探讨钢结构住宅建筑的设计和应用

摘 要：钢结构体系是民用住宅建筑的一种新型的绿色环保的建筑结构体系，同时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,钢结构住宅不但要能够体现钢结构建筑特点,而且在满足多样化的住宅功能需求下,钢结构住宅建筑是体现现代空间结构发展的主流，因此应首先结合住宅建筑设计解决住宅户型功能需求与钢结构结构体系的矛盾。本文主要研究讨论钢结构住宅建筑的设计和应用及其所产生的经济效益和社会效应。

关键词：；钢结构住宅；绿色环保；节能，经济效益

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

引言：随着社会的快速发展，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,新型建筑材料的运用越来越多，钢结构建筑材料的研发和利用，不仅可以节能环保，而且还可以最大限度的利用有效地空间，随着建筑业的可持续发展，钢结构将成为我国建筑行业新型的建筑材料。为了配合工业化住宅的建设,钢结构住宅作为一种新型的住宅建筑类型,需要针对钢结构建筑的特点,在建筑设计方面进行研究,并对一些特殊问题进行深入探讨。

一．钢结构住宅的建筑设计特点及存在问题

钢结构住宅建筑是工业化的集成产品,在《钢结构住宅建筑产业化技术导则》中明确指出:钢结构住宅建筑除应满足居住生活行为需求,在设计、制作、运输、安装、维修和管理等环节中还应遵从协调、配合及互动的原则。钢结构绿色节能住宅体系主要是从材料节能、建筑节能、设备节能以及可再生能源的利用等特点入手，从而实现绿色节能的目标。钢结构住宅的设计应以建筑设计为主导,同时与其他专业紧密配合。钢结构住宅建筑设计除要遵循住宅建筑设计一般原则外,还要特别解决以下几个问题:

（1）住宅结构单元的标准化设计与建筑空间造型多样化的矛盾影响绿色建筑的进程

按照钢结构特点,在钢框架范围内可按照使用需求对内部空间进行分割,但对钢结构的外部维护结构的处理,由于受到钢框架结构的限制而无法象传统住宅一样有较大的选择余地。钢结构住宅单元或套型模块设计要综合考虑柱、梁、楼板、外墙板、屋面板和隔墙板及设备、管线的优化选型,但不能因此完全简单划一,要尽量避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板,创造形式丰富多样的钢结构住宅户型。钢结构住宅体系对环境破坏小、污染小，并且住宅体系在改建或者拆迁的材料可以回收利用以及再生利用率比较高，所以钢结构建筑符合绿色建筑的要求，并且与钢结构相配套的技术的轻质材料主要采用的是符合节能建筑要求的新型材料，原材料可以循环使用，而且还有环保、节能的作用，因此，在建筑行业采用钢结构是推进我国绿色建筑的发展的重要方式。

（2）平面布置的系列化原则与住宅多样化功能的矛盾直接影响建筑工程的效益

其一方面钢结构体系要求建筑平面充分适应结构构件标准化设计、工厂化生产、通用化应用、多样化组合的特点,以满足工业化生产及装配式施工的要求,这必然要求住宅单元平面开间及进深尺寸的系列化及标准化。其二方面,居住建筑每个单元体内部功能相对复杂,包含会客、娱乐、就餐、就寝及卫生、厨房等不同的功能分区,在建筑设计上要求达到动静分区、居寝分区、洁污分区;同时要求设计出符合住户心理和生理需要的建筑内部空间,从而带来平面布局的复杂性和多样性。解决这两方面的矛盾关系到如何使钢结构住宅适应多样化的需求,满足住宅市场及住宅消费群的要求,使钢结构住宅能够真正进人市场,并成为有竞争力的住宅建筑类型。钢结构的建筑模数的协调统一标准不仅可以实现建筑工业大规模的生产，而且可以提高建筑的预工程化，使不同的建筑结构的配件具有一定的互换性和通用性。并且钢结构建筑的预工程化可以实现材料加工、建筑安装的一体化，不仅可以降低建筑的成本，而且可以缩短工期，从而提高建筑工程的效益。

（3）建筑设备标准化设计与多标准住宅户型的矛盾

住宅建筑设备部分,如卫生间、厨房间与人的使用密切相关,还涉及水、电等内容,有较多的设备管线。钢结构住宅设计应该尽量避免产生设备管线复杂的穿行及横跨主框架现象,最好能集中布置;厨房、卫生间应采取整体化设计,厨卫设备应符合模数协调原则;实行工厂预制成品、现场组装并为一次装修到位创造条件。而目前的主流户型基本上无法满足以上要求,因此处理好钢结构住宅建筑设备标准化的问题也是钢结构住宅设计必须解决的问题。

二．钢结构住宅体系的设计

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有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有剪力墙的作用，并且可以承载很大的水平力，抗震性能好等优点，这种结构形式适用于30~40层的高层住宅的建筑。空间错列桁架结构体系主要是由柱、平面桁架和楼板组成，桁架高度和建筑楼层的层高相等，在相邻柱上下层交错布置，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与15~20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。

三．钢结构住宅体系的前景发展与应用

综上所述，由于钢结构住宅体系具有诸多的优点，在当前我国的钢结构已经进入一个新的阶段，随着技术的不断革新；将为钢结构住宅提供更好的发展空间和技术支持；钢结构应节能环保的要求，将朝着绿色、无害化以及生态化的方向发展，在我国的建筑行业中将得到更为广泛的应用。随着科学技术的不断发展，钢结构住宅对构建可持续发展的资源性节约型的社会和经济效益的提高具有重要的作用，钢结构住宅体系将向可持续建筑方向发展，可持续建筑不仅可以满足当代人的需要，对我国建筑行业的发展提供好的发展前景，而且可以造福子孙后代。

四．结语

钢结构住宅是一种环保型绿色住宅建筑体系， 它在国内外的快速发展符合住宅产业化的发展趋势。在我国开展钢结构住宅建筑技术开发，具有推行住宅产业化、提高住宅质量的划时代意义。它有利于我国建筑行业技术进步， 有利于促进节能环保型建材的开发和拉动冶金行业内需。可以预期，随着高效建筑钢材的开发和建筑钢结构应用技术的发展， 钢结构住宅建筑必将具有更广阔的发展前景。

参考文献：

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