钢结构住宅是未来我国住宅的发展方向

摘要： 阐述了钢结构住宅的最新发展，并结合我国国情，借鉴国外先进技术，提出了我国钢结构住宅是未来住宅的发展方向和推动钢结构住宅在我国广泛应用的措施和建议。

关健词：钢结构住宅抗震性能 集成化 钢-混凝土组合结构可持续发展

Abstract: the article discusses the latest development of the steel structure housing, and combined with actual situation in China, learn from foreign advanced technology and puts forward the steel structure housing is the future direction and promote the development of the residence of the steel structure housing in our country wide application of the measures and Suggestions.

Key words: the steel structure housing, the seismic performance integrated steel and concrete composite structure sustainable development

中图分类号： TU391 文献标识码：A 文章编号：

随着城市进程，我国住宅建设仍将有几十年的发展时期，住宅建设资源的合理开发与可持续发展问题决定着未来住宅的发展方向。

近年来，全国大中城市已陆续禁止用实心粘土砖，砂石场也受到限制或部分关闭。另一方面我国是产钢大国，每年的钢产量超过亿吨。且钢结构建筑抗震性好，施工周期短，可回收再利用。能够标准化设计、工厂化生产、现场化装配，有利于实施建筑产业化和控制建筑质量。但应用到住宅建筑中与钢结构配套的其他部品目前尚不成熟，表现在品种少，质量差，科技含量低。主要原因还是受造价的限制。配套设施还有待于开发。

钢结构住宅在欧美已经有几十年历史了，在日本它凭着具有良好的抗震性能也得到了非常广范的应用，日本百分之七十的建筑是钢结构的。国外钢结构的住宅一般为1~2层的别墅建筑，我国人口众多，土地资源少，宜开发多层和小高层住宅。经济分析表明高度在6~12层为宜，一般不超过18层。因为超过18层的建筑防火等级更高，会提高造价，另一方面，钢结构较柔，建造更高的住宅建筑要控制结构变形不宜过大会增加用钢量。

1、钢结构住宅的优势：

1.1、节约、环保。少用沙土，水泥、水。钢结构具有可拆、可改、可循环、可再生的特点。

1.2、空间划分灵活可变。

1.3、抗震能好。

1.4、可集成化、施工快。

钢结构住宅的抗震性能分析

针对钢结构和混凝土抗震性能课题，采用中国建筑科学院PKPM系列软件TAT和SATWE计算分析。

2.1 设计模型

本文采用的设计模型为一幢六层民用住宅，其建筑平面见图1。建筑总长度26.4m。总宽度12.3m,总高度18.0m，每层建 面积313.75m2 , 总建筑面积为1882.5m2，每户建筑面积78.438m2 ，属于中档住宅，适用于普通工薪阶层。

图1建筑平面

1.2结构设计

1.2.1结构形式

钢框架

1.2.2 荷载计算

楼面荷载活荷载为2.0KN/ m2 ;风荷载沈阳市取w0=0.55KN/ m2地面粗糙度类别Ｃ类；抗震烈度7度,设计基本地震加速度值为0.10g。

2.2.3 计算结果

结构自振周期如表1所示

表1 结构自振周期

框架类型 横方向 纵方向

T1 T2 T3 T1 T2 T3

钢框架 1.4952 0.5069 0.3197 1.6982 0.5882 0.3515

混凝土框架 1.1515 0.3852 0.2493 1.3585 0.4646 0.2817

2.3分析结果

由表1可看出钢结构的住宅自振周期长，相应地震作用较小，有利于建筑抗震。

大震作用时，填充墙开裂，刚度很快减小，周期变长，地震反应变小更有利于钢

结构主体的抗震。因此钢结构的住宅抗震性能更好。对于钢框架、钢框架-支撑、

钢管混凝土框架钢管混凝土框架-支撑4种结构形式的研究表明（见钢结构住宅的

技术经济分析），其中最经济的结构形式为钢管混凝土框架-支撑结构，它能够承担

较大的地震力，结构的抗震性能最好，比钢筋混凝土框架结构的造价还要低。

3.钢结构住宅设计过程中应注意的问题

3.1 钢材选材中应注意的问题

在钢材的选用上应满足强度、塑性、韧性及可焊性的要求；钢材强度指的是抗拉强度和屈服强度，钢材应具有较高的屈强比，其屈服强度的上限值和下限值应适当。钢材的塑性表现在伸长率和冷弯性能两项指标上，反映钢材承受残余变形量的程度及塑性变形能力。对抗震结构还必须满足冲击韧性的要求。钢材另一重要的其本要求是对化学成份含量限制，它将直接影响结构的可焊性，应控制钢材的碳当量。在高层钢结构中，厚钢板的应用较为广泛，在梁-柱节点范围，当节点约束较强，板厚等于或在于50mm时，应附加要求板厚方向的端面收缩率，以防发生平行于钢材表面的层状撕裂。

3.2对梁计算的进一步考虑

一般对梁的计算中，不考虑楼盖作为梁的受压翼缘的有利作用，若考虑该作用，则形成钢混凝土组合T型梁。最近的研究表明，只要采取合理的构造措施，钢混凝土组合T型梁具有良好的整体工作性能、整体和局部稳定性。因此，在相同的荷载作用条件下，考虑楼盖的作用，将减小梁截面，节约材料用量。

3.3节点设计细节

节点是钢结构抗震的薄弱部位，在设计中应该足够重视，保证节点具有足够的强度和延性，同时，节点构造要简洁，便于施工。

目前梁-柱节点有两种常用形式，一种是内隔板节点，另一种是外肋板节点。因为内隔板节点比外肋节点省空间，在住宅结构中较多采用，但国内外的工程实践和震害调查均发现此种节点构造存在一些问题。在设计中，需采用“强柱弱梁”，“强节点弱杆件”的原则，在强震下允许梁发生局部塑性变形，形成“塑性铰”。可利用转动来消耗地震能量，避免节点发生脆性破坏。为达到这一目的，在避免增加结构的刚度和接头部位的应力集中情况下，根据上面的“强节点弱杆件”的原则适当削弱梁，使在梁上出现“塑性铰”。这种做法在美国等地已有应用，但造价较高。新型节点亟待研究开发。

钢结构柱脚有外露板式（铰接或刚接）、埋入式和外包混凝土式。埋入式和外包混凝土式柱脚具有较好的抗震能力，地震区应优先采用。外露板式柱脚的震害说明锚栓是抗震薄弱部件，在抗震设计中应充分考虑地震剪力，增强锚栓的抗震强度。

钢结构连接的破坏许多是由于焊接质量不良引起的，因此，保证施工质量，严格管理，加强对各个环节的监督极为重要。

4、钢结构住宅将向可持续建筑方向发展。

可持续建军筑是对可持续发展有积极贡献的建筑，是既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的构成危害的建筑。

3.1节约化措施。改进建筑的热工性能，利用自然通风与采光，利用各种清

洁能源和再生能源，采用高效照明，减少采用机械设备改进建筑热工性能的手段，选择低蕴能建材（如尽量少用粘土砖），利用旧建材与地方材料。选择制造时耗水少的建材, 选择耐久性强的建材，以利于循环利用。

3.2生态化措施。从土壤成份、结构分析入手，以适当的建筑形式和设备措施达到顺应小气候、改进微环境。

3.3人性化措施。提供更高质量的声、光、热、湿度环境和景观环境。加强自然通风。控制楼板刚度，减小楼板颤动，避免住户产生不舒适的感觉。

3.4无害化措施。使用清洁能源。精心处理设计中、施工时对场地的影响。

3.5集约化措施。实现生命周期成本预算。标准化，工厂化，可降低造价。钢结构住宅更多的重复利用，更少的废物。

5．结论

由于国家政策、钢材生产、钢结构体系具有混凝土结构所无法比拟的抗震性能好、施工快捷、造价合理的优点。并且空间布置灵活、开间大，具有更强的商业竞争能力,钢结构住宅的设计研发等诸多方面的有利因素，近几年我国的钢结构住宅处于建国以来最好的发展时期，而且还会在相当长时期内得到长足的发展。钢结构住宅是未来我国住宅的发展方向。

参考文献

1 聂建国，赵楠，等，“钢管混凝土与钢梁斜交节点的试验研究”，工业建筑，2004年第12期。

2 黄真，李木谦，“钢结构住宅的技术经济分析”工业建筑，2002年增刊

3 陈全，石永久，王元清，等，钢混凝土叠合板组合楼盖在多层轻钢房屋中的应用，工业建筑，2001年第6期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。