毛 毅 (延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100)

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的技術(shù)性探討

毛 毅 (延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100)

由于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑具有建設(shè)周期長、環(huán)保效果好、能耗低等優(yōu)點，因而大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅是實現(xiàn)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化的有效途徑。分析了鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑用鋼及其結(jié)構(gòu)類型，闡述了鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系與選型原則，并指出了鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的設(shè)計要點，以便為鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)的研究提供參考。

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；選型

當前，住宅建筑主要采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，諸如砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架式結(jié)構(gòu)等，其主要存在建設(shè)周期長、環(huán)保效果差、能耗高等問題，而鋼結(jié)構(gòu)建筑則具有許多優(yōu)勢：施工周期短、施工不受季節(jié)的影響；鋼材的強度較大，其結(jié)構(gòu)的截面積相對較小，有利于住宅建筑使用空間的增加；鋼材能夠重復(fù)使用，減少了建筑垃圾的產(chǎn)生，對周圍環(huán)境影響較??；在建筑使用過程中便于用戶靈活改造；抗震性能好、舒適感強。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的建設(shè)和發(fā)展是實現(xiàn)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化的有效途徑之一。下面，筆者對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的技術(shù)性進行探討。

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑用鋼及其結(jié)構(gòu)類型

1.1鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑用鋼基本性能要求

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑要求其所用鋼材性能具有如下特點：①具有較高的抗拉強度，這樣可以對鋼材的截面積進行控制，這樣有利于節(jié)省鋼材，從而降低工程造價。同時，能夠增加鋼結(jié)構(gòu)的安全性能；②具有較好的塑性，能對建筑內(nèi)部局部高峰應(yīng)力進行調(diào)整，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布更加合理，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個構(gòu)建中存在的受力不均部分的應(yīng)力趨于均勻，提高建筑整體的承載能力；③良好的加工性能(主要包括冷熱加功能以及焊接性能等)。

1.2鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的鋼結(jié)構(gòu)類型

1) 輕型鋼結(jié)構(gòu) 輕型鋼結(jié)構(gòu)即指采用小角鋼、圓鋼以及薄壁型鋼組合而成的鋼結(jié)構(gòu)。由于薄壁型鋼屬于輕型鋼結(jié)構(gòu)，因而適用于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中。薄壁型鋼的支撐件一般采用壁厚為1.5～5mm的薄鋼板，在經(jīng)過冷加工處理之后形成多種截面形式以及截面尺寸的鋼結(jié)構(gòu)制品。與熱軋型鋼相比，在同等截面積情況下，薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑能夠增加50%～60%，而且其截面慣性矩、抵抗力矩能提高0.5～3倍，使得材料的強度利用率增加[1]。

2) 普通型鋼結(jié)構(gòu) 普通型鋼結(jié)構(gòu)一般采用容易冶煉、成本較低的碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼等，其梁柱等構(gòu)件的截面形式較多，主要有工字型、箱型、H型、L型和各種特殊的異型結(jié)構(gòu)面。而焊接件型鋼則是采用不同厚度的鋼板，根據(jù)具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求在工程中焊接加工而成，因而要根據(jù)工程項目在不同結(jié)構(gòu)部位的厚度進行受力分析計算，最終確定不同結(jié)構(gòu)部位的鋼板厚度。雖然這種結(jié)構(gòu)成型方式較為復(fù)雜，但是其與熱軋一次成型結(jié)構(gòu)型鋼相比，能夠有效地節(jié)約鋼材。

2 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系與選型原則

2.1結(jié)構(gòu)體系

1)框-支撐體系 該結(jié)構(gòu)體系在框架體系中沿縱向和橫向均勻布置對應(yīng)數(shù)量的支撐，主要包括中心支撐、偏心支撐2種基本形式。

2)框架-抗震墻板體系 該結(jié)構(gòu)體系將鋼框架作為主體，同時配置對應(yīng)數(shù)量的抗震墻板。在墻板的配置過程中，應(yīng)根據(jù)具體需要合理布置抗震墻板。由于2片以上的抗震墻并聯(lián)形成較寬的橫向?qū)挾龋蚨拐饓Π宀贾每梢苑珠_布置，這樣能夠減小抗側(cè)力的等效高寬比，使鋼結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力得以提高。

3) 筒體體系 該結(jié)構(gòu)體系根據(jù)筒體的組成、布置以及數(shù)量的不同來進行對應(yīng)筒體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要包括桁架筒、框架筒、束筒以及筒中筒等形式。

4) 巨型框架體系 在一般的樓層支撐構(gòu)件中，通常采用梁、柱等作為支撐構(gòu)建，若將梁、柱等支撐擴展至整個樓層，則可以形成巨型框架體系。該體系由柱距較大的立體桁架、柱構(gòu)成。整個立體桁架梁通過縱橫布置的方式，形成一個空間的桁架層。通過在2層空間桁架層之間設(shè)置次框架結(jié)構(gòu)的方式，承擔(dān)起整個空間桁架層以及樓層載荷，然后再通過該樓層框架結(jié)構(gòu)的柱子傳遞給各個立體桁架柱。該結(jié)構(gòu)體系使得鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑可以形成很大的空間，并確保住宅建筑的剛度和強度得以提高。

2.2結(jié)構(gòu)選型原則

(1) 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的平面應(yīng)簡單而規(guī)則，確保建筑結(jié)構(gòu)各層的抗側(cè)力剛度中心和整個建筑的質(zhì)量中心相重合。

(2) 為了減小地震過程中建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動和水平震動，應(yīng)對建筑平面結(jié)構(gòu)尺寸進行精確設(shè)計。當采用矩形平面作為鋼框筒結(jié)構(gòu)時，要求其長、寬比控制在1.5∶1以下[2]。

(3) 由于鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)承受的結(jié)構(gòu)變形量要大，因而結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中不宜設(shè)置防震縫，但是在整個結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)采取相應(yīng)措施以提高抗震能力。當必須設(shè)置防震縫時，應(yīng)該保證縫寬低于對應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑防震縫的1.5倍。對于框架-支撐體系的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，其防震縫寬度可取該數(shù)值的70%；筒體體系、巨型結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)住宅建筑的防震縫寬度則可取該數(shù)值的50%，但是所有縫寬都應(yīng)在70mm以上[3]。

3 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計要點

3.1鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面估算

當鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系與選型確定以后，需要對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積進行估算，主要包括梁、柱以及支撐的斷面面積，確定其斷面的形狀和尺寸。對于鋼粱，可以選擇使用槽鋼、焊接或軋制成的H型鋼作為截面。根據(jù)結(jié)構(gòu)載荷以及支座受力情況，鋼結(jié)構(gòu)截面高度通常處于整個跨度的1/20～1/50[4]。

3.2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接設(shè)計

1) 柱與基礎(chǔ)的連接 由于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的自重相對較輕，因此采用柱下獨立基礎(chǔ)的形式，在具體設(shè)計過程中可以采用加鋼筋混凝土的連系梁。當建筑地質(zhì)條件較差時，一般可以采用十字交叉形式或者是條形的基礎(chǔ)，避免采用樁基。對于柱腳，一般采用剛性連接或者插入式柱腳，并在鋼柱地下部分進行外包防水混凝土處理。該連接方式施工簡單，能夠使載荷均勻分布并防止基礎(chǔ)損壞。

2)梁柱之間的連接 梁柱之間的連接通常采用剛性連接、鉸接、半剛性連接等方式。鉸接方式的制造和安裝等比較方便，但是在施工過程中需要設(shè)置對應(yīng)的剪力墻等承受來自水平方向的載荷，為建筑結(jié)構(gòu)提供側(cè)剛度。對于沒有設(shè)置支撐的梁柱連接，應(yīng)采用剛性連接方式。對于半剛性連接，其施工比剛接方式簡單，而結(jié)構(gòu)性能比鉸接要好，但是該方式的受力難以有效控制，需要精心施工才能達到相應(yīng)的設(shè)計效果。

4 結(jié)語

在對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的發(fā)展優(yōu)勢進行探討的基礎(chǔ)上，從鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑對材料性能要求、鋼結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系的布置和選型等方面探討了鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的相關(guān)技術(shù)，并對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的設(shè)計要點進行了探討。隨著鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)的不斷進步，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑必將得到持續(xù)發(fā)展，從而使其在住宅建筑產(chǎn)業(yè)化過程中發(fā)揮更大作用。

[1]金建國.鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的技術(shù)分析[J].科技與生活,2010(22):24-26.

[2]張建華.淺談鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑應(yīng)用技術(shù)[J].建材發(fā)展導(dǎo)向,2012,10(2):44-45.

[3]馬悅康.鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑施工技術(shù)特點分析[J].網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)報·在線教育,2012(15):176-177.

[4]王立興.高層輕型住宅建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析與探討[J].企業(yè)家天地,2011(18):105-107.

[編輯] 李啟棟

TU209

A

1673-1409(2013)22-0097-02

2013-05-12

毛毅(1992-)，男，現(xiàn)主要從事工業(yè)與民用建筑專業(yè)方面的學(xué)習(xí)。