鋼結構住宅結構體系

時間：2022-10-26 07:44:31 建筑畢業(yè)論文我要投稿

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鋼結構住宅結構體系

　　鋼結構住宅建筑是住宅建筑的一個分支，是以鋼結構為骨架，配合多種復合材料的輕型墻體拼裝而成，其主要承重骨架是由鋼結構或鋼管圓管或矩形管混凝土構件組成。

　　鋼結構住宅結構體系【1】

　　【摘要】目前鋼結構已是發(fā)達國家的主導建筑結構，鋼結構廣泛應用于高層、超高層建筑，大跨度和大空間建筑，中小型工業(yè)、商業(yè)、社區(qū)、文教衛(wèi)生、高層超高層的民用住宅。

　　鋼結構住宅以其巨大的優(yōu)勢引起了廣泛的關注。

　　本文闡述了鋼結構住宅體系的組成及其相應的適應范圍，并簡易分析了其技術經濟綜合效益。

　　【關鍵詞】鋼結構住宅;結構體系;住宅建筑

　　它具有鋼結構一系列特性，同時又具備一般住宅建筑的共性。

　　一、常用鋼結構住宅體系

　　鋼結構體系形式有多種，但應用于住宅建筑的鋼結構體系主要可分為輕鋼龍骨體系、純鋼框架體系、鋼支撐框架體系、鋼框架一混凝土剪力墻體系、錯列析架體系、鋼框架一核心筒體系等。

　　不同的結構體系有不同的適用范圍，雖然有些結構體系應用范圍較廣，但通常會受到經濟等因素的限制。

　　輕鋼龍骨結構體系較適用于1―3層的低層住宅，不適用于強震區(qū)的高層住宅。

　　純鋼框架體系一般適用于6層以下的多層住宅，不適用于強震區(qū)的高層住宅，并且用于高層住宅經濟性相對較差。

　　鋼支撐框架體系比純鋼框架體系側向剛度大，常用于多層及小高層住宅，應用較廣;而且當房屋層數較高時，該體系要比純鋼框架體系經濟。

　　鋼框架―混凝土剪力墻體系常用于小高層及高層住宅;而且從受力特點看出，帶縫剪力墻體抗震性能較好，較適用于地震區(qū)。

　　錯列析架結構體系具有住宅布置靈活、樓板跨度小、結構自重輕和造價低的特點，是一種經濟、實用、高效的新型結構體系，適用于多層及小高層住宅。

　　為了體現鋼結構住宅的優(yōu)越性，減輕結構自重，外墻體一般采用輕質復合板，與梁柱的連接方式，主要采用外掛式，也可采用內嵌式。

　　內墻材料一般可采用空心砌塊、加氣混凝土等輕質填充材料，也可采用紙面石膏板，纖維石膏板、玻璃纖維增強水泥板、紙面稻草板。

　　樓板體系作為房屋的水平構件，起著支撐豎向荷載和傳遞水平荷載作用。

　　因此樓板必須有足夠的強度、剛度和整體穩(wěn)定性，還要具有較好的隔音、防水和防火性能，同時宜盡量采用技術和構造措施減輕樓板自重，并提高施工速度。

　　國外鋼結構住宅普遍采用木版為樓層板，我國由于木材資源短缺，現階段主要采用壓型鋼板―現澆混凝土組合樓板、預制混凝土疊合板、現澆鋼筋混凝土樓板、密排托架―現澆混凝土組合樓板、輕骨料或加氣混凝土樓板。

　　鋼結構建筑的屋頂依據屋面材料和屋面的結構布置，可以做成平屋頂或是坡屋頂。

　　平屋頂即在鋼樓板層的基礎上只需將面層換做防水層材料或是彩色涂層牙型鋼板，并按要求設置一定的排水坡度和排水天溝。

　　坡屋頂的構造一般是在鋼屋架上設置檁條，上鋪彩色涂層壓型鋼板或彩鋼板夾芯板，采用彩鋼夾芯板，色彩美觀，還具有一定的保溫隔熱效果，施工簡便，可以做到不滲水。

　　二、鋼結構住宅體系的經濟分析及應用

　　鋼結構住宅與傳統(tǒng)結構相比，在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面具有優(yōu)勢，主要體現在以下方面。

　　1、設計制造周期短，設計生產一體化

　　現代結構設計借助于計算機和專業(yè)化結構分析軟件，使得設計周期大大縮短;同時，由于鋼結構具有工廠預制、現場安裝的特點，可以將前期設計和現場的生產手段相結合，通過網絡計算機和數控機床結合，使設計人員在工作室中完成設計后，即由工廠的生產線完成產品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項目建設周期。

　　2、能夠合理布置功能區(qū)間

　　與傳統(tǒng)住宅建筑相比較，可以采用大開間柱網布置，使建筑平面利用非承重墻體靈活分隔室內空間，形成開放式住宅。

　　同時，可以利用鋼結構連接簡單的特點，在垂直平面內比傳統(tǒng)結構能更好地應用錯層、躍層結構。

　　由于鋼結構住宅的構件截面尺寸小，可以增加使用面積，提高使用率。

　　3、承載強度高，抗震性能優(yōu)越

　　相同的荷載，鋼結構截面最小，相同的截面，鋼結構承載力最大。

　　在抗震設防區(qū)，由于鋼結構重量輕，其本身所受的地震作用小，且鋼材具有高延性，有較好的耗能能力;因此，抗震性能好，結構安全度高。

　　4、綜合造價低

　　鋼結構承載力高，可以實現結構的大開間布置，構件截面小，與砼結構和磚混結構相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，基礎型式簡單，可以降低基礎的造價;鋼結構施工機械化高的特點，減少了人工費用和模板等其它輔助材料費用。

　　從經濟效益角度講，樓層越高，造價越低;規(guī)模越大，成本越小，6-7層的多層成本最高，但綜合效益十分可觀。

　　5、符合住宅產業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求

　　鋼結構適宜工廠大批量生產，工業(yè)化、商品化程度高。

　　它能將節(jié)能、防水、隔熱、門窗等先進的成品集合在一起，實現綜合成套應用，將設計、生產、施工安裝一體化，提高住宅的產業(yè)化水平。

　　鋼結構比傳統(tǒng)結構的拆除更容易實施，鋼材回收利用率高、拆除成本低、污染較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

　　三、我國鋼結構建筑基本情況

　　近年來，隨著城市建設的發(fā)展和高層建筑的增多，我國鋼結構發(fā)展十分迅速，鋼結構住宅已由選擇試點進行建設發(fā)展為作為被建設部一種綠色環(huán)保建筑列為重點推廣項目。

　　特別是在我國大中城市中，人多、土地資源少，而人們對住宅密度、環(huán)境綠地等要求越來越高的情況下，較大范圍應用鋼結構住宅。

　　綜上所述，由于鋼結構住宅建筑具有多項優(yōu)點，在我國住宅建設中得到逐步應用，鋼結構住宅體系在我國已經開始逐步走向成熟，隨著國家發(fā)展節(jié)能省地型住宅、建設節(jié)約型社會的戰(zhàn)略決策實施，作為節(jié)能省地型的新型住宅體系的鋼結構體系，必將繼續(xù)迅速發(fā)展。

　　鋼結構住宅代表了我國未來的住宅發(fā)展方向。

　　經過這些年的發(fā)展，已具有相當規(guī)模，形成了一批科研、設計、制造、施工、監(jiān)理等骨干企業(yè)，廣泛應用于國民經濟基本建設的各個領域，加上國家對推動鋼結構發(fā)展給予的政策上的重視和支持，相信鋼結構住宅在未來必定有更加美好的前景。

　　參考文獻：

　　[1]胡孜華.淺談我國鋼結構住宅的應用與發(fā)展[J].中國建設教育，2007，8.

　　[2]王亞，劉坤，趙軍.多高層鋼結構住宅設計探討[J] .工程建設與設計，2007，10.

　　[3]蔡玉春，鋼結構住宅設計中防火問題的對策研究[J]. 鋼結構，2007，3.

　　鋼結構住宅體系構成【2】

　　鋼結構住宅體系指的是主要承重構件為鋼材，圍護及分隔構件為新型輕質墻體材料的住宅建筑體系。

　　1.結構體系

　　鋼結構住宅的結構體系是由鋼結構構件為主的各承重構件構成的結構類型。

　　主要是梁柱組成的框架體系。

　　鋼結構體系自重小，自振周期比較長，抗震能力好，但抗側移剛度小。

　　在風荷載及地震的作用下，其層間側移與總側移無法符合規(guī)范要求，必須設置多種側向抗力體系。

　　抗側力體系由各框架間的連接支撐、剪力墻以及核心筒等構成。

　　因此，鋼結構住宅的結構體系又分為：純鋼框架體系、鋼框架支撐結構體系、鋼框架――剪力墻結構體系、鋼框架――核心筒結構體系、錯列桁架鋼結構體系。

　　住宅設計中選擇鋼結構住宅體系，應遵循安全、便捷以及經濟等原則，結合住宅的功能、模數以及后期維修等具體要求進行，同時還需滿足住宅的使用功能，節(jié)約投資。

　　整體而言，純鋼結構框架的構件截面較大，影響平面空間尺寸;錯列桁架體系中的桁架會影響到平面布置;鋼框架――支撐體系中的支撐構件影響到立面門窗的布置;框架剪力墻中剪力墻的位置會影響到門洞與隔墻的布置;框架核心筒的圍護體系布置比較靈活，不受結構限制，但是會有部分現場濕作業(yè)，施工比較復雜，施工速度慢。

　　因此，在進行鋼結構住宅設計時，要根據具體情況，選擇結構體系。

　　2.樓板體系

　　樓板體系主要起到豎向支撐與水平傳遞的作用。

　　建筑的樓板結構必須具有足夠的剛度、強度和保證梁的整體穩(wěn) 定性。

　　對于住宅建筑還要有良好的隔聲、防火性能，同時要考慮在樓板內敷設管線的空間。

　　各種樓板都會受限于梁的布置，梁露于室內，減少了室內的空間凈高，因此對于樓板厚度的研究十分有必要。

　　國外的鋼結構住宅通常采用木板樓板層，這主要是由于鋼結構對木結構的可替代性，由于木材短缺以及與現行防火安全法規(guī)沖突等問題，木板樓板層并不適用于我國，我國目前一般采用的樓板體系有：全現澆樓板、壓型鋼板――現澆鋼筋混凝土樓板、預制預應力疊合現澆樓板、雙向輕鋼密肋組合樓蓋、密排小桁架―現澆混凝土樓板、壓型鋼板干式組合樓板、預制加氣混凝土樓板

　　以上幾種樓板結構各有特點，從大范圍可分為復合式和單板式。

　　國內已建的鋼結構住宅樓板體系大多為預應力疊合板，是介于裝配式和現澆式中間的一種類型，反映了目前中國鋼結構住宅正處在從傳統(tǒng)設計建造方式向工業(yè)化生產方式過渡的改革時期。

　　樓板的跨度范圍通常為6～7m，預制加氣混凝土樓板由于其跨度較小，難以實現鋼結構大跨度的優(yōu)勢，現澆鋼筋混凝土樓板全部采用現場作業(yè)，壓型鋼板干式組合樓板與雙向輕鋼密肋組合樓板雖然實現了全部或部分的裝配化，但是樓板厚度較大，占用室內空間凈高。

　　壓型鋼板――現澆鋼筋混凝土樓板與預制預應力疊合現澆樓板這兩種樓板形式，由于跨度適宜，并且實現了部分裝配化，樓板厚度為200～300mm，因而成為我國目前應用較廣的樓板體系類型。

　　3.圍護體系

　　常用的圍護體系有：幕墻體系、成品墻板體系以及砌塊系統(tǒng)。

　　其中，幕墻是最理想的鋼結構圍護體系，目前已建成的許多鋼結構建筑中都采用了幕墻系統(tǒng)。

　　但是由于造價問題，現階段幕墻體系無法在住宅中得到普及。

　　外墻圍護體系按施工工藝可分為填充和外掛兩種。

　　一般選用墻板與砌塊作為填充材料，通過內嵌于梁板或樓板的底部而構成。

　　而外掛通常選取輕質墻板，分為小板與大板。

　　填充砌塊的設計及施工比較容易，使用比較普及，掛板砌塊相對比較復雜。

　　砌塊系統(tǒng)是由各種材料制成的塊體砌筑而成的外墻圍護體系。

　　由于鋼結構體系的框架承重特性，外墻圍護體系的砌體應選用不承重的新型輕質砌塊，通常采用的砌塊如蒸壓加氣混凝土砌塊墻體、混凝土小型空心砌塊墻體 ( 普通型和輕集料 ) 、粉煤灰砌塊墻體等。

　　其中，蒸壓加氣混凝土砌塊墻體的應用最為廣泛，技術相對更加成熟。

　　板材型墻體可以定型化設計、工廠化生產，適合于裝配式施工建造，更加符合工業(yè)化住宅發(fā)展的要求。

　　隨著我國建材工業(yè) 的發(fā) 展，以及大量引進國外先進的建材產品生產線，作為建筑物外圍護結構的墻體板材品種越來越多。

　　根據材料的組成類型可分為單一材質墻板和復合材質墻板 ; 根據生產加工及施工建造工藝不同可分為工廠預制墻板和現場復合拼裝墻板;按板型，板材類墻體材料又分大板和條板。

　　4我國鋼結構住宅技術體系實踐

　　我國近十年來，各地進行了多高層鋼結構住宅的工程實踐或工程示范，這些項目積累了一定的經驗。

　　通過對國內鋼結構住宅實踐工程的體系構成的使用情況進行統(tǒng)計，可以發(fā)現，目前國內鋼結構住宅的結構形式以框架――支撐、框架――剪力墻以及框架――核心筒為主，特別是框架――剪力墻與框架――核心筒廣泛的應用于高層住宅中。

　　我國目前的鋼結構住宅中，樓板與圍護體系紛繁復雜，統(tǒng)計的18個項目使用了11種樓板，16種圍護材料。

　　這充分表明我國鋼結構住宅尚處于起步和探索階段，尚未形成有代表性的體系。

　　更為突出的問題是，受到配套材料和傳統(tǒng)設計思維的限制，這些項目大多沒有采用體系化的技術構成及設計方法，多數沿用了鋼筋混凝土結構的設計方法，不能充分發(fā)揮鋼結構的優(yōu)勢。

　　結構體系的應用情況

　　5.小結

　　鋼結構體系主要是一種采用大跨度、大開間的框架加抗側力體系構成承重結構，而可供采用的圍護體系、樓板體系類型多樣，各有優(yōu)勢。

　　圍護體系及樓板體系的選擇受到多種因素的制約與影響。

　　通過國內近年來的工程實踐與示范項目調查，發(fā)現尚缺乏主要配套體系，尤其是板材類維護體系。

　　由此看出，圍護體系與樓板體系的工業(yè)化程度決定了鋼結構住宅的發(fā)展水平。

　　同時，鋼結構住宅設計必須結合結構體系、圍護體系、樓板體系等進行綜合的考慮。

　　輕鋼結構住宅框架結構體系的設計【3】

　　【摘要】本文主要圍繞著輕鋼結構住宅框架結構體系設計工作展開分析，探討了輕鋼結構住宅框架結構設計的流程和步驟，分析了設計的要點，以及需要注意的地方，希望能夠為輕鋼結構住宅框架結構設計工作提供參考。

　　【關鍵詞】輕鋼結構;住宅;框架結構;設計

　　一、前言

　　隨著建筑設計行業(yè)的進步，輕鋼結構住宅框架結構越來越流行，成為了當前建筑行業(yè)廣泛使用的一種建筑結構體系。

　　為了提高輕鋼結構住宅框架結構使用效果，必須要分析其設計的要點。

　　二、鋼框架結構體系

　　鋼框架體系的主要受力構件是框架梁、框架柱，它們通過鋼接共同抵抗豎向荷載和水平荷載。

　　框架節(jié)點是結構整體性的關鍵部位，許多震害表明節(jié)點往往是導致結構破壞的薄弱環(huán)節(jié)，框架結構的側向剛度小，屬于柔性結構，在強震作用下，由于彈塑性變形所產生的水平位移較大，框架結構的自振周期長，自重小，地震荷載作用小，對抗震有利。

　　但另一方面，高層框架由于側向剛度小，在強震作用下的頂端水平位移和層間水平位移都過大，導致非結構構件如填充墻、建筑裝修和設備管道等性破壞嚴重。

　　在地震過程中，這些非結構性的破壞常常危及到生命財產的安全，而且震后的修復工作和投資往往也是很大的。

　　鋼框架體系在水平荷載的作用下產生水平位移，要滿足規(guī)范的要求必須增大框架的抗側力能力，框架體系的抗側力能力主要取決于梁、柱剛度，要提高框架體系中梁、柱剛度，只有增大梁、柱的截面面積，而梁、柱的截面過大會影響住宅的建筑布局和室內空間，因此受水平位移限制的影響鋼框架體系的住宅一般都在10層以下。

　　三、鋼結構建筑設計的原則

　　針對鋼結構建筑穩(wěn)定問題，在實際設計中，我們必須遵循以下幾個原則：

　　1、結構整體布局必須考慮整個體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求。

　　目前結構大多數是按照平面體系來設計的，如桁架和框架都是如此。

　　為保證這些平面結構不致出平面失穩(wěn)，需要從結構整體布置來解決，亦即設計必要的支撐構件。

　　這就是說，平面結構構件的出平面穩(wěn)定計算必須和結構布局相一致。

　　2、結構計算簡圖和計算方法所依據的簡圖相一致，這對框架結構的穩(wěn)定計算十分重要。

　　目前在設計單層和多層框架結構時，經常不作框架穩(wěn)定分析而是代之以框架柱的穩(wěn)定計算。

　　在采用這種方法時，計算框架穩(wěn)定時用到的柱計算長度系數，自應通過框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計算等效力框架穩(wěn)定計算。

　　然而，實際框架多種多樣，而設計中為了簡化計算工作，需要設定一些典型條件。

　　四、輕鋼結構體系的主要類型

　　針對低、高層鋼結構建筑的需求，當前主要采用的幾種典型輕鋼結構體系類型包括以下幾類：

　　1、冷彎薄壁型鋼結構體系

　　這種結構體系的構件采用薄鋼板冷彎成為C形、Z形、U形等結構件，能夠的按度使用，同時也可以組合使用由于各個桿件之間的連接采用自攻螺釘進行連接，因此這種鋼結構體系節(jié)點的剛性難以得到保證，其抗側能力較差，通常只適合于1～2層的低層建筑或者是別墅

　　2、框架結構體系

　　當前，框架結構體系廣泛的應用在多層鋼結構住宅的建設當中由于其縱向與橫向都設置有鋼制框架，且門窗的設置較為靈活，能夠提供空間較大的開間，利于住戶的二次設計，能夠很好的滿足多種生活需求鋼框架結構體系在設計的過程中充分考慮到了樓蓋的組合作用，并將之應用到多層建筑當中，能夠很好的滿足建筑的抗側需求但是，由于當前框架柱主要以H型鋼為主，其軸向的梁柱連接剛度不足，所以在設計施工過程中需要予以謹慎處理

　　五、輕鋼結構住宅框架結構體系設計要點

　　1、純框架結構體系的設計

　　純框架結構體系是鋼結構住宅的基本體系，不設置柱間豎向支撐，可以采用較大的柱距和獲得較大的使用空間，結構自振周期長，對地震作用不敏感，有很好的延性。

　　框架的梁柱連接應該采用剛接節(jié)點，以便形成抵抗風荷載以及水平地震作用的抗側力結構。

　　對于結構內部的一些次要的構件，如局部的平臺及樓梯間等的梁柱節(jié)點，也可以采用鉸接連接而不形成抗側力結構，這樣既可以簡化連接構造和靈活布置，且由于僅承受豎向荷載，使構件截面尺寸相應減小。

　　鋼框架結構的側向剛度較柔，在風荷載和水平地震作用下，將產生較大的水平位移。

　　雖然強度也是設計時要考慮的重要條件，但是，一般情況下，由于鋼材這種材料的高強度和很好的柔韌性，只要滿足了《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》對結構層間位移限值的要求，結構構件的強度要求一般也可以滿足，結構的剛度會在設計中起決定作用。

　　目前，框架體系多用于2～3層的商場、別墅、住宅等建筑。

　　2、框架中心支撐體系的設計

　　當框架體系層數較多時，由于側向作用力的增大，使得梁柱等構件尺寸也相對較大，失去其經濟合理性。

　　這時宜增設支撐，形成框架支撐體系。

　　中心支撐體系包括十字交叉支撐、單斜桿支撐、人字形或V形支撐。