劉 彬 陳小亮

(1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231； 2.杭州市市政工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310006)

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輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用研究

劉 彬1陳小亮2

(1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231； 2.杭州市市政工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310006)

論述了輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)，以綠城·海南陵水威斯汀酒店工程為例，從鋼結(jié)構(gòu)柱、樓板、節(jié)點(diǎn)、抗震等方面，分析了輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，指出該項(xiàng)目利用輕型鋼結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)了大空間的藝術(shù)效果。

輕型鋼結(jié)構(gòu)，住宅，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，藝術(shù)效果

0 引言

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅特點(diǎn)決定了其發(fā)展的巨大潛力，在未來將成為我國(guó)新型城市化建設(shè)中住宅建筑發(fā)展的新方向。隨著建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、輕鋼技術(shù)導(dǎo)則和輕鋼規(guī)范的相繼發(fā)布，輕鋼住宅必將會(huì)得到飛速發(fā)展。通過對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)在具體工程中的應(yīng)用研究，可以使輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平得到提高，從而推動(dòng)我國(guó)住宅建設(shè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

對(duì)比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的巨大的優(yōu)勢(shì)[1]在于：

1)輕型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作工業(yè)化程度非常高，從而能推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化的形成[2]。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的建造方法不僅可以加快現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，還可以降低對(duì)周圍環(huán)境的破壞。

2)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅能帶來比較高的綜合效益，在實(shí)際的建造過程中，輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)明顯低于鋼筋混凝土房屋的造價(jià)。輕型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以減輕結(jié)構(gòu)自重、制作簡(jiǎn)單，且部分材料可以二次利用、施工周期短，從而加快資金的周轉(zhuǎn)。

3)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅具有突出的抗震性能。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕、延性高[3]，屬于柔性結(jié)構(gòu)體系，因此，該結(jié)構(gòu)承受地震作用較小，能有效的減少地震作用帶來的負(fù)面影響。

4)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系能自由布置空間，實(shí)現(xiàn)住宅功能的多樣性。較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，輕型鋼結(jié)構(gòu)柱距較大、構(gòu)件截面較小，可根據(jù)使用者需要，對(duì)空間靈活分隔和布置。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于主要構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)柱

低多層輕型鋼結(jié)構(gòu)柱多用于大開間的設(shè)計(jì)，其所承受的荷載除了軸向力外，主要是來自兩個(gè)方向的彎矩作用，這就對(duì)鋼結(jié)構(gòu)柱的截面有了較高的要求。輕型鋼結(jié)構(gòu)柱一般用熱軋或高頻焊接型鋼來進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)柱在兩個(gè)方向承受彎矩較大時(shí)，可以采用箱形截面；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)柱承受荷載較小時(shí)，一般采用輕型熱軋型鋼或冷彎薄壁型鋼[1]。除此之外，輕型鋼結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計(jì)還要考慮強(qiáng)柱弱梁的實(shí)現(xiàn)。

1.2 輕型鋼結(jié)構(gòu)樓板

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅樓板應(yīng)具有良好的平面整體剛度、較小的結(jié)構(gòu)自重、便捷的制作安裝，且在施工過程中盡量采用不拆模作業(yè)，從而加快現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度，體現(xiàn)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，還要進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)樓板的隔聲、防火性能，并對(duì)管線的鋪設(shè)做好前期的設(shè)計(jì)。

1.3 輕型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

輕型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)按照傳力的形式不同，可以做成鉸接、剛接、半剛接。前兩種形式的連接方式施工工藝相對(duì)成熟，應(yīng)用比較廣泛；后一種形式的連接方式在實(shí)際施工中較難實(shí)現(xiàn)，需結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)才能操作。無論哪種連接方式，都必須使結(jié)構(gòu)分析中采用的模型和實(shí)際施工的節(jié)點(diǎn)保持一致性。一般來說，梁、柱連接在框架強(qiáng)軸方向采用剛性連接，在弱軸方向采用鉸接連接，在構(gòu)造上分別以焊接和螺栓連接為實(shí)現(xiàn)形式。

1.4 輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅抗震設(shè)計(jì)

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系側(cè)向剛度較小，需要設(shè)置一些側(cè)向支撐。側(cè)向支撐通常分布在開洞空間的四周或其他合適的位置(例如分戶墻)，支撐的形式可以是鋼筋混凝土剪力墻，也可以是桁架，從而形成鋼框架結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)形式，或者是鋼框架結(jié)合桁架結(jié)構(gòu)形式，從而有效控制結(jié)構(gòu)的水平位移。

2 工程實(shí)例

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

綠城·海南陵水威斯汀酒店位于海南省陵水縣新村鎮(zhèn)，建筑主體緊鄰海面，與海岸線相距約200 m～300 m。項(xiàng)目主要由1棟9層(局部8層)酒店主樓以及多幢1層附屬用房組成。附屬的單層裙房位于主樓南側(cè)的部分主要為餐廳、大堂等觀景公共空間，造型設(shè)計(jì)為貝殼狀頂蓋；主樓北側(cè)裙房為較松散的呈圓弧狀排列的單層建筑，為酒店的商務(wù)空間。建筑設(shè)計(jì)整體構(gòu)思寓意海的元素——“海帶、散落的貝殼”?；盍χ行淖鳛榫频甑呐涮自O(shè)施，為酒店打造一個(gè)適合全年齡層次的平價(jià)休閑餐飲區(qū)，內(nèi)含海鮮餐廳、兒童活動(dòng)中心、家庭俱樂部以及恒溫泳池，在不同的時(shí)段提供不同內(nèi)容的餐飲與酒吧服務(wù)，營(yíng)造最具人氣的場(chǎng)所(見圖1，圖2)。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)追求大空間的藝術(shù)效果，上部利用鋼結(jié)構(gòu)柱、梁截面小的優(yōu)點(diǎn)，營(yíng)造一種現(xiàn)代的藝術(shù)氣息。在這個(gè)項(xiàng)目中，充分展示了低多層輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅內(nèi)部空間大、布置靈活、施工便捷、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。主樓落地框架柱一開始就采用了圓鋼管混凝土柱的形式，一方面是基于落地柱需承受很大軸壓力而圓管混凝土柱具有良好承載性能的原因，另一方面，考慮主樓平面沿長(zhǎng)向存在圓弧曲折變化，而圓柱各向性能相同，便于設(shè)計(jì)布置和統(tǒng)一。

2)主樓樓蓋、屋面均采用了鋼梁+現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的組合樓蓋。

3)落地柱下落至半地下室后，采取了柱側(cè)邊設(shè)置鋼筋混凝土墻以加強(qiáng)其剛度的措施。結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力體系采用鋼筋混凝土剪力墻,豎向荷載大部分由鋼框架部分承擔(dān)。鋼筋混凝土剪力墻抗側(cè)移剛度較強(qiáng),鋼柱的截面可以主要考慮承受豎向荷載,從而有效的控制了用鋼量。

4)對(duì)于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，針對(duì)不同受力方式，設(shè)計(jì)多種節(jié)點(diǎn)形式。

結(jié)構(gòu)布置局部圖見圖3。

2.3 應(yīng)用效果

該項(xiàng)目利用輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系實(shí)現(xiàn)了大空間的藝術(shù)效果，利用鋼結(jié)構(gòu)柱、梁截面小的優(yōu)點(diǎn)，營(yíng)造出一種現(xiàn)代的藝術(shù)氣息。在這個(gè)項(xiàng)目中，展示了低多層輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅內(nèi)部空間大、布置靈活、施工便捷、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。鋼梁+現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的組合樓蓋保證樓板有足夠的平面整體剛度；該住宅體系能減輕樓板的自重荷載，并能有效的提高樓層高度，便于現(xiàn)場(chǎng)快速施工。豎向荷載大部分由鋼框架部分承擔(dān)。鋼筋混凝土剪力墻抗側(cè)移剛度較強(qiáng),鋼柱的截面可以主要考慮承受豎向荷載,從而有效的減小了柱子截面尺寸，同時(shí)營(yíng)造出斜鋼柱的藝術(shù)效果。

3 結(jié)語

本文介紹了輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析，解決了在對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中的若干關(guān)鍵問題。最后通過具體的工程實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用研究。

本文的應(yīng)用研究將對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用提供技術(shù)支撐，以便于理論指導(dǎo)輕型鋼結(jié)構(gòu)體系后續(xù)的設(shè)計(jì)和施工，并為設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂和完善提供應(yīng)用積累；將成果應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)工作中去，可以輔助教師、學(xué)生進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)的教授和學(xué)習(xí)。

[1] 舒贛平，孟憲德，王 培.輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系及其應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2001，31(8)：1-4.

[2] 王明貴,張莉若.住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化與鋼結(jié)構(gòu)住宅[J].鋼結(jié)構(gòu)，2001，16(6)：22-24.

[3] Gioncu V.Ductility Criteria for Steel Structures[J].Journal of Constructional Steel Research，1998，46(1-3)：443-444.

Research on application of residential housing design with light steel structure

Liu Bin1Chen Xiaoliang2

(1.ZhejiangCollegeofConstruction,Hangzhou311231,China;2.HangzhouMunicipalConstructionGroupCo.,Ltd,Hangzhou310006,China)

The paper discusses the advantage of light steel structure residence. Taking Lvcheng·Hainan Lingshuiweisiding hotel engineering as an example, starting from aspects of steel structure column, floor slab, joint and anti-seismic, it analyzes the design points of light steel structure residence, and points out that: the project realizes large-space artistic effect by applying light steel structure system.

light steel structure, residence, joint design, artistic effect

1009-6825(2016)13-0047-02

2016-02-21

劉 彬(1983- )，女，碩士，工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師； 陳小亮(1984- )，男，博士，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師

TU375

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