钢结构住宅建筑设计探讨

摘要：钢结构住宅的建筑设计是钢结构住宅设计的重要组成部分。钢结构住宅不同于传统的砌筑式住宅, 具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工快等优点, 钢构件以工厂加工为主, 易实现标准化、模数化、系列化, 同时, 其结构体系及维护体系也有别于传统的住宅。本文将围绕钢结构住宅建筑设计进行探讨。

关键词：钢结构住宅建筑设计探讨

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

一、钢结构住宅建筑设计的一般原则

1、促使平面设计趋向网格化原则

钢结构住宅建筑的框架结构决定了钢结构住宅建筑平面设计趋向网格化。建立在建筑模数制基础上的网格应满足联系结构和建筑的纽带。网格有多种，可以是均匀的，也可以是不均匀的。

2、促使钢结构住宅功能设计更加开放化原则

现代的社会需要使钢结构住宅建筑的功能设计趋向开放化，同时钢结构住宅的结构特性也为建筑功能设计的开放化创造了条件。现代社会生活的多元化发展，使人们的个性得到了进一步的张扬，人们越来越要求住宅这个特殊的商品在具有灵活的功能设计上，以适应他们的这种要求．平面功能的开放设计正是满足这种要求的有效方法之一。

3、更加专业的剖面设计原则

钢结构住宅的建筑剖面设计的专业化始终归因于钢结构建筑设计的复杂性。钢结构住宅底层是否架空、剖面层高的最终确定、顶层层高和屋面形式的确定、结构是否错层等等，都要求对剖面设计进行专门研究，需要进行详细的特殊的剖面设计。

4、保证住宅建筑设计整体化原则

一般的建筑设计师对于钢结构建筑的结构体系不是很了解，因此，一般的建筑设计师在进行钢结构建筑设计时，经常会无从下手，被钢结构建筑的结构所困。而较好的钢结构住宅设计师经常会从钢结构建筑的结构体系出发，力求在设计上有所突破。所以说，钢结构住宅建筑设计应该追求建筑设计和结构设计的整体化。

二、钢结构建筑设计的重点

1、钢结构住宅建筑设计构思

钢结构住宅的构思一方面体现了常规意义上的建筑构思成果, 另一方面更是对钢材这种材料灵活运用的表现。设计钢结构住宅的建筑师必须同结构工程师、设备工程师、甚至机械工程师密切配合, 以保证建筑构思能够在特定的技术条件下得以实施。建筑师只有在深入了解材料的特性、材料所能创造的结构形式及相应的技术措施以后, 才能有更广泛的构思能力, 才能使自己的构思更具有独特性和创造性, 而且方案的可实施性才能更强。

2、钢结构住宅建筑的具体设计

（1）平面设计

户型单元是住宅楼组合中的基本单位，它的方案设计优化在整个住宅建筑设计方案优化中占有极其重要的位置，因此，钢结构住宅建筑设计首先要从研究住宅单元平面人手。钢结构住宅户型单元设计方案优化首先要优化设计步骤。在进行钢结构住宅户型单元设计之前，必须对户型单元的建筑内容进行综合详尽的剖析，即从不同角度并用多种方法去展示它的内容因素。在对户型单元设计内容因素进行全面的，深入的剖析以后，着手进行户型单元设计构思。

任何住宅建筑设计都是在一定的约束条件下进行的。因此，在钢结构住宅户型单元方案的排列与组合中，首先应对制约因素进行分析。

钢结构住宅建筑设计约束因素除应遵守国家建筑法规和技术规范外，还应注意以下方面：

第一，柱网布置应满足规则性要求，宜以住宅单元或套型为单位实现模块化，以模块的平接、接和对称凹接、凸接等多种拼接适应总平面布置的变化。

第二，柱网的合理选用。柱网过大，需要梁构件大，为满足强柱弱梁的抗震要求的柱截面也会增大，总用钢量也会随之增加，从而影响住宅建筑造价。

第三，住宅平面应按模数规定布置。在钢结构住宅的设计中即要考虑到房屋功能方面的要求，又要考虑到钢结构的施工、加工方面的要求，住宅房间平面按模数规定设计，有利于结构构件的模数化以及连接节点的标准化，最终有利于钢结构住宅的生产与施工。

（2）剖面设计

传统结构由于结构布置的局限，受施工等多方面因素的制约而大多使用矩形剖面。钢结构住宅房间的剖面形状与结构本身有着密切的联系，根据钢结构住宅结构形式的特点，可以突破传统的结构形式，大胆尝试各种非矩形剖面。但非矩形剖面与房间的空间组合、家具摆设以及人们的传统习惯有着不可避免的冲突，还需设计人员进一步研究完善。

与传统结构设计相比，钢结构住宅建筑剖面设计可以有效地节省空间高度。由于钢结构采用钢梁、钢柱等构件，要比原有的钢筋混凝土梁或柱截面小，截面的宽度和高度可以有效地减小，这样不仅可以从建筑平面上节省结构所占用的空间，同时也有效地降低了房间上部的梁的高度，在同等建筑净高的情况下，房间的建筑层高可以显著地下降，而且住宅的建筑高度也可以得到控制，即在同样的建筑高度下，建筑的层数可以增加，可显著提高房地产商的经济效益。

（3）立面造型设计

现有的钢结构住宅在考虑形体和造型的方面，还是沿用了传统砖混住宅的形式。设计造型时，主要还是从设计方法上考虑如何通过建筑设计的手段，而不是纯工艺技术的方法，来体现钢结构住宅的特征，不让人觉得钢构件的暴露显得粗野，而是给人以简洁、格调清晰的印象，由于钢结构可以实现大跨度、大空间，因此其开窗所受限制就减到最小。南北立面尽量用大开窗，结合厨卫服务空间墙面开窗少的特点，采用虚实对比的构图方式；材料上采用规则水平线条的实墙与晶莹光洁的玻璃形成对比，同时考虑采用新型外墙保温材料，满足建筑节能减排的要求；色彩上，大胆采用纯度上的色彩进行对比，给人以活跃的现代气息。

三、钢结构住宅体系的设计措施

钢结构住宅体系与一般的住宅体系不同，钢结构住宅体系主要指主体钢结构承重体系、围护系统的结构体系以及楼板结构体系。

1、钢结构承重体系的分类

钢结构承重体系的分类有很多种类，但是应用于住宅体系结构的形式主要有纯框架结构体系、钢框架—支撑结构体系、空间错列桁架结构体系等钢结构体系。其中纯钢架结构体系是指纵横方向的主要是框架作为抵抗水平抗侧力和承重的构件组成的结构体系，这种结构形式的特点主要是可以形成较大的使用空间、平面布置灵活以及钢结构各部分的刚度均匀，构件简单，施工容易等特点。钢框架支撑结构的体系主要是在框架体系中的部分框架柱之间设立竖向的支撑形成的支撑框架，在住宅建筑的设计中采用这种形式的建筑特点是支撑结构可以承载很大的水平力，抗震性能好等优点，这种结构形式主要使用于30 到40 层的高层住宅的建筑。空间错列列桁架结构体系主要是由房屋的跨度和外侧的柱子等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度和建筑楼层的层高相等，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板的一端放在桁架的上弦，另一端放在相邻桁架的下弦。这种钢结构的特点主要是实用性能好，并且经济。这种钢结构形式一般使用于15 到20 层的中高层住宅的建筑。

2、围护结构与主体结构设计的一体化

在国外的住宅建筑中，常见的住宅体系的设计是维护结构与主体结构设计的一体化。在住宅建筑中采用这种结构形式的特点是具有良好的防水性和防腐蚀性，并且屋面的保温隔热效果比较好，而且还可以使建筑的外形丰厚。但是我国的住宅体系，通常把维护结构的设计和主体结构的设计分开进行设计，这样不仅经济效果不好，而且还会增加工期。

3、楼板结构体系的设计

楼面的结构主要有楼面板和钢梁组合而成的，钢结构住宅在设计的过程中，必须应该保证楼板有足够的强度和刚度以及整体稳定性，并且还应该具有防火、隔音以及防水、防腐蚀性能等。在现在的钢结构的楼板结构体系中，主要有以下几种形式：

（1）预制预应力混凝土叠合楼板，这种结构形式主要是指将钢梁与预制预应力混凝土的薄板进行连接，然后在上面浇混凝土薄板形成的叠合装配整体结构。这种结构形式的特点主要是机械化程度高、运输吊装方便，可以采用高强度钢材和预应力技术。

（2）压型钢板混凝土组合楼板，这种结构形式，主要采用蝶形压型的钢板楼板的总厚度应该达到130 mm 到150mm，并且由于组合楼板需要承受传递平衡力的作用，因此应该在钢梁与压型钢板的结合处设置栓钉，并且在设计的过程中，应该综合考虑楼板以及钢梁的组合作用，这样可以提高梁的稳定性和承载能力。

四、结束语

随着钢结构住宅在我国建筑行业的不断推广应用，越来越多的人将会喜爱这一结构形式。与此同时，也会给钢结构应用技术不断提出新的技术要求，需要我们在这一领域不断探索和前进。

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