浅谈中高层住宅的钢结构技术设计

陈天伟

摘要：中高层钢结构住宅是钢结构建筑产业化推广的重要组成部分，也是今后中高层住宅发展的主要方向。合理的户型，灵活分割的概念必将使其在市场上受到欢迎。21世纪是钢结构的世纪，钢结构住宅的发展是大势所趋。相信解决好中高层钢结构住宅适宜的技术问题，必将使中高层钢结构住宅成为推动整个钢结构建筑产业化的排头兵。本文中对钢结构住宅体系进行了综合技术性分析，目的是确定该建筑体系的合理使用范围，为住宅钢结构设计提供理论依据，减少投资的盲目性，为我国的经济建设尽一份力。

关键词：中高层住宅 钢结构 设计

0 引言

钢结构中高层建筑技术在国外应用非常广泛，中高层建筑一般首选钢结构体系。国内对在超中高层建筑中的钢结构技术进行不少的开发研究与应用。然而值得注意的是，对于在大量性类型建筑 （如单元式中高层住宅建筑）中应用钢结构技术，研究较少，正因为长期以来，我国钢结构中高层建筑实例较少，加之其技术含量较高， 尤其是建筑设计领域，对钢结构中高层建筑技术涉及较少。如果将国内外已有的现成钢结构中高层建筑技术照搬，应用于大量性类型建筑建设，势必导致建筑成本增加，建筑适应性差等问题。可见，目前我国的这种钢结构技术状况难以适应大规模建设的需要。

1 中高层建筑钢结构构件截面形式

无论是单独使用，还是与其它材料组合使用，钢结构中高层建筑中的杆件按其在建筑结构中所起的作用，大致可分为三类:轴心受力构件、受弯构件、偏心受力构件，构件类型不同，对截面形式的要求也不相同。按照形成方式，截面形式大致可以分为型钢截面、实腹式组合截面、格构式组合截面三类。型钢截面是指直接用单根型钢制作而成的。目前主要是H型钢截面、组合箱形钢截面。组合截面是指由各类型钢、或型钢与钢板根据需要按照一定的规则纲合起来的截面形式。组合截面形式繁多，在钢结构中应用非常广泛。尽管截面形式千变万化，但它们在设计上考虑的原则，还是一致的。横梁的截面一般为工字形和箱形;柱子的截面一般为工字形、十字形、管形和箱形，截面的组合利用是由下述各种原则支配。力学上的合理性:提高柱、梁、支撑等构件的结构性能。提高抗屈曲承载力和抗弯承载力。获得经济效益:以最少的用钢量，覆盖最大的空间，或跨越最大跨度。装配施工上的合理化:考虑到连接的要求。施工开始前将构件做成型钢组合截面存放。结构造型上的需要:装配式体系里有显示构件本身的附加愿望时等。提高设计上的自由度组合截面能提高构件设计上的灵活性，可使构件的形式较为贴切地符合各种要求。

2 中高层住宅的钢结构技术设计

2.1 变截面梁的模拟计算 利用空间有限元分析软件ALCOR，可直接得到静荷载作用下构件内力。用梁单元建立模型，对屋面梁变截面部分采用单元细分的办法，每一小段单元采用相等的截面面积与惯性矩，且沿梁呈均匀平缓的阶梯状变化，模拟变截面梁，在计算时把变截面梁每米分成为两个单元，计算效果理想，而且发现当把梁继续细分时，所提高的精度在工程上是没有多大价值的。

2.2 中高层纲架柱的计算 长度因为刚架在其平面内没有适当的支撑构件阻止其发生位移，故把刚架视为有侧移刚架。为了得到刚架柱的计算长度，应从整体失稳的角度来确定。

2.3 柱间支撑的设计 在垂直于每榀刚架的方向上为减少柱列的计算长度，必须设置一定数量的支撑。，另外柱间支撑的布置尽量符合均匀受力的原则，以便更好地分担水平剪力。

2.4 楼板设计 钢结构中，楼板采用压型钢板+现浇砼的做法非常普遍，这种做法有其一定的优越性，如：可以省去砼模板、可以减少楼板钢筋等。

2.5 屋面檩条设计 檩条是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能象热轧型钢那样全截面有效。钢架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。结构构件的受拉强度应按净截面计算，受压强度应按有效截面计算，稳定性应按有效截面计算，变形和各种稳定系数均可按毛截面计算。

2.6 屋脊挠度验算 框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，要验算跨中下垂度。作框架分析，将构件分段，用等截面程序计算，每段都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于要验算跨中挠度。跨中挠度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。脊点下垂后常引起屋面漏水。屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时，要验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。

2.7 节点设计 工程中框架钢梁和钢管柱的连接采用刚接，钢梁和砼剪力墙的连接、主梁和次梁的连接采用铰接。钢梁仅在梁腹板处采用高强螺栓连接，大大减少了现场工作量，简化了钢结构的安装程序，提高了钢结构的安装速度。

3 住宅钢结构设计造价案例分析

以我国目前的建设实践而言，商品住宅生产经营成本主要包括土地征用及拆迁补偿费、前期工程费、基础设施费、建筑安装工程费、公共设施配套费，利息支付和管理费用等。本文将就其中几项对住宅钢结构设计与钢筋混凝土结构住宅进行比较和分析。

以广东地区建材价格为例，对常见中高层住宅6层和中高层住宅12层进行估价，结果如表4-1和表4-2所示。表4-1是这两幢住宅分别与相同形式的钢结构住宅的造价比较。住宅钢结构设计自重较轻，对地基承载力要求较砼结构住宅要低，表4-2将住宅钢结构设计和传统的砼结构住宅的结构性能进行了简要的对比。

经过比较分析得出，住宅钢结构设计体系与传统住宅体系相比有许多特定的技术经济优点:①主要构建工业化程度较高，80%可以实现标准化系列化。②建造周期短。大部分钢构件工厂化制作，现场安装，可大大缩短施工工期。预计可缩短有效施工工期的30~50%。③由于住宅钢结构设计以钢材为主，基本杜绝土砖的使用，可减少土地资源的消耗，并且钢材的再利用率明显高于其他结构。

参考文献：

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