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摘要：本文根据钢结构在住宅建筑设计中相关问题，在提出钢结构承重体系的分类及其类型选择上，对钢结构住宅设计的一些问题作简要探讨。
关键词：钢结构;住宅设计;承重体系
Abstract: in this paper, according to the related problems in residential building design in the steel structure, in the proposed classification and type selection of steel structure bearing system, makes a brief discussion on some problems of steel structure residential design.
Keywords: steel structure residential design; supporting system;
中图分类号： TU391 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
引言：
随着钢产量的不断提高，经济的不断发展，对绿色环保型建筑的不断要求，钢材应用于住宅建筑主体结构是历史所趋。我国正在加速发展钢结构住宅产业化进程，发展以标准化、系列化、通用化，以专业化、社会化生产和商品化供应为基本方向的住宅产业现代化体制。国家建设部和中国工程建设标准化协会正在组织研制和开发多层轻钢结构的住宅建筑体系的结构选型，新型围护结构与隔断体系以及钢结构构件及配件，结构体系设计与施工技术，编制相应的设计与施工技术规范和规程。可以预见，不远的将来钢结构住宅的发展和应用会有新的飞跃。
1钢结构住宅的建筑设计特点
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。钢结构住宅建筑设计应充分体现标准化、定型化、多样化及通用化的原则。钢结构住宅建筑及部品、零配件的设计应执行模数协调的原则。
2钢结构承重体系的分类及其类型选择
钢结构体系的种类有多种，但应用于住宅的主要形式有以下几种：
2.1纯框架结构体系。纯框架结构体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构件组成的结构体系。其特点为：可以形成较大使用空间，平面布置灵活，适应多种类型的使用功能，结构各部分刚度比较均匀，构件易于标准化、定型化、装配化，构造简单，易于施工；但是抗侧移刚度小。常用于层数不超过12层的建筑。
2.2钢框架-支撑结构体系。框架-支撑体系是在框架体系中的部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑框架，或在框架体系中内部设置若干榀仅承担竖向荷载的带竖向支撑的排架结构，周边则为刚接框架。这种体系具有良好的抗震性能和较大的侧向刚度，支撑结构起着剪力墙的作用，承担大部分的水平力。适用于30-40层的高层住宅结构。
2.3钢框架-剪力墙（筒体）体系。钢框架-剪力墙结构体系是指一般在钢框架内采用带竖缝的钢筋混凝土抗震墙板或内埋钢支撑的预制钢筋混凝土墙板，它可与室内横隔墙结合布置，形成房屋的主要抗侧力构件；对于中间部位房间布置为电梯间、楼梯间、卫生间等时，可以在合适房间的四周布置钢筋混凝土剪力墙而形成的钢框架-筒体结构体系；当外部的钢框架采用3-4米左右的密柱、深梁组成钢框筒时，为钢框筒-筒体结构体系。最大适用高度较高。
2.4空间错列桁架结构体系。空间错列桁架结构体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。是一种经济、实用、高效的新型结构体系。通常用于15-20层的住宅建筑。
3钢结构住宅设计中的问题
在选择了合适的结构体系、柱网布置以后，在设计过程中还要有以下几个值得注意的问题。
3.1 节点设计
钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁－柱节点、梁－梁节点、柱－柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺，减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类：铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟，因此在工程中取得了广泛的应用。
采用的几种梁－柱节点连接形式。由结构布置分析，考虑工程实际情况，在设计时，多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接，而强轴方向则采用刚接形式。从图中我们不难发现，铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济；刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应；而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式，哪一种更加经济可靠，还有待于在实际工程中比较、检验。
3.2 墙体材料的选取
一般来说，为了突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅不宜采用传统的黏土砖或其它自重较大的材料。通常采用轻质材料，比如：空心混凝土砌块、加气混凝土、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、OSB板、CS板等。目前使用的比较多的是蒸压轻质加气混凝土板（Autoclaved Lightweight Concrete）简称ALC板(块)。这种材料质地较轻，具有较好的防水，防渗透能力，保温性能好，隔声效果与一般混凝土空心砌块相当，自身的强度高，施工方便、快捷。无论做外墙还是内隔墙效果都比较理想。
在进行墙体的设计时，要求对连接件的强度、质料和尺寸有准确的规定。对连接方式充分考虑墙体和主体结构的特性，尽可能采用简捷、快速的连接方法，以便于施工，提高作业效率。
3.3 卫生间、厨房设计
卫生间和厨房的设计是钢结构设计过程中比较重要的环节。因为钢结构材料的防腐能力相对较弱，而卫生间和厨房是住宅中用水最多的地方，所以这两处的防水处理十分重要。在其它建筑体系中，防水有两种方法：结构防水和材料防水。在钢结构中，结构防水的效果比较好。正如前文指出，框架-核心筒结构体系把卫生间和厨房放在核心筒内，具有良好的防水性能。对于其它结构体系要根据工程实际情况而定，比如对于框架-支撑体系采用压型钢板混凝土组合楼板时，通常在墙角处将混凝土上翻100~150mm。由于目前钢结构住宅的工程实例不是很多，故这方面还有待进一步研究、开发。
3.4 楼梯
对其它类型钢结构建筑的楼梯大都采用钢楼梯，而住宅体系中则基本不用，原因是钢楼梯的传音效果较好。故钢结构住宅中常常采用混凝土楼梯或者压型钢板混凝土组合楼梯。在设计时要注意楼梯梁的放置位置和处理，因为通常情况下，这里会出现梁-梁连接，这种连接会使得被连接梁承受集中荷载，这样该梁比较容易发生局部失稳。
该钢楼梯采用6mm钢折板做踏板，上面浇注混凝土，踏板两端用L50×6角钢与楼梯梁（槽钢）通过M12螺栓连接。这种做法利用40mm混凝土克服了一般钢梯传音效果好的弱点，同时槽钢上翼缘可以焊接合金楼梯扶手，施工简便，值得推广。
3.5 楼盖体系
多层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性，当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板，再浇注100mm左右的钢筋混凝土板，即形成压型钢板组合楼板。楼盖梁一般采用简支等高连接，有时也可做成不等高连接，如采用压型钢板组合楼板时，为了便于铺设压型钢板，主次梁顶面需相差压型钢板厚度，同时还可以增大建筑净层高。在设计过程中，要考虑钢梁和楼板的组合作用，这样会显著提高粱的承载力和整体稳定性，并有效降低梁高，节约用钢，降低工程造价。
压型钢板组合混凝土楼板，除了按计算(并满足构造要求)在钢梁上焊接栓釘外，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施，根据相关的规范规定，其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板的上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。
4结语：
我国钢结构住宅正得到大力地发展，但从建筑、结构设计到制作安装，各个环节我们都与国外先进水平有很大的差距。作为设计人员，应在工作中应该脚踏实地的积极创新；专业研究人员则应对钢结构设计理论和设计方法进行深入系统的研究；技术主管要加强对从业人员的技术培训及市场的管理力度。只有这样才能使我国钢结构住宅产业化得到更加健康的发展，成为真正具有国际竞争力的产业。
参考文献：
[1]肖保华.钢结构稳定设计探讨[J]. 现代商贸工业，2010，19（4）
[2]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化,2007
[3]王明贵.钢结构住宅的发展研究[J].钢结构，2007，（1）
关键词：钢结构;住宅设计;承重体系
Abstract: in this paper, according to the related problems in residential building design in the steel structure, in the proposed classification and type selection of steel structure bearing system, makes a brief discussion on some problems of steel structure residential design.
Keywords: steel structure residential design; supporting system;
中图分类号： TU391 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
引言：
随着钢产量的不断提高，经济的不断发展，对绿色环保型建筑的不断要求，钢材应用于住宅建筑主体结构是历史所趋。我国正在加速发展钢结构住宅产业化进程，发展以标准化、系列化、通用化，以专业化、社会化生产和商品化供应为基本方向的住宅产业现代化体制。国家建设部和中国工程建设标准化协会正在组织研制和开发多层轻钢结构的住宅建筑体系的结构选型，新型围护结构与隔断体系以及钢结构构件及配件，结构体系设计与施工技术，编制相应的设计与施工技术规范和规程。可以预见，不远的将来钢结构住宅的发展和应用会有新的飞跃。
1钢结构住宅的建筑设计特点
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。钢结构住宅建筑设计应充分体现标准化、定型化、多样化及通用化的原则。钢结构住宅建筑及部品、零配件的设计应执行模数协调的原则。
2钢结构承重体系的分类及其类型选择
钢结构体系的种类有多种，但应用于住宅的主要形式有以下几种：
2.1纯框架结构体系。纯框架结构体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构件组成的结构体系。其特点为：可以形成较大使用空间，平面布置灵活，适应多种类型的使用功能，结构各部分刚度比较均匀，构件易于标准化、定型化、装配化，构造简单，易于施工；但是抗侧移刚度小。常用于层数不超过12层的建筑。
2.2钢框架-支撑结构体系。框架-支撑体系是在框架体系中的部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑框架，或在框架体系中内部设置若干榀仅承担竖向荷载的带竖向支撑的排架结构，周边则为刚接框架。这种体系具有良好的抗震性能和较大的侧向刚度，支撑结构起着剪力墙的作用，承担大部分的水平力。适用于30-40层的高层住宅结构。
2.3钢框架-剪力墙（筒体）体系。钢框架-剪力墙结构体系是指一般在钢框架内采用带竖缝的钢筋混凝土抗震墙板或内埋钢支撑的预制钢筋混凝土墙板，它可与室内横隔墙结合布置，形成房屋的主要抗侧力构件；对于中间部位房间布置为电梯间、楼梯间、卫生间等时，可以在合适房间的四周布置钢筋混凝土剪力墙而形成的钢框架-筒体结构体系；当外部的钢框架采用3-4米左右的密柱、深梁组成钢框筒时，为钢框筒-筒体结构体系。最大适用高度较高。
2.4空间错列桁架结构体系。空间错列桁架结构体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。是一种经济、实用、高效的新型结构体系。通常用于15-20层的住宅建筑。
3钢结构住宅设计中的问题
在选择了合适的结构体系、柱网布置以后，在设计过程中还要有以下几个值得注意的问题。
3.1 节点设计
钢结构体系当中，节点的设计和构件的设计具有同等的重要性，因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁－柱节点、梁－梁节点、柱－柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠，并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺，减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类：铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟，因此在工程中取得了广泛的应用。
采用的几种梁－柱节点连接形式。由结构布置分析，考虑工程实际情况，在设计时，多层房屋钢结构柱多采用焊接工字形或箱形截面，由于焊接工字形截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与粱的连接多采用铰接，而强轴方向则采用刚接形式。从图中我们不难发现，铰节点形式简单，施工方便，但它使得梁跨中弯矩加大，增加用钢量，不经济；刚性节点构造复杂，但其有效的降低了跨中弯矩，节约了用钢，有较好的经济效应；而半刚性节点应用比较少，主要是其受力特性比较复杂，往往通过试验来取得较为准确的设计数据。三种形式，哪一种更加经济可靠，还有待于在实际工程中比较、检验。
3.2 墙体材料的选取
一般来说，为了突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅不宜采用传统的黏土砖或其它自重较大的材料。通常采用轻质材料，比如：空心混凝土砌块、加气混凝土、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、OSB板、CS板等。目前使用的比较多的是蒸压轻质加气混凝土板（Autoclaved Lightweight Concrete）简称ALC板(块)。这种材料质地较轻，具有较好的防水，防渗透能力，保温性能好，隔声效果与一般混凝土空心砌块相当，自身的强度高，施工方便、快捷。无论做外墙还是内隔墙效果都比较理想。
在进行墙体的设计时，要求对连接件的强度、质料和尺寸有准确的规定。对连接方式充分考虑墙体和主体结构的特性，尽可能采用简捷、快速的连接方法，以便于施工，提高作业效率。
3.3 卫生间、厨房设计
卫生间和厨房的设计是钢结构设计过程中比较重要的环节。因为钢结构材料的防腐能力相对较弱，而卫生间和厨房是住宅中用水最多的地方，所以这两处的防水处理十分重要。在其它建筑体系中，防水有两种方法：结构防水和材料防水。在钢结构中，结构防水的效果比较好。正如前文指出，框架-核心筒结构体系把卫生间和厨房放在核心筒内，具有良好的防水性能。对于其它结构体系要根据工程实际情况而定，比如对于框架-支撑体系采用压型钢板混凝土组合楼板时，通常在墙角处将混凝土上翻100~150mm。由于目前钢结构住宅的工程实例不是很多，故这方面还有待进一步研究、开发。
3.4 楼梯
对其它类型钢结构建筑的楼梯大都采用钢楼梯，而住宅体系中则基本不用，原因是钢楼梯的传音效果较好。故钢结构住宅中常常采用混凝土楼梯或者压型钢板混凝土组合楼梯。在设计时要注意楼梯梁的放置位置和处理，因为通常情况下，这里会出现梁-梁连接，这种连接会使得被连接梁承受集中荷载，这样该梁比较容易发生局部失稳。
该钢楼梯采用6mm钢折板做踏板，上面浇注混凝土，踏板两端用L50×6角钢与楼梯梁（槽钢）通过M12螺栓连接。这种做法利用40mm混凝土克服了一般钢梯传音效果好的弱点，同时槽钢上翼缘可以焊接合金楼梯扶手，施工简便，值得推广。
3.5 楼盖体系
多层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性，当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板，再浇注100mm左右的钢筋混凝土板，即形成压型钢板组合楼板。楼盖梁一般采用简支等高连接，有时也可做成不等高连接，如采用压型钢板组合楼板时，为了便于铺设压型钢板，主次梁顶面需相差压型钢板厚度，同时还可以增大建筑净层高。在设计过程中，要考虑钢梁和楼板的组合作用，这样会显著提高粱的承载力和整体稳定性，并有效降低梁高，节约用钢，降低工程造价。
压型钢板组合混凝土楼板，除了按计算(并满足构造要求)在钢梁上焊接栓釘外，为了保证混凝土和压型钢板共同工作，它们之间应有连接措施，根据相关的规范规定，其连接措施可以依靠压型钢板的纵向波槽或依靠压型钢板的上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼，也可以依靠压型钢板上焊接的横向钢筋。
4结语：
我国钢结构住宅正得到大力地发展，但从建筑、结构设计到制作安装，各个环节我们都与国外先进水平有很大的差距。作为设计人员，应在工作中应该脚踏实地的积极创新；专业研究人员则应对钢结构设计理论和设计方法进行深入系统的研究；技术主管要加强对从业人员的技术培训及市场的管理力度。只有这样才能使我国钢结构住宅产业化得到更加健康的发展，成为真正具有国际竞争力的产业。
参考文献：
[1]肖保华.钢结构稳定设计探讨[J]. 现代商贸工业，2010，19（4）
[2]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化,2007
[3]王明贵.钢结构住宅的发展研究[J].钢结构，2007，（1）