鋼結(jié)構(gòu)在民用住宅中的應(yīng)用

1、鋼結(jié)構(gòu)在民用住宅中的應(yīng)用摘要：民用住宅建筑的鋼結(jié)構(gòu)體系是一種綠色環(huán)保的新型結(jié)構(gòu)體系，在我國已進(jìn)入重點(diǎn)推廣時期。本文作者結(jié)合自己的工作實踐，對鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計作了簡單的探討，介紹了鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑設(shè)計特點(diǎn)及設(shè)計原則、設(shè)計中需要注意的問題等，最后具體分析了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在衛(wèi)生間、廚房及樓梯設(shè)計中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)；純鋼結(jié)構(gòu)；民用住宅1 引言 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是住宅建筑的一個分支，是住宅建筑的重要組成部分；由于鋼結(jié)構(gòu)建筑具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工業(yè)化程度高、質(zhì)量易保證、建筑布局靈活合理等優(yōu)點(diǎn)，使其作為一種最具備“環(huán)保、節(jié)能、工廠化”的新型結(jié)構(gòu)體系，在21世紀(jì)繼續(xù)得到迅速發(fā)

2、展。 2 鋼結(jié)構(gòu)承重體系的分類及其類型選擇 鋼結(jié)構(gòu)體系的種類有多種，但應(yīng)用于住宅的主要形式有以下幾種：（1）純框架結(jié)構(gòu)體系。純框架結(jié)構(gòu)體系是指沿縱橫方向均由框架作為承重和抵抗水平抗側(cè)力的主要構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系。其特點(diǎn)為：可以形成較大使用空間，平面布置靈活，適應(yīng)多種類型的使用功能，結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻，構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、裝配化，構(gòu)造簡單，易于施工；但是抗側(cè)移剛度小。常用于層數(shù)不超過12層的建筑。 （2）鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系?？蚣?支撐體系是在框架體系中的部分框架柱之間設(shè)置豎向支撐，形成若干榀帶豎向支撐的支撐框架，或在框架體系中內(nèi)部設(shè)置若干榀僅承擔(dān)豎向荷載的帶豎向支撐的排架結(jié)構(gòu)，周邊則為剛

3、接框架。這種體系具有良好的抗震性能和較大的側(cè)向剛度，支撐結(jié)構(gòu)起著剪力墻的作用，承擔(dān)大部分的水平力。適用于30-40層的高層住宅結(jié)構(gòu)。 （3）鋼框架-剪力墻（筒體）體系。鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指一般在鋼框架內(nèi)采用帶豎縫的鋼筋混凝土抗震墻板或內(nèi)埋鋼支撐的預(yù)制鋼筋混凝土墻板，它可與室內(nèi)橫隔墻結(jié)合布置，形成房屋的主要抗側(cè)力構(gòu)件；對于中間部位房間布置為電梯間、樓梯間、衛(wèi)生間等時，可以在合適房間的四周布置鋼筋混凝土剪力墻而形成的鋼框架-筒體結(jié)構(gòu)體系；當(dāng)外部的鋼框架采用3-4米左右的密柱、深梁組成鋼框筒時，為鋼框筒-筒體結(jié)構(gòu)體系。最大適用高度較高。 （4）空間錯列桁架結(jié)構(gòu)體系?？臻g錯列桁架結(jié)構(gòu)體系是由房屋

4、外側(cè)的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。是一種經(jīng)濟(jì)、實用、高效的新型結(jié)構(gòu)體系。通常用于15-20層的住宅建筑。 3 鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑設(shè)計特點(diǎn) 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是工業(yè)化的集成產(chǎn)品，在鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則 中明確指出：鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑除應(yīng)滿足居住生活行為需求，在設(shè)計、制作、運(yùn)輸、 安裝、維修和管理等環(huán)節(jié)中還應(yīng)遵從協(xié)調(diào)、配合及互動的原則。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計應(yīng)充分體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、多樣化及通用化的原則。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑及部品、零配件的設(shè)計應(yīng)執(zhí)行模數(shù)協(xié)調(diào)的原則。 4高層輕型住宅設(shè)計內(nèi)容 4.1結(jié)構(gòu)體系

5、設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu)體系的類型有很多種，根據(jù)組合形式不同可以分為鋼框架體系、鋼框架-支撐體系、鋼框架-混凝土剪力墻體系、錯列桁架體系、框架-核心筒體系、輕鋼龍骨體系等。 本工程采用輕型鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其中樓梯間和電梯井采用現(xiàn)澆混凝土剪力墻作為結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力體系，框架柱采用鋼管混凝土柱，根據(jù)混凝土設(shè)計規(guī)范，鋼管混凝土柱的設(shè)計承載力 （1） 其中，鋼管的設(shè)計承載力； 混凝土的設(shè)計承載力。 所以，鋼管混凝土結(jié)合了鋼與混凝土的優(yōu)點(diǎn)，與鋼筋混凝土相比，耗鋼量基本相同或略高，但是可以節(jié)約混凝土50%以上，減輕自重50%以上，同時減小了構(gòu)件的橫截面面積，增加了建筑的有效面積和降低了基礎(chǔ)造價。 鋼管混

6、凝土結(jié)構(gòu)可以適用于承受軸力，也可用于小偏向受壓構(gòu)件，一般高層建筑都是這種受力形式，因此在高層住宅建筑中使用這種結(jié)構(gòu)體系能夠提高建筑的性能，但是在鋼管混凝土受壓過程中的受力和變形是非常復(fù)雜的，因為承受的荷載不一樣，所處的受力狀態(tài)不一樣都會影響到鋼管混凝土的極限承載力： （2） 其中，鋼管混凝土構(gòu)件的軸心壓力設(shè)計值； 鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的承載力設(shè)計值； 鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力設(shè)計值； 鋼管混凝土的套箍指標(biāo)； 、鋼管的橫截面積和抗拉（抗壓）強(qiáng)度設(shè)計值； 、核心混凝土的橫截面面積和抗壓強(qiáng)度設(shè)計值； 考慮受壓構(gòu)件長細(xì)比影響的承載力折減系數(shù)； 考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)。 4.2截面設(shè)計

7、當(dāng)結(jié)構(gòu)體系選好以后，就可進(jìn)行梁截面選擇，根據(jù)工程中廣泛使用的工字鋼梁的實際情況，本工程采用雙軸對稱焊接工字鋼梁作為梁截面，只考慮梁截面邊緣纖維的屈服作為極限狀態(tài)，即為彈性設(shè)計，假設(shè)荷載作用在梁上端，且在梁的縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，不考慮荷載的偏心問題，考慮到梁對空間的限制，可以選取。 2.3.1 工字形梁截面穩(wěn)定性驗算 梁受到橫向力作用時，發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)的臨界公式： （3） 式中：，稱為梁的計算長度，其中、為長度系數(shù)；稱為臨界彎矩的修正系數(shù)，稱為荷載作用點(diǎn)位置影響系數(shù)；慣性矩，；、分別為鋼材的抗拉和剪切彈性模量。 2.3.2 工字形截面剛度校核 （4） 式中：為規(guī)范規(guī)定的受彎構(gòu)件的容許撓度，根據(jù)梁的不同要

8、求，可有不同的取值，根據(jù)本工程梁的情況，選擇。 通過對工字形鋼的穩(wěn)定性和剛度校核計算，能夠?qū)ぷ中瘟航孛孢M(jìn)行合理的設(shè)計，確保梁的截面尺寸和有效彎矩滿足設(shè)計要求。 4.3穩(wěn)定性設(shè)計 4.3.1 鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的分類 （1）平衡分支失穩(wěn)：當(dāng)構(gòu)件受力變形后，其受力就會受到變化，當(dāng)時，桿件將不發(fā)生變形；當(dāng)時，構(gòu)件將達(dá)到臨界狀態(tài)，桿件出現(xiàn)微小變形；當(dāng)時，桿件將產(chǎn)生大變形，并且這種變形具有逐漸增大的趨勢。完善直桿軸心受壓時的彎曲和完善平板中面受壓時的屈曲就屬于這種情況。 （2）極值點(diǎn)失穩(wěn)：當(dāng)結(jié)構(gòu)喪失穩(wěn)定性后，其變形不會受到變化，但是由于結(jié)構(gòu)原來的彎曲變形增大將會使結(jié)構(gòu)不能正常工作，下降段必須卸載才能保證構(gòu)件的

9、正常工作，否則變形有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。上升段和下降段的分界點(diǎn)為臨界力。對于偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)塑性發(fā)展到一定程度時，就會喪失穩(wěn)定性，就屬于這一類。 4.3.2 無缺陷軸心壓桿的失穩(wěn)驗算 （1）彎曲屈曲常常發(fā)生在軸對稱截面中： （9） 式中：構(gòu)件的有效長細(xì)比為 （2）彎扭屈曲常常在截面為單軸對稱軸心受壓失穩(wěn)時出現(xiàn)，因為此時截面中心與截面剪切中心不重合，在發(fā)生彎曲變形時，就會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形，這兩種變形是同時出現(xiàn)的，對于兩端鉸支且翹曲無約束情況下，彎扭屈曲臨界力滿足： （10） 式中：為截面關(guān)于剪心的回轉(zhuǎn)半徑；為剪心的坐標(biāo)；為扭轉(zhuǎn)屈曲臨界力。 （3）扭轉(zhuǎn)屈曲為某些抗扭剛度較差的軸心受壓構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)時的臨界力： （11） 式中：為桿件的自由旋轉(zhuǎn)剛度；為桿件截面的抗扭慣性矩；為桿件的約束扭轉(zhuǎn)剛度。 結(jié)束語 目前國內(nèi)的建筑業(yè)生產(chǎn)效率較低，尚屬勞動密集型產(chǎn)業(yè)，而鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于高技術(shù)高效率的產(chǎn)業(yè)，加快對鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究，將促進(jìn)建筑業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，并將帶動建材、冶金、信息機(jī)械尤其是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。 應(yīng)該看到，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅正得到大力地發(fā)展，但從建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計到制作安裝，各個環(huán)節(jié)我們都與國外先進(jìn)水平有很大的差距。作為設(shè)計人員，應(yīng)在工作中應(yīng)該腳踏實地的積極創(chuàng)新；專業(yè)研究人員則應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和設(shè)計方法進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究；技術(shù)主管要加強(qiáng)對從業(yè)人員的技術(shù)培訓(xùn)及市場的管理力度。只有這樣才