
摘要：随着我国经济的快速发展, 工业化进程的加快, 人口快速的增长、住房制度的改革以及国民经济的发展带来的压力, 可持续发展战略的深入推广, 人们绿色环保意识的增强, 钢结构住宅以它独特的优点, 得到了越来越广泛的重视, 故走钢结构住宅建设新模式之路是大势所趋。
关键词：住宅,模式,钢结构
钢结构住宅结构设计 篇2
——高层钢结构住宅产业化技术现场交流会综述
“国家正全面实施以经济适用房、公租房、廉租房等为主体的保障性住房建设，由于其安置型、周转性的特点，要求结构安全、装配化程度高、速度快、质量有保证。我认为，钢结构住宅体系最适合在保障性住房建设中推广。”这是中国建筑金属结构协会会长姚兵在住房和城乡建设部住宅产业化促进中心、内蒙古住房和城乡建设厅、包头市人民政府、中国建筑金属结构协会、中国钢结构协会、浙江杭萧钢构股份有限公司联合在内蒙古自治区包头市召开的“高层钢结构住宅产业化技术现场交流会”上的一席话。.钢结构住宅需要依靠技术创新
姚兵从全局经济观、可持续发展观、科技含量观、经济全球观、新型建筑工业观5个方面深入浅出地发表了对钢结构住宅发展观的看法。近期，钢铁业遭遇新一轮的市场“寒冬”。建筑业作为用钢大户，促成钢铁与建筑业的结合，在住宅建设中推广钢结构体系，无疑是最现实的选择。建筑业作为国家的支柱产业，既要减少对环境的损害，又要保持相应的增长规模，因此，选择什么样的结构形式非常重要。保障性住房的套型面积小，今后将面临改建或拆建的问题，这种情况下，选择钢结构体系较好。
众所周知，钢材的延性好，增加了钢结构住宅抵御地震灾害的能力。我国的地震频发地区分布较广，由于钢结构住宅的应用比例小以及相关地区房屋建筑的抗震设防系数较低等因素，每当地震灾害来临，都会造成重大的人员和财产损失，这些都值得我们反思„„
这些年钢结构住宅发展缓慢与我们的住宅整体质量水平不高、工程造价偏高等因素有很大关系。姚兵希望有关单位通过技术创新，优化钢结构住宅套型设计，针对不同结构采用标准的构配件，不断满足消费者的需要。建设钢结构住宅，必须在使用功能、结构体系、节能减排的效果、建造的经济性和实用性上多下功夫，开发和生产出与钢结构住宅防火、防腐、隔音保温等相配套的门窗、水暖件和小五金连接件，并制订相应的质量标准和安装工艺，不断总结完善，最终形成行业统一的标准和规范。
姚兵认为，住宅产业化的重要意义有三点：一是用产业现代化的方式转变粗放型的生产方式，发展住宅产业；二是推广应用产业现代化技术提升住宅建设的水平，改善住宅品质；三是以住宅建设发展与相关产业的联动关系和支柱性产业的作用，发挥对国民经济积极促进作用。他表示，内蒙古自治区包头市青山区政府在推广钢结构住宅方面的做法值得各地学习借鉴，浙江杭萧钢构股份有限公司（以下简称杭萧）致力推动钢结构住宅产业化发展的经验值得推广。
钢结构住宅创新设计是关键
什么是钢结构住宅？万郡?大都城项目设计总负责人、汉嘉设计集团股份有限公司总工程师、浙江省钢结构行业协会会长方鸿强是这样解释的：钢结构住宅是主要承重结构为钢结构的住宅建筑。它是指以钢铁结构构件为承重骨架、以轻型建筑墙体材料为围护结构以及与功能配套的水、暖、电、厨、卫、智能网络与通信设备和产品优化集成的安全、健康、适用、节能、绿色、环保满足家庭居住使用的建筑。
方鸿强对钢结构住宅的工业化建造过程总结了六大好处：一是工地的事情工厂做，二是室外的事情室内做，三是高空的事情地面做，四是危险复杂的事情机器做，五是施工模拟和现场放样的事情计算机做，六是浪费资源和污染环境的事情不做。他认为，在设计钢结构住宅时，必须结合钢结构的特点，着重发挥其套型结构可适应套型改变、非承重结构可更换、建筑材料可回收利用的三大优势。方鸿强介绍，万郡?大都城项目是目前国内在建的、最大的全钢结构住宅小区。方鸿强认为，建筑最核心的价值就是呵护人的生命，在设计中不仅要考虑工程的承载力，而且还要考虑生态的承载力。汉嘉团队不仅按照“零资源、零能耗、零排放、零污染、零工地、零距离”的绿色建筑设计理念完成了万郡?大都城项目的设计工作，还建立了从规划、设计、建造、使用和拆除的建筑全生命周期开发与建设的全新模式，设计和建造新一代满足工业化、标准化和产业化生产的现代化钢结构住宅建筑产品。方鸿强说，只要按照绿色建筑的设计理念和方式进行
钢结构住宅设计，就能够发挥钢结构“轻、快、好、省”的优异性能，为社会提供安全、健康、适用、节能、绿色、环保，同时满足家庭居住使用要求的高性价比住宅。
钢结构住宅政府支持很重要
中国钢结构协会专家委员会名誉主任陈禄如表示，钢结构住宅的推广使用，政府的推行至关重要。他说，凡是得到政府鼓励和支持的产业都发展得又好又快。万郡?大都城就是一个典型的实例。
据杭萧董事长单银木介绍，万郡?大都城位于内蒙古自治区包头市青山区，是由高度为97米左右的32层住宅建筑群组成的高生活品质的小区，抗震设防烈度为8度，其全部采用钢框架——钢支撑组成的抗侧力体系，楼（屋）面板采用杭萧生产的钢筋桁架楼承板系统，墙面板采用浙江汉德邦建材有限公司生产的CCA板与轻质灌浆料组成的保温、节能和防火的围护结构体系。杭萧能够在包头市开发建设这一项目与当地政府的支持是分不开的。
内蒙古自治区住房和城乡建设厅副厅长许怀云说，“十一五”前后6年，内蒙古连续保持经济发展增速第一，近年来，提出了“富民强区”的一系列发展战略，把富民摆在第一位，充分体现了政府以人为本的理念，使人民的生活水平有了很大提高，生产、生活条件得到了极大的改善。
记者在采访中获悉，内蒙古自治区包头市青山区区政府对万郡?大都城项目提供了相当多的优惠政策。首先，青山区区政府成立了专项领导小组，负责与包头市有关部门协调解决万郡?大都城项目的有关手续事宜；其次，青山区区政府承担了万郡?大都城项目的水、电等配套设施的建设和相关费用；再其次，青山区区政府承担了万郡?大都城项目的代征道路、绿地所涉及到的土地及建设费用；最后，青山区区政府承建了万郡?大都城项目高低压配电房。
青山区区政府为什么要给予钢结构住宅、杭萧提供大力支持？中国钢结构协会常务副会长刘毅给出两个答案：钢结构住宅具有自重轻、抗震性能好、使用面积较传统建筑多等优势；杭萧是住房和城乡建设部批准的首个“钢结构住宅产业化基地”。
住房和城乡建设部住宅产业化促进中心副主任文林峰表示，未来推进住宅产业化的重点任务有六点：
一是抓政策——出台各层级的经济激励政策；
二是抓标准——标准修订和新标准规范；
三是抓体系——新型结构体系与部品体系及标准化、模数化以及相互间的协调应用；
四是抓试点——分层次推进住宅产业化；
五是抓龙头——提高设计水平、标准化厨卫设计；
砖混结构住宅设计浅析 篇3
关键词：砖混结构内容设计
0引言
砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、附壁柱等采用砖或砌块砌筑，柱、梁、楼板、屋面板、桁架等采用钢筋混凝土结构。通俗地讲，砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构，又称钢筋混凝土混合结构。因为砖混结构的主要承重结构是粘土砖，所以砖的形状及强度就决定了房屋的强度。可以这样说，砖的形状越规则，砂浆的强度越高，灰缝越薄越均匀，砌体的强度就越高，房屋的耐用年限就越长。
1砖混结构住宅的内容及其优点
砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、附壁柱等采用砖或砌块砌筑，柱、梁、楼板、屋面板、桁架等采用钢筋混凝土结构。通俗地讲，砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构，又称钢筋混凝土混合结构。因为砖混结构的主要承重结构是粘土砖，所以砖的形状及强度就决定了房屋的强度。可以这样说，砖的形状越规则，砂浆的强度越高，灰缝越薄越均匀，砌体的强度就越高，房屋的耐用年限就越长。
砖混结构的优点主要表现在：①由于砖是最小的标准化构件，对施工场地和施工技术要求低，可砌成各种形状的墙体，各地都可生产。②它具有很好的耐久性、化学稳定性和大气稳定性。③可节省水泥、钢材和木材，不需模板，造价较低。④施工技术与施工设备简单。⑤砖的隔音和保温隔热性要优于混凝土和其他墙体材料，因而在住宅建设中运用得最为普遍。
2具体内容如下：
2.1各层的结构布置，包括：①预制板的布置(板的选用、板缝尺寸及配筋)。标注预制板的块数和类型时，不要采用对角线的形式。因为此种方法易造成线的交叉，宜采用水平线或垂直线的方法，相同类型的房间直接标房间类型号。②现浇板的配筋(板上、下钢筋，板厚尺寸)。尽量用二级钢包括直径φ10的二级钢。钢筋宜大直径大间距，但间距不大于200，间距尽量用200。(一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)。跨度小于2米的板上部钢筋不必断开，钢筋也可不画，仅说明钢筋为双向双排φ8＠200。板上下钢筋间距宜相等，直径可不同，但钢筋直径类型也不宜过多。顶层及考虑抗裂时板上筋可不断，或50％连通，较大处附加钢筋。一般砖混结构的过街楼处板应现浇，并且钢筋双向双排布置。板配筋相同时，仅标出板号即可。③圈梁、构造柱布置及其剖面详图。圈梁要浇圈闭合拉通，穿过中间走廊，并隔一定距离将截面加强。注意圈粱(包括地基圈梁)在外墙楼梯、入口等处可能被截断，应在相应位置附加一道并满足搭接长度。坡屋顶为双层圈梁。单层空旷房屋层高超过4米宜在窗顶处增加一道圈梁。说明圈梁、构造柱纵筋的搭接及锚固长度。构造柱箍筋在上下端应加密。说明构造柱生根何处，当地面为刚性地面时，应将构造柱伸至基底。④过梁布置。核算圈梁下的高度是否足够放预制过梁，如果不够，则应圈梁兼过梁或圈梁局部加高。尽量采用过梁与圈梁整浇方式。此法方便施工并对抗震有利。当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。过梁配筋不得过小，以考虑地震时过梁上墙体出现裂缝不能形成拱的作用。⑤雨蓬、阳台、挑檐布置和其剖面详图。注意，雨棚和阳台的竖板现浇时，最小厚度应为80，否则难以施工。竖筋应放在板中部。当做双排筋时，高度＜900，最小板厚100；高度＞900时，最小板厚120。阳台的竖板应尽量预制，与挑板的预埋件焊接。雨棚和阳台上有斜的装饰板时，板的钢筋放斜板的上面，并通过水平挑板的下部锚入墙体圈梁(即挑板双层布筋)。两侧的封板可采用泰柏板封堵，钢筋与泰柏板的钢丝焊接，不必采用混凝土结构。阳台的门联窗处窗台应使用轻体材料砌筑，方便以后装修时凿掉。
2.2基础平面：①在墙下条基宽度较宽(大于2米，部分地区可能更窄)或地基不均匀及地基较软时宜采用柔性基础。应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。②当基础上留洞、首层开大洞的洞口宽度大于洞底至基底高度时，如要考虑洞口范围内地基的承载力，洞口下基础应做暗梁。或将基础局部降低。⑧素混凝土基础下不必做垫层，但其内有暗梁时应注明底部钢筋保护层厚为70，或做垫层。地下水位较高时或冬季施工时，不得做灰土基础。刚性基础一般300厚。④建筑地段较好，基础埋深大于3米时，应建议甲方做地下室。地下室底板，当地基承载力满足设计要求时，可不再外伸。地下室内墙可采用砖墙，外墙宜用混凝土墙。每隔30～40米设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。地下室顶板应考虑施工时材料堆积荷载。
2.3暖沟及基础留洞：①沟盖板在遇到楼梯间和电线管时下降(500)，室外暖沟上一般有400厚的覆土。②注明暖沟两侧墙体的厚度及材料作法。暖沟较深时应验算强度。③基础留洞大于400的应加过梁，暖沟应加通气孔。④基础埋深较浅时暖沟入口底及基础留洞有可能比基础还低，此时基础应局部降低。⑤首层有门洞处不能用挑砖支承沟盖板。⑥湿陷性黄土地区或膨胀土地区暖沟做法不同于一般地区。应按湿陷性黄土地区或膨胀土地区的特殊要求设计。
2.4楼梯：①应注意：梯梁至下面的梯板高度是否够，以免碰头，尤其是建筑入口处。②两倍的梯段高度加梯段长度约等于600。幼儿园楼梯踏步宜120高。③楼梯梯段板计算方法：当休息平台板厚为80～100，梯段板厚100～130，梯段板跨度小于4米时，应采用1门0的计算系数，并上下配筋；当休息平台板厚为80～100，梯段板厚160～200，梯段板跨度约6米左右时，应采用1／8的计算系数，板上配筋可取跨中的1／3～1／4，并不得过大。此两种计算方法是偏于保守的。任何时候休息平台与梯段板平行方向的上筋均应拉通，并应与梯段板的配筋相应。
2.5关于墙体问题：楼梯间的墙体水平支撑较弱，顶层墙体较高，在8度和9度时，顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔500设2φ6的通长筋，9度时，在休息平台处宜增设一钢筋带。项层，为防止墙体裂缝，可采取如下措施：保温层聚苯板由45加厚。为防止聚苯板在施工时被踩薄，可用水泥聚苯板代替普通聚苯板。圈梁加高，纵筋直径加大。架设隔热层，不采用现浇板带加预制板(为了解决挑檐抗倾覆)的方式。顶部山墙全部、纵墙端部(宽度为建筑宽度B／4范围)在过梁以上范围加钢筋网片。构造柱至洞口的墙长度小于300时，应全部做成混凝土的，否则难以砌筑。小截面的墙(＜600)如窗间墙应做成混凝土的。否则无法砌墙或受压强度不够。注意：在砖混结构中(尤其是3层及以下)，可以取消部分横墙，改为轻隔墙，以减轻自重和地震力，减小基础开挖，也方便以后的房间自由分隔，不必每道墙均为砖墙。多层砌体房屋的局部尺寸限值过严，一般工程难以满足，在增设构造柱后可放宽。
高层钢结构住宅结构设计探讨 篇4
在住宅建筑采用高层钢结构材料进行设计优点如下:
1.1 一体化的生产、短周期的设计
钢结构有效利用高科技的计算机以及专门的分析设计软件, 进行结构分析, 大大缩短了设计的完成周期。同时, 钢结构应用比较灵活, 其便捷的特性, 使其能够进行现场安装, 将前期的设计工作与现场的施工进行结合, 通过数控以及计算机软件, 使得在设计完成以后, 得以即时加工制作, 工作精确度与效率获得极大提升, 建设周期大大缩短。
1.2 高强的承载度、抗震性
由于钢材质的特点, 使其承载程度较其他材质强, 也就是说相同承载面的前提下, 钢材质的承载程度就比其他材质的承载程度要高的多。现阶段, 世界进入了地震高发期, 抗震能力成为了建筑设计的重要衡量因素。在抗震设防区中, 钢结构的重量较轻, 轻钢住宅的质量约为砖混结构质量的2/3, 钢结构相比于其他材料抗震性能好, 同时具有加强抗震性能力的耗能能力、高延性, 因此其安全度也是非常高的。
1.3 强大施工优势, 低廉综合造价
钢结构大部分构件在工厂加工完成, 在施工现场可全天候进行组装。如此, 施工现场的工作量大大下降, 占用面积与对周围环境的影响与污染都大大降低。施工时可节省支模、拆模的材料, 成本降低。
2 钢结构住宅结构设计体系
2.1 框架—支撑体系
支撑体系主要由框架体系构成。梁、板、柱子等构成了框架体系的基本组件。框架结构体系由于其结构的布置比较方便, 另外, 钢材质的硬度分布比较均匀, 延展性较好, 可以形成较大的结构空间。但框架结构的侧向刚度比较少, 容易受水平荷载影响发生较大位移, 使得钢结构有受到破坏的可能。在高层建筑住宅中, 由于住宅的层数较高, 因此, 如果钢材料没有良好的立体结构, 便容易使得建筑存在不良因素, 引起极具危害性的后果, 所以, 施工时, 要采取框架支撑的体系来增加其横向的承载力。
2.2 桁架交错的结构体系
桁架、柱子、板等构成了交错桁架结构体系的主要部件。柱子主要是放置在室内的两边位置。桁架的跨度等同于与建筑宽度, 其高度则以住宅楼层的高度等同。桁架两端在外围柱上进行上下层的交叉布设:楼板一端由桁架的上弦杆来支撑, 另一端则由旁边的桁架的下弦杆进行支撑。正是此种结构体系采用的结构少量, 以轴心力为主, 合理适用的受力结构, 形成了此结构体系的主要优势, 尤其显示在横向尺寸为主时。在结构空间上来说, 交错桁架结构体系形成的空间体积相对来说比较大, 比框架结构体系形成的空间要大出一倍多, 同时进深也大增, 在能够提高空间的同时, 由于其使用的柱子数量比较少, 还能节约材料成本。
2.3 钢架—剪力墙结构体系
剪力墙结构体系中, 施工中建筑的承载力全部压放到了剪力墙结构上来, 同时由钢框架的特性决定了其还可以担负起总的地震剪力的1/5以上, 起到多线防震作用;抗剪力墙具有较强的承载力以及抵抗推力, 在地震以及狂风暴雨之下, 产生的侧移可以忽略到不计, 因而, 在高层的住宅建筑中应用居多。应用剪力墙结构体系的住宅建筑, 其墙壁的延展性要高很多, 抗狂风、地震的功能比较强。同时, 利用电梯井作为混凝土核心筒还能有效解决电梯噪声扰民的情况。
3 钢结构住宅结构设计中应注意的问题
3.1 节点设计
震动是危及建筑安全的主要因素, 层出不穷的事故很多都是因为抗震能力弱。在施工建筑进行抗洪抗震性能时, 节点设计的重要作用不容忽视。强度高的梁柱设计、节点设计是高层钢结构建筑在受到较大震动影响时不出现局部失稳或者连续破坏情况的关键。要做到这一点可采使梁两边的翼缘截面进行适度的削减, 提高钢柱抵抗侧移的能度。同时, 要优化梁柱的节点, 更加合理的节点传力路线才能具有更强的承载力与抗震性, 同时节点焊接质量与提高螺栓的联接质量也是重点。
3.2 楼板设计
为满足钢结构的工业化及标准化的要求及保证施工速度快等优点, 在进行楼板设计时要先考虑采用预应力混凝土叠合楼板或装配整体式楼板。在装配整体式的楼板时, 一般是使用栓钉作为工具, 使钢板牢牢的钉嵌在梁上, 然后才能安全的与其他材料进行共同的工作, 以降低不便。而预应力混凝土叠合楼板在施工中应用的更加方便, 主要是用钢板、混凝土薄板, 加以混凝土来组成的叠合板。
3.3 墙体的挑选
在进行施工设计时, 都比较注重于材料的节约以及结构本身的重量的减少, 此时, 墙体的挑选就显得尤为重要。因此, 较轻的材质比较受欢迎, 一般的粘土砖等比较笨重的材料不受欢迎, 应用也不合理。从目前的建筑情况来看, 预制的复合夹心板墙应用居多, 其复合夹心层采用高效保温材料更佳。
3.4 钢结构的防火与防腐
钢材容易锈蚀, 并且锈蚀的速度与环境、湿度、温度等有关。同时, 火灾也是重大安全隐患, 故而做好钢结构的防火与防腐很重要。传统的防腐防火方法是彻底除锈并镀锌或者涂抹油漆。随着要求的提高, 传统的方法已经无法满足需求。对此, 除了采用新型的防火防腐建材外, 还要加大成本采用更有效的防腐防火外部材料, 并且对重点部位进行重点防护。
4 综述
钢结构住宅体系具有混凝土等其他结构无法比拟的优点, 在提倡建设节约型社会, 大力推广住宅产业化且日益重视建设质量的情况下, 钢结构住宅设计必然会成为设计主流。因此, 我们要对高层钢结构住宅设计进行研究, 促进其更长远、更迅速的发展, 使其能发挥应有作用。
摘要：我国的住宅建设经历了很长时间的发展, 材料与工艺都有了极大提升。根据住宅的使用情况, 钢结构住宅具有抗震性好、强度高、污染少、使用率高等优点, 极受欢迎, 是很多住宅建筑的首选。使用钢结构进行住宅建设能够提高住宅的居住功能水平与产业化水平, 本文也据此对多层钢结构住宅设计进行探讨, 以期对住宅建设有所助益。
关键词：高层,钢结构,住宅设计,结构设计
参考文献
[1]杨国建.浅谈高层建筑混凝土框架结构设计[J].价值工程, 2011 (20) .
钢结构住宅结构设计 篇5
轻质复合墙板在钢结构住宅中的应用 口山东省建筑工程学院赵岱峰
【摘要】轻质复合墙板既适应工业化生产的要求,又具有轻质节能的优势,因此在钢结构住
宅建筑中应用越来越普遍.本文从轻质复合墙板的构造形式,其与钢框架的连接,板缝的处理,饰
面的处理等方面论述了轻质复合墙板在钢结构住宅中的应用.【关键词】轻质复合墙板钢结构板缝工业化 【文献标识码】A近几年,一种新型的住宅体 系——钢结构住宅正在我国悄然 兴起,并且愈来愈热.从目前的 试点工程来看,钢结构住宅的墙 体材料有砌块和板材两大类,板 材类因适应产业化要求而得到更 多的关注.墙体板材种类繁多, 有单一材料板材和复合板材两大 类.单一材料板材(低容重的加 气混凝土除外)大多不能满足建 筑节能的要求,必须另做保温 层,形成复合墙体.在工业化的 要求下,工厂预制墙板时,常将 保温材料层复合其中.形成了轻 质复合墙板.1.轻质复合墙板的构造 形式
根据保温层位置的不同,轻 质复合墙板的构造形式有两种: a,结构层+保温层:b,结构层 +保温层+结构层.其中,结构 层采用配筋的加气混凝土板,纤 维水泥板,混凝土板等,保温层常 采用聚苯乙烯泡沫板各种轻集料 混凝土(聚苯乙烯发泡珠砼水泥 珍珠岩砼或充气泡沫水泥砼等).1.1结构层+保温层
这种构造形式制作简便,设备 要求不高,保温层与结构层的结合 方式有三种
第一种,用粘结胶浆将保温板 直接粘结在结构层上.(图1)这种 方法程序简单,整体性好,但是粘 结胶浆多为有机化工材料与水泥拌 合而成,国内实际采用时问还不到 1O年,其耐久性,耐候性有待实际 工程的考验.图1 墓叠J膏体 藉j舌雎秉 Itt~l 鼠I佛 面晨iI抖
第二种,用金属构件将带有斜 插钢丝和面层钢丝网的保温板固定 在结构层上,在保温板表面的钢丝 网上抹普通水泥砂浆作面层f图 2).施工方法:先点焊钢筋网架并 固定保温板,再支模浇注混凝土成 型.这种方式材料易得.连接也很 方便,不足之处是斜插钢丝和金属 构件易形成热桥,并且在保温层内 易锈蚀,影响墙板性能.有.I括蕾 木 图2 【作者简介】
赵岱峰男1974年12月生,山 东东营人,山东建筑工程学院建筑 系研究生 JSXK01/200624 正—一芝.昌..一 第三种.是将保温板背面制成 锯齿形,预制时紧贴模板放置.与 混凝土浇筑在一起,以加大保温板 与混凝土的粘结面,并在混凝土结 构与保温层中设ABST程塑料胀 管,加强主体与保温层之间的锚 固.(图3)这种方式是综合了上述 两种构造的优点.弥补了上述两种 构造的缺陷,效果比较好.ltltJ:~l l簟t’I _幂I I◆-卓l巴-l母I 卧箍’’罨;}i l#l, 图3 1.2结构层+保温层+结构层 这种复合板也称作夹芯板.依 据施工工艺不同分为两种形式: 第一种.水泥砂浆抹面的钢丝 网架类芯板.即先由冷拔低碳镀锌 钢丝焊成三维网笼.中间固定芯材(可选用聚苯乙烯泡沫板,岩棉矿 渣棉和膨胀珍珠岩等).然后面层 喷抹水泥砂浆,有时也用于C20细 石混凝土代替水泥砂浆.此类板材 有泰柏板系列3D板系列太空 板舒乐舍板等.第二种,喷注式纤维水泥轻集 料混凝土夹芯墙板.即先固定双层 结构面板(薄型纤维水泥板或纤维 增强硅酸钙板).再向其空腔内喷 射注入轻集料混凝土(聚苯乙烯发 泡珠砼,水泥珍珠岩砼或充气泡沫 25’,XX01/2006
水泥砼等).复合成型后再施以机 械表面铣磨而成.这类板生产工艺 较复杂.需要全自动搅拌配料系 统,可调节压力的混凝土泵注系 统,可移动式成组立模灌注成型及 环型脱模工艺,自动磨边设备等.但性能比较稳定,目前产品有P— UAC实芯墙板,雷诺GRC多孔板 等.2.轻质复合墙板与钢框架 的连接
由于钢结构本身较好的变形性 能,所以这种结构形式有较好的抗 震性能.这就要求墙体材料应该具 有与钢结构变形的随动性能,即墙 板与结构的连接选用柔性连接构 造.安装时必须注意接缝设计和有 安装调节措施.注意制品和框架的 误差应有一个合理的配合关系构 造形式见图4 图4板式外墙与钢框架的连接节点 理
3.轻质复合墙板板缝的处 墙板之间的连接有刚性连接 和弹性连接.刚性连接以灌浆 或焊接的方式将墙板连接为一 个整体.在发生结构位移时,墙 板内会产生较大的应力,容易 导致墙体开裂变形.弹性连接 在接缝处采用弹性密封膏或弹 性垫.允许墙板之间有相对微 小位移.填塞板缝应选用好的粘接 胶.进口粘接胶的使用寿命能保 证30年以上,而国产粘接胶就很 难做到.板缝同时也是热桥生成 的部位,国外用一种枪将发泡剂 打入很窄的板缝内进行发泡,来 解决冷桥和防水问题.这一点我 们还有很多工作要做.减少板缝影响的措施还有将 预制墙板制作成大板形式.即一 个开间为一块板.其中预留出门 窗洞口.这样可减少现场湿作业 及现场拼装工作量,减少墙板接 缝和热桥的面积数量.但应在门 窗洞口应力易集中部位进行钢筋 网加强处理.另外.有的厂家还计划将多 层钢结构建筑的钢框架预制在板 内,钢构件与墙板施工现场一次 吊装.这种做法值得提倡,因为这 样既减少了墙板的接缝次数,又 解决了钢结构的防火问题.4.内外墙面的装饰处理 预制复合墙板.接缝处由于 受温度变化材料及填缝材料收 缩,结构受力后变形及施工的影 响,接缝处常出现变形和裂缝.因此,虽然墙板表面较平.但不 宜直接在其上作装修面层.实际工程中.常在墙板上抹 一
带玻纤网布的砂浆层,然后再 作装修处理.砂浆采用聚合物砂 浆,其配比为425号水泥:中砂: 弹性聚合物乳液=1:3:1;玻纤 网布选用耐碱玻纤网布.其指标 应满足以下标准:布重≥210g/ m, 断裂强度25mmX200mm布 条.径向≥625N.纬向≥625N.在严格按要求的材料施工 后,我们仍然在某些工程中发现 了裂缝现象.仔细研究后确认.裂缝的产生与玻纤网布的构造位 置有关.我们知道.玻纤网布在 砂浆中起软钢筋的作用,网布能 否正确发挥作用.其配筋位置十 分关键.而产生裂缝的墙体处.网布靠近了墙板.外面有l一3cm 厚的水泥聚合物砂浆层.这种作 法在水泥砂浆强度增长后会导致 面层开裂.合理的作法是在保温 层上先用弹性水泥砂浆抹3—5mm 厚.然后将网格布用铁抹子及时 压入砂浆之中.5.工程事例:济南艾菲尔 花园
小议高层住宅结构优化设计策略 篇6
关键词：高层住宅;建筑;结构设计
1.高层住宅结构设计现状
1.1住宅结构设计现状
多层建筑和高层建筑横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，结构设计越复杂，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有截面较大的柱子或者墙来承受竖向压力，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅结构越高，水平力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且水平荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大。高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振、扭转、水平侧向位移等。
1.2高层住宅结构设计影响因素
住宅越高，建筑结构的安全性就越来越要重视，设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平荷载、侧向位移、结构延性等。
（1）水平荷载。水平荷载包括风荷载和地震作用。一般来说，垂直方向的荷载只与楼房高度有关，但是水平方向的受力情况却比较复杂。例如，风荷载的大小和建筑物所在地的地貌及周围环境有关，与建筑物本身高度、形状及表面状况有关;地震作用同场地类别及本地区抗震设防烈度有关。所以水平荷载是影响住宅结构设计的主要因素。
（2）侧向位移限制和舒适度要求。在正常使用条件下，高层住宅结构处于弹性状态并且应有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用条件。过大的侧向位移会使主体结构出现裂缝甚至破坏，会使结构产生附加内力，会使人不舒服影响正常使用。所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。
（3）结构延性。高层住宅建筑在地震作用下允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰。这时结构进入弹塑性阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，同时必须保证结构的承载能力，结构不能破坏，这种性能称为结构延性。延性越好，抗震能力越强，要特别注意在构造上采取合适的措施，保证住宅的安全。
2.高层住宅结构设计优化
2.1选择设计结构方案
进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。可以遵循以下原则。
首先，根据相关建筑规则的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好结构与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，是结构尽可能简单明确，直接易懂，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。
其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构件，使各个构件能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。
最后，要积极与建筑专业进行互动交流。结构设计者往往对建筑的材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化，修改，最后设计出造价最低并且质量最好的结构方案。
2.2设计优化
在进行高层住宅结构设计优化时，首先是要对建筑工程进行基础设计，主要有结构承重体系设计，抗震缝的处理设计等，基础设计完成后，就可以开始进行优化设计了，在优化设计时，要注意以下几个方面：
（1）正确认识结构设计优化的重要性
现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构优化的设计，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，能经济合理的节能降材，从而降低工程造价。高层住宅结构设计优化，首先要仔细阅读建筑结构图纸，综合考虑各种因素的影响，经过反复优选等过程，达到设计优化目标，对原结构方案设计进行改进，合理进行构件布置，适当选择构件尺寸等，做到精益求精，最后提出优化建议。
（2）设计方案优化
这部分是设计优化的重点，不仅要进行抗侧力单元优化设计，还要进行框架结构优化设计。使设计符合抗震要求，在各项参数都符合规范要求的前提下，不断进行优化设计，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构两个方向刚度接近两个方向水平位移，达到最佳受力状态。
在设计时，首先要进行结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括剪力墙，筒体，框架等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。要注意实际结构与计算模型的偏差，因为计算机在计算的过程中，需要对模型进行假定，而实际结构错综复杂，所以计算值与实际结构会有差异，在通过计算值来选择结构时，要充分结合实际情况来分析。
其次进行框架结构优化主要是根据住宅结构平面，分析竖向荷载和水平载荷，核实实际情况，合理布置构件，选用合适材料，结合实际材料构造进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整结构设计。
（3）地基处理的优化
高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，地基处理造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。
（4）进行建筑材料的优化
优化建筑材料目的就是花尽量少的钱，做到经济安全、符合设计要求工程。这就要求在选择建筑材料时，要合理利用材料性能，根据不同的需求来选择不同的材料。实际上，因材料选择不当造成浪费的情况很多，设计时，要充分考虑这些因素。
3.高层住宅结构设计技术性优化
3.1剪力墙的技术优化
设计剪力墙的关键在于连接设计，对剪力墙的技术优化，可以提高建筑的抗震作用，保证建筑安全。在满足结构的刚度后，要从经济和抗力等因素全面综合的考虑，然后进行对抗侧力的布置，对抗侧力的布置不能纯碎的增加剪力墙的数量。剪力墙配置要遵循着均匀的原则，分布在周边，并根据水平位移的限值，尽量的保证最低量的剪力墙。
3.2结构耐久性技术优化
高层建筑的设计应该能在使用的期限内满足居住用户的要求，如果实际建筑没有达到设计寿命，则主要因素为设计结构中建筑结构问题，建筑结构的不合理会降低房屋的可靠性和使用寿命，所以在高层住宅建筑结构设计时，要充分的优化设计，让整体建筑结构符合要求，达到设计效果。
3.3结构设计中抗震性能的技术优化
在进行图纸设计的时候，要根据抗震标准进行设计，高层住宅的振型数不可低于8，尤其是建筑的结构层数越多，就需要增加其建筑刚度，就需要更高标准的振型数，让建筑拥有更好的抗震性能。
4.结语
总之，结构设计没有绝对最佳的标准模式，只有通过不断地探索、比较，去寻求相对的最优。因此我们每一个结构工程师应不断地追求尽善尽美的设计思想，不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计，用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。
参考文献：
[1]刘利峰.钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J].科技资讯，2012，（20）.
[2]陈颖.高层建筑结构优化设计分析[J].工程建设与设计，2010，（08）.
高层住宅钢结构设计探讨 篇7
本工程为某市一住宅小区结构设计工程, 该小区由9幢二梯八户12层钢结构住宅组成。建筑物的总高度37.35m, 每幢建筑物地上部分为12层, 局部有13层。地下部分为1层的地下室, 高度为4.2m, 作为停车场。地上部分其中1层为商铺, 高度为3.9m;层2~12则为居民住宅层, 高度为3m;而局部的存在13层, 为楼、电梯机房, 高度为4.5m。建筑室内外的高差为0.45m。每一幢建筑物的长度为54.6m, 宽度为17m。
2 结构、构件以及地下室设计
2.1 结构体系的设计
在我国, 大部分的高层钢结构住宅的结构体系均是采用钢框架—混凝土核心筒结构, 这种结构体系相比于混凝土结构具有构件尺寸小、结构自重轻以及抗震性能好等特点, 相比于钢框架—支撑结构具有侧移小、居住舒适度好以及耐火性能好等优点。因此本工程采用钢框架—混凝土核心筒结构, 不仅能够较好的实现本工程住宅结构的使用功能, 同时在本工程的底部可以作为大型商场, 地下室可作为停车场的作用。
2.2 结构平面和立面布置
在高层结构的设计中, 结构的平面形式和立面布置对工程的成本影响很大, 因此为了有效的做好工程成本的控制, 应从结构专业和建筑专业出发综合考虑, 做好结构平面和立面的合理设置, 并反复进行优化。在结构平面的布置上, 尽量确保柱网纵横两方向的对齐, 同时保证柱与柱的间距尽量相近。核心筒布置在结构平面的中心位置, 这样可以确保结构的传力简单。对于结构立面的布置, 应确保剪力墙、钢柱以及支撑能够连续布置, 不布置转换结构。对于结构的高宽比和核心筒的宽度应做到符合设计和规范的要求。
本工程结构平面布置较为规则对称, 立面结构刚度变化均匀, 核心筒布置在结构平面的中心, 因此结构的质量和刚度中心基本重合在一起。本工程在进行结构平面设计时, 应特别注意结构的扭转效应, 因此采取的设计措施为:在轴1~轴11处和布置一列单斜杆支撑, 同时在层1对应上部斜杆支撑位置布置1道剪立墙, 剪力墙的厚度为250mm, 这样的设计可以有效的提高层1核心筒的抗剪承载力, 从而实现平面扭转效应的控制。建筑结构的高宽比为2.19, 核心筒的高宽比为4.85。
2.3 主要构件设计
1) 钢管混凝土框架柱。通常情况下, 在钢框架-混凝土核心筒结构中, 应采用钢管混凝土柱作为框架柱。钢管混凝土柱中主要为钢材和混凝土两种材料。在混凝土的外围包裹着钢管, 钢管的作用使混凝土处于三向受压的状态, 因此混凝土的抗压强度得到了有效的提高, 同时也使混凝土具备了塑性的特征;而内部混凝土的存在, 提高了外围钢管的局部抗屈曲能力, 从而有效的确保了钢材的强度;钢管还兼作为框架柱的纵向钢筋、箍筋以及混凝土模板的作用。钢骨混凝土施工较为复杂, 而且尺寸较大, 而采用钢管混凝土框架柱, 能够有效的解决这些问题, 同时具有整体刚度较大、强度高以及稳定性强等特点。本工程所采用的钢管混凝土柱具体钢管型号和混凝土等级为:钢管的型号主要有三种, 分别为350×12, 350×10, 350×8, 钢材的强度等级为Q345B;而混凝土的强度等级有三种, 从高到底以次为C40、C35、C30, 根据荷载和部位的不同, 选择不同的钢管型号的混凝土强度。
2) 楼面体系。本工程采用的楼板为普通钢筋混凝土楼盖, 尺寸有两种, 分别为100mm厚和120mm厚的。采用抗剪栓钉将楼板和钢梁紧密的连接在一起, 从而形成组合楼盖的形式。地下室采用的钢筋混凝土楼板的厚度为180mm, 楼板和屋面梁所采用的材料为轧制H型钢, 钢梁的型号有较多, 有H450×180×8×12、H450×150×8×12以及HN248等。而地下室所采用的框架梁材料为钢骨混凝土, 次梁采用的则为普通钢筋混凝土。
3) 钢骨混凝土剪力墙。在本工程中, 经过结构整体计算, 在层1~4楼面钢梁与核心筒交接处布置有钢骨混凝土柱。在结构的整体计算中, 由于核心筒连梁的高跨比较大, 这会引起连梁抗剪强度的不足, 因此, 根据规范的规定, 应采用钢骨混凝土连梁, 在连梁内设置适当的钢骨, 从而提高连梁的抗剪承载力。而当在核心筒楼面处不存在钢骨混凝土连梁时, 应设置钢骨混凝土暗梁, 暗梁中钢骨的设计根据构造要求即可。
在剪力墙混凝土的浇筑施工时, 连梁和暗梁中的钢骨会给施工造成一定的影响, 因此为了减小这种不利影响, 采用窄翼缘钢梁作为连梁和暗梁中的钢梁。窄翼缘钢梁的面积主要集中在腹板, 这样可以有效的提高钢骨的抗剪能力。在本工程中, 所采用的连梁钢骨的型号有两种, 分别为H400×75×10×10、H300×75×10×10, 而采用的暗梁钢骨的型号则为HN150。底部核心筒的周边墙厚最大, 为350mm, 而上部最小, 则为200mm, 内墙墙厚则从下到上均为200mm。
4) 围护结构设计。在结构的工程造价中, 围护墙的造价占有很大的一部分, 因此应尽量采用较轻的墙体材料, 同时减小墙体的厚度, 同时填充墙的强度直接影响着维护结构的安全。在进行围护墙材料的选择时, 应尽量满足容重小、强度高、隔音效果好等。经过各种可行材料的综合对比, 本工程采用的内隔墙材料为蒸压加气混凝土砌, 而外墙和卫生局隔墙的材料则为混凝土空心砌块。
2.4 地下室和基础设计
在进行地下室的设计时, 根据规范的相关要求, 基础埋深、钢管柱脚埋深等各方面都有相应的构造要求, 同时综合考虑地下室的工程造价和建筑的使用要求等, 笔者认为在高层钢结构住宅结构适当的修建地下室不仅能够满足建筑的使用的要求, 同时也能实现一定的经济效益。
对本工程施工现场的地质情况进行勘察, 根据所得地质勘察报告, 可以知道本工程的场地地质条件较好。本工程如果采用浅基础的话, 可以采用建筑室内地面以下2m左右的土层作为基础的持力层;而如果采用深基础的话, 可以采用建筑室内地面以下8m左右的土层作为持力层。本工程场地地质情况均满足浅基础和深基础的条件。经过分析, 本工程在地下设一层地下室, 基础则采用静压预制管桩。
3 结论
从工程实施效果表明, 钢结构具有强度高、自重轻、塑性好、结构可靠度高以及密封性好的特点, 逐渐被广泛地应用到高层住宅结构中。
参考文献
浅述钢结构住宅结构体系 篇8
1) 钢框架与砼筒体 (墙体) 的混合结构体系;2) 钢框架加支撑的结构体系;3) 钢框架与预制砼墙体的框剪结构体系;4) 纯钢框架结构体系;5) 错列桁架结构体系;6) 轻钢龙骨结构体系。
1.1 钢框架与砼筒体 (墙体) 的混合结构体系
钢———砼混合结构的平面布置一般为楼电梯或卫生间采用钢筋砼, 形成主要的抗侧力结构, 而外周的框架则采用钢框架。此结构体系将钢的强度高、重量轻、施工快和砼的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机地结合起来, 外周梁柱连接一般采用刚性连接, 而楼面钢梁与砼墙则采用铰结。
1.2 钢框架支撑体系
对多层及小高层建筑, 可以建筑的外墙, 结合门窗位置布置双向交叉支撑, 支撑采用角钢、槽钢或圆钢, 可按拉杆设计, 而且在轻钢结构中, 支撑也未必自下而上同位置设置, 也可跳格布置, 其目的主要是增加结构刚度。当外墙开有门窗时, 也可在窗台高度范围内布置, 形成类似周边带状桁架的结构形式, 对结构整体刚度进行加强。对高层住宅, 可选择山墙和内墙布置中心支撑或偏心支撑, 值得注意的是, 当采用单斜杆体系时, 应设置不同倾斜方向的两组单斜杆, 以抵抗双向地震作用, 在节点方面, 若支撑足以承受建筑物的全部侧向力作用, 则梁柱可部分或全部做成刚接。
1.3 钢框架———预制砼墙体
该体系一般在预制砼墙体中均埋有钢板支撑, 只在支撑点处与钢框架相连, 且砼墙板与框架梁柱留有空隙。从受力上讲, 它仍是一种支撑, 但其特点是内藏钢板按强度控制设置, 不考虑屈曲。
对砼墙体应双面配筋, 且应布置拉结筋, 在钢支撑端部范围内, 应设置构造加强筋, 如采用梅花筋、螺旋筋、钢箍等。这种体系受力性能好, 支撑构件相对较经济, 且能与隔墙布置相结合。但现场安装比较困难, 制作比较复杂。
1.4 钢框架结构体系
该体系受力明确, 它的延性好, 抗震性能也是最好的。其使用灵活, 制作安装简单, 施工较快, 但为抵抗侧向力所需梁柱截面较大, 一般多用于6层以下的多层建筑, 且一般情况下, 梁柱节点应采用刚接。这种体系用于高层建筑经济性较差, 但用在双向开间较多的多层建筑, 用钢量并不多。在日本60米以下的钢结构大多采用此结构体系。
1.5 错列桁架结构体系
该体系产生于20世纪60年代, 由美国麻省理工学院首先提出, 并成功用于多个公寓及旅馆建筑中。
该体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成, 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, 所以非常适合住宅、旅馆建筑各单元的灵活布置要求。这种体系的用钢量可较框架结构减少30～40%, 因此该体系是一种经济、实用、高效的新型结构体系。
1.6 轻钢龙骨结构体系
该体系主要用于中低层住宅或别墅, 大致可分为两类, 一类为以冷弯C型钢组成的龙骨体系, 另一类以小型热轧型钢组成的龙骨结构体系。
2 柱形式
柱形式一般有:圆钢管砼;方钢管砼;方钢管;热轧H型钢;钢骨砼。
圆钢管砼:其主要优点是受力性能好、小柱截面、耐火性能好、易加工。对于该柱一般不控制其轴压比, 而控制其长细比, 以使柱具有必要的延性, 要求延性系数大于5.0时一般控制其长细比L/D小于8.25即可。如层高小于2.9米, 梁高取400, 钢管取300, 则L/D=8.3, 延性可满足。若层高大于2.9米, 建议钢管直径取为350。
方钢管砼:其主要优点是便于梁柱连接、耐火性能好, 虽受力性能较圆钢管略差, 但受力性能及刚度仍较H型钢柱为佳。该柱的延性与轴压比、长细比、含钢率、钢材屈服强度及砼抗压强度有关。
对该柱, 一般应控制其轴压比。如长细比λ=30, 含钢率α=0.2, Q345钢材Fy=345Mpa, 容许轴压比[n]=0.889, 则可保证柱子的延性系数大于6.0。对C40以上砼, 轴压比应适当加严。
在钢管砼中, 若采用高强钢管砼, 可节省钢、砼用量50%以上, 并大幅减轻结构自重;若采用耐火耐候钢, 防火涂料可省一半以上;若有多层地下室, 地下部分还可采用逆作法施工, 省去大开挖所需可观的岩土工程费用, 更重要的是还可缩短施工工期3～9个月, 综合经济效益巨大。
方钢管:其主要优点是便于梁柱连接, 双向受力性能较好, 抗扭能力强;缺点是耐火性能差、不易加工、节点连接困难, 若无成品钢管, 焊接工作量较大。
热轧H型钢:其主要优点是材料供应充分, 加工制作方便, 连接简单;但弱轴方向刚度较差, 若满足强柱弱梁要求, 柱尺寸要增大许多。
钢骨砼:其主要优点是耐火性能更好, 无需做防火处理。较热轧H型钢、方钢管用钢量省, 能节省材料造价;但施工复杂, 周期长。
3 墙体材料
为体现高层钢结构住宅的优越性, 减轻结构自重, 外墙体一般采用轻质复合墙板, 与梁柱的连接方式, 主要采用外挂式。
外墙材料主要有高密度水泥纤维板、墙用PVC板、轻质加气砼板材、蒸压轻质加气砼 (ALC) 板、GRC板、预应力空心墙板、钢丝网水泥夹心板等。前两种国内基本未生产。
内墙材料一般可采用加气砼砌块, 也可采用纸面石膏板、纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、预应力空心墙板、GRC板、钢网泡沫塑料墙板、纸面稻草板、定向刨花板等。
墙用保温隔热、隔声材料一般采用玻璃丝棉。
墙用防水材料种类较多。国外一般采用单向透气透水的防水纸, 国内未具备生产能力。
4 楼板体系
钢结构住宅中, 楼板体系一般有以下几种:压型钢板砼组合楼板、预制砼叠合板、现浇钢筋砼楼板
1) 压型钢板砼组合楼板:
由于要满足楼板1.5小时的防火要求, 其上须浇80厚的砼, 采用蝶型压型钢板楼板总厚度将达130～150m m, 且用于居住建筑时, 室内需另加吊顶, 如采用劲扣式的压型钢板楼板厚度可减为110mm, 对钢结构住宅可采用bardeck的BD-40型劲扣式压型钢板, 其肋高仅为40m m, 且内口封闭, 不需要再做吊顶, 仅需在缝隙处加贴绷带即可。由于组合楼板担负着传递水平力的作用, 故而钢梁与压型钢板连接处应设置必要的栓钉, 设计时考虑钢梁与楼板的组合作用, 可显著提高梁的承载力及稳定性, 有效降低梁高。但组合楼板应满足计算标准化撞击声压级小于75dB的要求。楼板的隔声要求在住宅的设计中已显得日益重要。
2) 预制砼叠合板:
砼叠合板就是将现浇结构根据使用要求和制造时的受力特点改为预制的单个构件和现浇部分, 其中预制的单个构件在工厂制造, 然后将其运至现场装配, 再在其上浇捣现浇砼, 从而形成叠合装配整体结构, 这种结构的主要优点是:机械化程度高、工期短、可采用预应力技术及高强度钢材、预制部分体积小、重量轻、运输吊装方便;但预制部分的砼与现浇砼存在龄期上的差别, 两者之间存在收缩应力, 且板缝之间易于出现裂缝。
3)
现浇楼板采用工具式支撑楼板, 其优点是整体性好、装修方便、但模板较费, 钢筋与钢梁的连接和构造比较复杂, 且施工周期较长, 同时为保证砼楼板与钢梁的共同作用, 钢梁上翼缘也必须设置必要的栓钉。
5 梁柱节点及柱脚节点
在钢框架———砼筒体和钢框架加支撑体系中, 梁柱节点均可采用铰接、刚接或半刚接, 在高层钢结构住宅中, 为保证砼筒体开裂后, 钢框架仍有足够的承载力, 一般外围的钢框架采用刚接, 而楼面梁与砼筒体则采用铰接。结构布置时, 一般将主轴设置在钢框架平面内。梁柱采用刚接时, 应满足强柱弱梁的要求。大开间住宅要满足此条件, 柱子尺寸会比较大, 因此在可能的条件下, 外围柱子应尽可能采用小开间, 从现有的工程情况来看, 结构布置时, 除将楼电梯间设成筒体, 还可将卫生间布置成砼筒体。至于钢柱脚的连接方式也可采用铰接或刚接, 对多层和小高层及地下层数较多时可采用铰接, 但应考虑柱脚在地下部分的防腐;而对高层住宅, 柱脚宜采用刚接。《钢框架核芯筒住宅建筑体系技术导则》中推荐了几种连接方式。复杂节点设计可采用ansys等软件分析, 并辅以模型实验验证。
另外, 高层及小高层住宅多采用条形挂板或整开间外挂大板, 但必须注意接缝设计和有安装调节措施。对于高度不太高的建筑 (18米以下) 可通过钢梁与板构件上的预埋件焊接加以解决, 对于高度大于18米的建筑, 除应将接缝处板预埋件与钢梁焊接外, 板中还应设勾头螺栓与钢梁拉接。
6 钢结构住宅的防火要求
根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定, 19层以上的住宅防火等级为一级, 构件的耐火时间要求为柱:3小时、梁:2小时、楼板:1.5小时;19层以下的住宅防火等级为二级, 构件的耐火时间要求为柱:2.5小时、梁:1.5小时, 楼板:1.0小时。对防火涂料而言, 一般薄型防火涂料的耐火时间不超过1.5小时, 超过1.5小时应采用厚型防火涂料。钢构件的防火可采用外包砼 (或砖砌法) 、防火涂料、防火板包覆和复合结构等多种方式, 防火板又可分为防火厚板和薄板, 防火厚板厚度为20～50mm, 主要有硅酸钙防火板和膨胀蛭石防火板, 主要品种有KB板、GF板;防火薄板厚度在6～15mm之间, 主要品种有短纤维增强水泥压力板、纤维增强的普通硅酸钙板及玻璃布增强无机板。对型钢柱子, 因柱子的防火要求较高, 一般采用外包砼 (或砖砌法) 、厚型防火涂料、防火厚板和复合结构几种方式, 0.000以下应采用外包砼的方式, 当采用防火厚板包覆时, 大多数情况下4～5cm的板厚可满足3小时的要求, 当采用复合结构防火时, 钢梁钢柱经厚型防火涂料涂覆后用防火薄板作为装饰面板。
钢管砼的耐火性能较型钢柱有很大改善, 且钢管直径越大, 耐火时间越长, 反之直径越小, 达到相同耐火时间所需防火涂料厚度愈厚, 深圳赛格广场的试验及工程实践的数据表明, 直径500的钢管砼防火涂料厚度为15mm即可满足3小时的耐火时间, 而对直径300mm的钢管砼柱, 防火涂料厚度则需25mm。钢梁的防火可采用H型钢翼缘内填充加气砼砌块, 再用金属网抹25厚蛭石砼包覆, 也可采用防火板或防火涂料, 考虑住宅的特殊性, 一般配合装修应采用防火板包覆。
随着冶炼技术的提高, 为适应市场的需求, 多家钢铁企业开发成功了耐火耐候钢。它是通过的技术, 使钢材含有特定的成分 (如加钼等) , 使其表观结构及金相组织发生变化, 从而具有特定的耐火性和耐候性。该钢的耐候性为普通钢的2～8倍, 耐火性可使钢材在600度时屈服强度下降不大于1/3, 使用耐候钢可减少防火涂料1/3, 省去防锈漆, 节约综合成本30%, 但其价格仅比普通钢材增加10%, 综合效益显著。因此耐火耐候钢具有更广阔的发展前景, 应提倡推广应用。
7 钢结构住宅的经济性
钢结构住宅的经济性是阻碍其发展的最大障碍。根据现有水平, 钢结构土建造价要比钢砼住宅高10%～20%左右, 但钢结构较砼结构在基础造价上可节约30%, 且钢结构住宅的得房率较砼住宅高7%～10%, 此外钢结构的施工工期也可减少约30%以上。综合考虑, 钢结构住宅造价大致可与砼住宅持平, 特别是随着房屋层数的增加, 钢结构更能体现其优越性。对于北方地区, 钢结构住宅更能节约节能费用8%。并且住宅到寿需拆除时, 钢结构比砼结构住宅的循环利用价值更高。所以对钢结构住宅的经济性应综合衡量, 工期缩减、使用面积增加、银行贷款利息减少等因素决定了钢结构住宅的有利经济性。根据现有的工程经验, 一般9～14层的钢结构住宅的土建造价约1100～1500元/m2左右, 型钢用钢量约40～50kg/m2左右。
8 需要进一步明确的技术问题 (高层住宅)
钢结构住宅设计技术浅析 篇9
1概述
我国传统住宅就结构体系而言, 主要以砖混、钢筋混凝土结构为主, 其结构自重大, 进深和开间相对较小, 同时目前我国现行粗放的建设方式质量问题多, 施工现场管理流于形式, 施工现场以湿作业为主, 生产效率低下, 建设周期长, 且能耗高。因此, 我国建筑领域的现状使得建筑工业化的需求越来越紧迫, 同时我国钢材产量突飞猛增, 由此发展钢结构住宅顺势而生, 相比其他住宅结构形式, 钢结构住宅存在以下优势。
1) 钢结构装配住宅体系柱截面减小, 复合墙体减薄, 增加户内使用面积。
2) 大开间、大跨度, 有利于功能、空间的灵活布置。
3) 钢结构体系有良好的抗震性能。
4) 钢结构构件一般都在工厂里制造, 构件精度高, 隐蔽工程较少, 便于质量控制。
5) 管线布置方便。
6) 运输、安装工程量减少, 提高施工效率, 施工周期缩短30%~50%, 大大提高资金周转率。
7) 钢结构装配住宅体系符合建筑节能环保的要求。
但是由于目前推广力度不够, 同时钢结构住宅的技术研发投入不足, 其配套产品、材料和技术系统性、全面性严重不足, 尤其是户型设计与结构体系不配套, 使得钢结构住宅的性能目前仍存在缺陷。本文针对钢结构住宅户型设计要点、配套墙板等进行分析和调研, 可供钢结构住宅设计者参考。
2钢结构住宅的优缺点
2.1优点
1) 钢结构框架体系与围护体系完全分开, 相互独立, 围护墙体可以根据需要设置, 建筑空间处理的灵活性大大高于以墙体承重为主的传统住宅 (见图1) 。
2) 因为钢结构大开间、大跨度的特性 (跨度可达到5~8m) , 使室内的结构承重构件减少, 分隔空间的隔墙可任意拆改, 方便后期改造。
2.2不足
1) 受结构体系的限制, 做成钢筋混凝土框架结构中的异型柱很困难, 钢柱截面通常会大于墙体宽度。钢柱如果突出墙面之外, 会影响室内空间形状的完整性及家具摆放。
2) 框架梁会降低室内局部空间的净高, 影响室内功能空间的划分。
3) 钢框架结构考虑抗震而设置的侧向支撑会限制功能空间在围护墙体上门窗洞口的开设。
3钢结构住宅户型平面及空间设计要点
根据钢结构住宅的特点, 研究并设计了一系列的钢结构住宅平面, 坚持集成化设计的基本原则, 建筑、结构、设备、精装各专业密切配合, 达到平面及空间使用上最大限度的无障碍性。
3.1户型设计的标准化、模数化
推进住宅产业化的核心是要实现住宅设计的标准化、模数化。钢结构住宅的结构构件尺寸、预制楼板的模数等因素对户型模数化设计会产生一定的影响。
3.2土建装修一体化设计
土建设计与精装修设计同步进行, 对土建设计和装修设计统一协调, 可以更好地实现设计的标准化与模数化, 减少浪费, 提高工作效率。
土建装修的一体化不但能够隐藏暴露在外的结构构件, 还可以避免居民入住后有可能对结构构件造成破坏, 尤其对于钢结构构件防腐、防火保护层等易受到损坏的部分。
3.3钢结构住宅的结构体系对户型平面的影响
钢结构住宅户型建筑结构布置应方正规整, 只有这样才能发挥出框架结构的优势。不同层数、不同建筑高度的钢结构住宅与之相适应的结构体系是不同的;相同建筑高度、层数的户型因为核心筒位置不同, 对结构形式会产生一定的影响;同一户型如果采用不同的结构形式对建筑户型也会产生不同的影响。
为提高净空利用率, 保证室内空间完整连续性, 可采用隐梁式结构体系, 即将楼板搁置在钢梁下翼缘, 钢梁高度充分利用楼板厚度及建筑面层做法, 可使室内无梁, 同时减少钢梁外露, 降低防火防腐造价。但此种做法存在一定局限性, 首先室内不采用地暖等要求较厚的面层做法时, 楼板及建筑面层总厚度一般在200mm左右, 根据钢框架跨高比, 结构跨度无法做到大空间大开间, 甚至在建筑进深方向无法满足要求;其次造成了楼板不连续, 同时影响楼板上层钢筋、设备管线布置, 需在钢梁腹板穿洞解决, 影响结构整体性, 对抗震不利。
3.4合理调整结构梁、柱与室内功能空间分隔的位置关系, 以保证主要空间的完整性
1) 在户型设计中结构梁柱尽量布置在公共空间, 减少对住宅户内的影响。
2) 结构梁柱和室内墙体位置尽量重合, 避免在室内空间中暴露框架结沟。
3) 隔墙置于框架梁柱的一侧, 保证主要空间 (如起居室、卧室) 完整性, 将梁柱尽量突出于次要空间中 (如厨房、卫生间、储藏室等) 。
4) 结构梁柱可以和精装修相结合, 将梁柱隐藏于吊顶或固定家具中 (如衣柜) (见图2) 。
3.5钢结构框架结构体系可以更好地实现填充体部分长期维护性设计
钢结构的围护体系和结构体系完全分开, 从根本上杜绝了因为运行中的装修、改造、维护等活动对建筑主体安全的影响, 减少或消除在结构体中的各种管线预埋。户型设计中可以通过在墙体内设置管道夹层、线路夹层、管线吊顶内明装等方式将设备从结构体中解放出来, 充分实现在建筑全生命周期各个阶段的施工可视、质量可控、部品可换的目标 (见图3) 。
4墙体系统
钢结构住宅墙体系统中基层墙体可供选择的有砌筑类墙体、单板类墙体、工厂预制复合墙板和现场组装复合墙板。针对目前市场上常用的几类外墙体进行了市场调研。
4.1加气混凝土砌块、条板
这两类产品均为标准化生产, 构件尺寸固定, 目前市场生产厂家主要有北京金隅、天津住总、南京旭建等企业。
4.1.1加气混凝土砌块
目前市场此类产品较多, 且生产工艺简单, 造价低, 并且具有良好的防火、抗震性能。但采用此类墙体在施工过程中存在大量的现场湿作业, 传统砌筑时施工速度慢, 与钢结构装配化施工作业以及产业化基本理念相违背。同时现场湿作业造成的潮湿环境使得钢结构工程不耐腐蚀的问题凸显, 往往造成钢构件表面锈蚀, 需要进行二次处理, 且处理效果不理想。
混凝土砌块用于外墙时可采用框架柱完全内嵌、部分内嵌及外包形式。外墙保温一般采用砌块外贴形式, 如利用砌块本身材料进行保温隔热, 则墙体厚度较厚, 且在梁柱、楼板等位置需特殊处理。
4.1.2加气混凝土条板 (ALC板)
ALC板能够与钢框架灵活连接, 可采用外挂式也可采用内嵌式。一般标准板材宽600mm, 单板长度、厚度有多种尺寸, 也可根据工程实际进行定做。外墙防水可采用材料防水或构造防水 (见图4) 。
此类板材可在现场实现装配化施工, 墙板可竖向或横向搁置拼接, 但因数量较多, 拼接工作量大, 且大量的拼接缝易造成防水隐患。由于板材两边交界处形状复杂不易加工, 所以墙板的横竖缝会优先竖缝做成企口式构造防水, 横缝只能靠嵌缝材料保证防水性能, 但嵌缝材料很难保证设计使用年限内的防水性能。另外由于此类墙板本身强度的限制, 难以生产大板式墙板, 目前已经有企业在研发此类墙板, 如再将保温装饰一体化板作为外墙保温装饰材料, 将会是一种非常适宜钢结构体系的墙板, 具有良好的发展前景。
4.2大板式复合墙板——太空板
太空板是由钢 (混凝土) 围框、内置桁架与发泡水泥芯材及上下面层复合而成 (见图5) 。其板规格为整开间整层高大板, 需根据设计图纸预订加工生产, 因此要求建筑外墙轮廓尽量规整, 以减少板材的规格种类。墙板采用外挂做法, 目前没有转角板产品, 外墙阴阳角位置需要特殊处理。
此类墙板最大优势在于生产制作过程在工厂内完成, 减少现场工作量, 同时板材的尺寸与结构框架相对应, 方便安装。但如外面未考虑模数化、标准化设计, 会大大增加墙板种类, 提高成本造价。目前市场还未大量应用, 同时需根据建筑平面和空间尺度进行预订加工, 因此还无法实现工厂化大批量生产。
4.3金属面夹芯板——佳合板
佳合板是由外表面的金属压花板和保温绝热材料复合 (或浇筑发泡) 而成, 属保温装饰一体化板材。外层采用铝合金板、镀铝锌钢板等金属面板, 根据需要表面涂装不同颜色的涂料 (见图6) 。此类墙板可以与其他外墙板复合使用, 但其自身强度无法抗风, 不能独立作为外墙板使用, 需另设龙骨才能达到强度要求。
4.4轻钢龙骨复合墙板——金邦板
金邦板采用轻钢龙骨作为墙体支撑骨架, 内外挂石膏板或水泥刨花板, 中间填充保温岩棉, 并在保温层外侧设防潮层, 最外侧挂装饰板 (见图7) , 是一种集功能性、装饰性为一体的复合外墙材料, 应用较为广泛。其具有良好的保温隔热性能和防止雨水渗漏功能, 并且外饰面板与墙体骨架相对独立, 可以自由选择不同风格与类型的装饰面材, 另外在建筑使用期内维修保养相对有利, 可进行局部更换。
金邦板所有材料需在现场进行拼装, 虽无现场湿作业, 但其墙体材料生产加工的准确性要求较高, 现场施工安装也较为复杂, 现场工作量加大, 不符合产业化施工模式。
4.5汉德邦CCA板整体灌浆墙——纤维水泥板灌浆墙体
汉德邦CCA板整体灌浆墙是以汉德邦CCA板作为面板, 用轻钢龙骨作为立柱, 在其空腔内泵入轻质灌浆材料而形成的复合整体式实心墙体。汉德邦CCA板是以纤维素水泥、砂、添加剂、水等物质为主要原料, 经混和、成型、加压、蒸汽养护等工序形成, 不含石棉及其他有害物质, 具有防火、防水等优良性能的新型轻质环保板材。
此类墙板具有轻质高强、抗震性能好、防火性能好、管线铺设便利等优点, 但仍需在现场进行灌浆, 存在湿作业, 同时其作为外围护墙体仅填充发泡混凝土, 无法满足北方居住建筑的节能设计要求。
从以上调研结果可以看出, 目前市场上的外围护墙体均存在一定的局限性, 不能完全适应装配式钢结构产业化体系, 因此研发适合钢结构住宅产业化要求的新型墙板迫在眉睫。大板式复合墙体制作过程全部在工厂内完成, 现场工作量大大减少, 简化了现场施工流程, 符合产业化的施工模式, 另外若同时与保温装饰一体化板复合, 将会大大减少现场施工工作量, 并能更好地保证外围护墙体的各项性能。
5结语
总体而言, 充分考虑钢结构的特点进行合理化设计, 是目前钢结构住宅设计的一个重点内容, 但目前钢结构住宅的户型设计与钢结构的特点并不适宜, 是钢结构住宅的缺陷, 因此如何做好钢结构住宅户型设计将是下一步研究的重点。
钢结构住宅结构设计 篇10
钢结构住宅是现代建筑中综合考虑美观和效益而得到广泛应用的一种建筑结构形式, 与其他材料相比, 钢结构在功能、施工以及综合效益等方面都具有一定优势, 是可以重复利用的绿色环保材料, 适合作为目前住宅发展大力推广的新形式。但是, 在钢结构住宅结构的设计施工中仍存在着一些问题。
2 钢结构住宅结构设计的现状
2.1 钢结构住宅的定义
钢结构建筑体系的主体结构体现在一般分为钢框架结构体系 (见图1) 、钢框架核心筒结构体系、钢框架-支撑结构体系 (见图2) 、钢框架-剪力墙结构体系、交错桁架结构体系和轻钢结构住宅体系。
2.2 钢结构住宅的主要特点
一般情况下, 在梁高相同的条件下, 钢结构的开间要比混凝土结构的开间大50%左右, 所以钢结构体系的建筑布置可以更加灵活, 为住宅空间的搭配提供了很大的自由度。这种大自由度与高建材强度的结合基本就是钢结构住宅的最大优势[1]。
根据实际情况, 在某住宅小区的结构前期设计方案中, 混凝土结构和钢结构综合体系的比较下, 得出以下结论 (见表1) 。
通过该比较可以看出, 虽然钢结构在具体应用中造价成本较高, 但是造价比和建筑重量等因素都远远超出单纯的混凝土结构。在经过详细的论证之后, 钢结构的应用被通过, 以下是该小区的钢结构住宅的最终设计方案。
2.3 钢结构住宅在河北省具体可行性
目前, 河北省的建筑行业发展还比较粗放, 要达到节能减排、保护环境的要求, 就必须进行住宅的统一产业化, 钢结构住宅所需钢材一般都是产业化生产, 符合建筑业产业集群和保护环境节能减排的要求, 能成为住宅产业化发展的有力推动技术。
钢结构住宅的另一个优势是施工工期较短和施工所需人员少, 有效地节约了劳动成本和劳动力, 为经济发展转型做出了较大贡献。
3 钢结构住宅设计中遇到的具体问题以及解决策略
3.1 钢结构住宅的设计规范
根据2001年原国家建设部印发的《钢结构住宅产业化技术导则》, 钢结构住宅在初期设计的过程中, 应该遵守以下规范。
1) 总体设计方面:钢结构住宅建筑应该满足标准化、定型化、多样化和通用化的原则, 在钢结构住宅的各部分设计中应该严格做到模数协调, 在总体设计方面追求钢结构建筑的建筑、结构、水电暖气综合设计的原则。
2) 平面设计方面:应该充分体现钢结构设计的系列化原则, 充分适应钢结构构件的标准化设计和标准化应用, 要做到标准化与多样化组合的结合, 实现多样模块化以应对多种建筑情况, 考虑梁、柱、楼板等实际情况进行钢结构设计中的模块化设计, 充分适应钢结构住宅个性化、多样化和可操作性的需要。
3) 竖向设计方面:楼板构造的选型应该充分考虑到受力、隔音和管线布置等要素来合理确定层高, 在管线铺设方面应该尽量使用空闲的空间来集中铺设管线, 易于管线的维修管理等。
4) 围护结构方面:围护结构应该对抗震性能和连结性有较高的要求, 围护结构的墙体应该采用轻质且高强的墙体, 确保隔热、保温、隔音、防水、防火和防裂等各方面的综合性能, 对墙面涂料也要有较高的要求[1]。
3.2 钢结构节点的设计
一般情况下, 铰接点的形式较为简易, 施工也较为方便, 但是它会使梁跨中弯矩加大, 从而增加建筑的钢材用量, 刚性节点形式复杂, 但是对钢材的利用有所节约, 与之相比, 半刚性节点由于其复杂的受力特性, 应用较为罕见。根据实际情况调查, 在选用钢结构进行住宅建筑的企业中, 半刚性节点的应用率仅为10%, 说明它的技术还需要进一步提升。
3.3 钢结构建筑墙体材料的选用
钢结构的特点是轻便、灵活, 所以在墙体材料的选择方面, 要符合其特点, 不适合采用黏土砖等质量较大的材料, 而应该采用空心混凝土砌块、加气混凝土和压型钢板与轻质保温材料组成的符合墙体或者CS板、OSB板等。这些轻质材料的防水和放渗透能力都比较好, 保温效果也很好, 施工较为简便, 作为建筑墙体的强度也足够。在墙体设计的过程中, 要注重对连接件的详细参数有所规定, 以减少施工的复杂程度, 从另一个方面来说, 详细的参数也有利于提高设计的精确性。
3.4 钢结构建筑中的厨卫设计
厨卫设计在钢结构设计中占有很重要的地位, 其重要的原因是因为厨卫设计比较考研钢结构设计的钢材防腐蚀和防水能力, 钢结构住宅设计中, 结构防水比较实用, 框架结构体系要把卫生间和厨房放到核心筒内, 其他的结构体系则需要根据工程的实际情况来决定。
3.5 钢材的防火问题
钢结构虽然有着各种优点, 但作为一种常见的金属, 它必须要考虑防火、防水和防腐蚀的问题, 钢材的耐腐蚀性、耐热性都比较差, 一旦被热源、腐蚀源或者水源靠近太长时间, 就极易产生问题, 对钢材的承载能力产生一定的损伤。以一般的建筑用钢材 (Q235或a345) 为例, 在全负荷的状态下, 失去静态平衡稳定性的温度极值大约500℃, 在300℃以上时就会产生一定危险, 如果在发生火灾的情况下, 火场温度大约800℃以上, 钢材结构远远达不到防火要求。
钢材防火措施中较为常用的是防火涂料或者在外面包裹混凝土等, 而事实上这就丧失了钢结构本身的优势。合适的钢结构住宅的防火措施可以分为主动防火措施和被动防火措施, 主动防火措施一般有防火探测和警报系统、消防喷淋系统 (气体、液体、泡沫灭火) 、防火隔离区等, 而被动防火措施则主要利用各种技术对钢材的防火性能进行强化, 一般情况下有以下几种形式:使用外包保护层对钢材进行保护使其耐火性增加的外包法, 外包法一般有实体外包 (如混凝土外包) 或者板材外包 (如防火石膏板外包) 等;利用膨胀材料使钢材在受热时材料产生膨胀, 以形成一层耐火保护层;将钢材设计成空心注水也是防火的良好方法, 可是这种方法的造价和技术要求都比较高, 不适合广泛应用;或者把钢结构屏蔽在耐火材料建造成的墙体中, 但是这会导致建筑的有效使用面积有所减少[3]。
3.6 钢材的防腐蚀和防水问题
钢材防腐蚀和防水的问题重点都在于在某种环境下保护钢材不受极端环境的影响, 从而产生恶劣的形状变化, 所以两者之间有一定互相参考的元素。
钢材本身在酸性或者化学气雾的情况下容易受到腐蚀, 从而影响建筑的质量安全, 在成本允许的情况下可以采取特殊耐候钢, 但更多的情况下, 还是要采取一定措施来降低建筑成本。
4 结语
住宅设计中钢结构住宅是建筑结构设计发展的趋势, 目前, 钢结构住宅设计中仍然存在着各种各样的问题需要广大的建筑工作者进行研究和探索, 并在实践中不断发展钢结构住宅结构设计的理论水平和实践水平, 为我国建筑行业的更好发展和建筑质量的提高打下坚实的基础。
摘要：钢结构住宅在现代注重建筑安全的大环境下应用越来越普遍, 其设计方式和设计理念也跟随着建筑科学的进步有了较大的改善。论文探讨钢结构住宅的几种主要设计方式和在这些设计中出现的各种问题, 探讨在现代建筑科学的情况下所能给出的解决策略。
关键词：钢结构住宅设计,住宅设计问题,钢结构设计
参考文献
[1]范鹏飞.钢结构住宅的特点、结构体系与发展应用[D].杭州:浙江工业大学, 2011.
[2]詹瑜.钢结构住宅发展现状及效益分析[D].广州:华南理工大学, 2012.
钢结构住宅内隔墙系统的应用现状 篇11
关键词钢结构;住宅;内隔墙系统
中图分类号TU391文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0042-01
钢结构住宅优点众多、随着国家相关政策、建筑理念的推动发展和设计、制造、施工水平的提高,成为快速发展的一种住宅结构体系。但由于钢结构住宅与常见的砌体和钢筋混凝土结构住宅在技术性上有较大区别,也使其应用发展受到一定制约。本文主要介绍目前国内多高层钢结构住宅采用的内隔墙系统及存在的问题,供高等院校学生及工程技术人员参考。
1内隔墙健康住宅原则——安全性、耐久性、灵活性原则
钢结构住宅的内墙应尽量采用非承重轻质隔断墙,其主要功能是将使用空间分隔开来,同时它必须符合下列原则:
1)内隔墙材料及构造做法应满足居住建筑各项物理环境性能标准,强度和防火安全要求,特别是作为防火分区的隔墙,必须确保墙体耐火极限要求。2)固定墙体如分户隔墙、楼电梯间及走廊等公共部分墙体,应满足建筑物耐久年限的要求,厨房卫生间等有水房间墙体应具有防水功能,在使用年限内不应发生渗水、漏水现象,墙体材料不应霉变、老化。3)分户墙的选择应在安全可靠,隔声效果达标的基础上尽量选取轻质耐久的材料;内隔墙应优先选用质轻、高强、拆装方便的材料,墙内走线应灵活可变。
2适用于钢结构体系住宅的内隔墙种类
2.1轻型砌体
可用作内隔墙的砌体材料很多,包括混凝土空心砌块、石膏砌块、加气混凝土砌块、轻集料混凝土小型空心砌块等等。轻型砌块的施工做法在我国应用较为广泛,相应的构造图集全面而详尽。由于采用水泥砂浆砌筑,墙体整体性能较好,通常都能满足建筑防火及隔声要求,管线埋设采取在墙上剔槽埋管的方式。为保证砌块间不开裂,一般在墙体两侧加一层玻纤布(或钢丝网)以加强整体性。
2.2一次成型板材
作为内隔墙的板材通常为具有标准宽度、整层高度的预制板。板材类型包括单一材质墙板和预制复合墙板。
单一材质墙板有挤出型机制混凝土多孔条板、蒸压加气混凝土板、石膏空心条板、真空挤出成型纤维水泥多孔板等。这一类型板材材质均匀,实心板能满足建筑防火及隔声要求,空心条板在用作分户墙时常采用双层墙火隔声材料的做法以满足隔声要求。
工厂预制复合墙板由不同材料组成成型板材,种类有水泥蜂窝板、钢丝网架水泥夹心板、纤维水泥复合墙板和硅酸钙复合墙板等。工厂预制复合墙板的组成一般为内部轻质芯材与外层面板组成,芯材的主要作用是隔声,面层板材应具有一定强度,耐磨损,两层之间有骨架以保证板材整体强度。
其中钢丝网架水泥夹心板的结构形式有两种,一种是以美国CS&M公司的W板及COVINTE公司的泰柏板(TIP)为代表的集合式;另一种是以比利时的SISMOS复合板、奥地利的3D板为代表的整体式。两种形式均是用联系钢筋把两层钢丝焊接成一个稳定的性能优越的空间网架体系,网架中间填充聚苯乙烯板条等保温材料,外侧再做砂浆抹面。钢丝直径2mm,厚度100mm的墙板即可作为非承重内隔墙。
2.3复合板材
最常见的是轻钢龙骨石膏板隔墙。墙体支撑结构为轻钢龙骨,有三种体系:
LL一无配件体系。有两种龙骨以LLQ-U,LLQ-C龙骨组成隔墙骨架和以LLQ-CK龙骨组成扣合式隔墙骨架,可以增加墙体高度和增强骨架强度。
QL一有配件体系。以C1,C2龙骨为主件,配以贯通横撑龙骨、支撑卡、托架及加强龙骨等配件组成隔墙骨架。
QC一无配件体系(需要时也可设置配件)。以QU,QC龙骨组成隔墙骨架或以QC龙骨组成扣合式隔墙骨架,可以增加墙体高度和增强骨架强度。也可配置贯通横撑龙骨、支撑卡等配件组成隔墙骨架。
石膏板通常为纸面石膏板,根据不同部位可分别采用普通板、防水板(潮湿房间如厨房、卫生间)和防火板(有特别防火要求的房间,或墙体耐火极限要求较高)。石膏板厚度有9mm、12mm、15mm。板材以自攻螺絲固定于龙骨上,根据防火和隔声要求可以作单层也可以做双层或三层。如果隔声要求较高,可以在两层石膏板之间龙骨的空隙间填充隔声材料如岩棉、离心玻璃棉等。
除石膏板外,以轻钢龙骨做骨架的隔墙也可以采用其他表面板材,如水泥刨花板、玻镁板、纸面稻草板等替代材料,其构造原理与石膏板相同,这些材料都是各建材厂家在新材料研制开发过程中推出的新型建材产品,也包括一些从国外引进的新材料。
2.4可拆卸式隔墙
这种墙体可以在装修过程中或以后随时安装,有“框架一平板”式的,有“立柱一平板”式的,在楼盖和顶棚上装有滑道式凹槽,便于吊装。
3钢结构住宅内隔墙体系存在的问题及改进
目前,建材产品中能用于建筑内部分隔围护体系的墙体材料种类丰富,但在设计、施工和使用过程中却出现了如现场装配化工作量大、价格偏高、节点连接构造复杂、隔音效果较差等问题,需要进一步研究改进。
3.1墙体类型不适宜于工厂化生产,现场装配化建造
建筑材料工业化生产是住宅产业化的重要标志。钢结构住宅属于高度工业化生产制作和安装,通常一栋几千平方米的多层住宅,钢结构吊装只需一到两个月。钢结构住宅也因此具备住宅产业化的基本条件。墙体材料是住宅建筑的重要组成部分,数量多、作用大,只有采用高度工业化生产制作和现场装配式施工,才能真正发挥钢结构住宅的工业化优势。如采用加气混凝土砌块,现场工作量大,且为保证砌块间不开裂,一般在墙体两侧加一层玻纤布(或钢丝网)以加强整体性。这就很难发挥钢结构施工速度快的特点。
3.2价格偏高、节点连接构造复杂
以轻钢龙骨石膏板隔墙为例,其价格在50～60元/m2;蒸压加气混凝土板价格在700～1000元/m3。其价格都远大于轻型砌体的价格。另外,工业化定型生产的墙体材料,在施工安装过程中的节点构造类型比传统砌筑式墙体复杂得多。居住建筑对于墙体材料物理性能方面的较高要求使得节点构造的妥善处理成为解决问题的关键。一种成熟的可大量投产使用的墙体建材产品必须在材料本身和连接构造上都有令人满意的效果。由于墙板体系在我国的应用较晚,墙体与结构的节点构造处理也是设计、施工人员所面临的一个难题。
3.3隔音效果差
墙体隔声包括两方面的内容:一方面指隔断墙体材料本身的隔声性能。对于多层复合墙体,不光取决于每层材料的隔声性能,还与各层材料的厚度、位置、以及相互间的连接方式有很大关系。隔墙内如果使用型钢,则需特别注意避免钢构件产生声桥作用。在轻钢龙骨体系中可以采用将钢龙骨错位排列的方式来阻断声桥。
4结语
钢结构住宅体系是一个综合复杂的技术体系,其中重点之一就是对围护材料、技术及相关配套产品的研发应用,以实现钢结构住宅的高性价比。目前,国内只是简单套用国外的建造模式,综合造价普遍偏高,市场无法接受,所以我们有必要在劳动力资源丰富、人工费用低廉的国情下开发自己的钢结构住宅体系,加大对墙体材料性能的革新和墙体构造节点的研究。
参考文献
[1]郭兵,纪伟东,赵永生,宋振森.多层民用钢结构房屋设计.北京:中国建筑工业出版社,2005.
钢结构住宅在海外 篇12
美国是最早采用钢框架结构建造住宅的国家和地区之一, 鉴于经济性、安全性能 (抗震、防火) 以及耐久性能的综合考虑, 越来越多的房屋开发商转而经营钢结构住宅, 钢结构住宅的价值得到普遍认可。1965年钢结构在美国仅占建筑市场15%;1990年上升到53%, 而1993年上升到68%, 到2000年已经上升到75%。
从世界范围看, 日本国土处于太平洋地区地震带中, 特别重视追求住宅良好的抗震性。20世纪90年代末, 日本预制装配住宅中木结构占18%, 混凝土结构占11%, 钢结构占71%。钢结构工业化住宅生产厂家规模比较大的有7 8家。
另外, 澳大利亚、法国、意大利、芬兰等国都有本国成熟的钢结构住宅体系, 钢结构住宅占相当大的市场份额。
当前, 发达国家已从工业化的专用体系走向大规模的通用体系, 即发展以标准化、系列化、通用化建筑构配件、建筑部品为中心, 以专业化、社会化生产和商品化供应为基本方向的住宅产业现代化模式, 其依托就是钢结构。
不过, 从总体上说发达国家低层独立式住宅是居住建筑的主流, 成体系、产业化程度高的也多为低层住宅, 但也有很多较成熟的多高层钢结构住宅的实例。比如法国地戎Csatel Eiffle住宅群、法国Kronos住宅综合体、意大利皮昂比诺居住区、苏格兰伯洛诺克高层住宅街坊、比利时布鲁塞尔高层住宅、美国湖滨大道公寓、日本芦屋浜高层钢结构住宅。
其中, 美国湖滨大道公寓, 是建筑巨匠路德维希·密斯·凡·德·罗的作品, 于1951年在芝加哥落成。钢结构的梁柱直接暴露在外墙上, 大玻璃窗, 使之具有了强烈的现代感;日本芦屋浜高层钢结构住宅, 由新日本制铁、竹中公务店、松下电工、松下兴产、高沙热学工业联合提出, 并获得“芦屋浜高层住宅规划方案”投标第一名。该方案将结构构件与各住户的建筑构成分离开, 主体结构是由箱形钢柱、H型钢柱、钢梁和钢支撑组成的纯钢框架。