浅议钢结构住宅结构设计若干问题

白虎林

摘要：随着我国钢铁制造业和建筑行业的发展，钢结构在住宅建筑中应用的范围越来越广，在住宅建筑中使用钢结构有利于提高建筑的整体质量，并且随着建筑住宅结构设计难度的不断提高，钢结构在住宅结构的设计中同样遇到了一些难题。通过对钢结构住宅结构设计问题的研究，介绍了钢结构的基本情况，分析了钢结构住宅结构设计存在的问题，以期提高钢结构在住宅结构设计中应用水平与建筑物的整体质量。

关键词：钢结构；住宅结构；设计问题

中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-109-02

前言

钢结构越来越多的应用在住宅结构的设计中，而且钢结构相对于其他建筑材料相比，具有一定的优势，既符合住宅结构设计的美观要求，同时钢结构具有便于回收、质量较轻、便于施工等优点，能够重回收和利用。现阶段，钢结构正逐步应用在住宅结构的设计中，已经初步取得了一定的成果，但由于钢结构的应用正处于探索阶段，在住宅结构设计中仍然存在一些问题亟需解决。

1.钢结构住宅结构设计概况

1.1钢结构住宅结构体系

钢结构住宅结构体系主要分为三类，分别是低层钢结构住宅、小高层和多层钢结构住宅、高层和超高层钢结构住宅。

（1）低层钢结构住宅。别墅式低层钢结构住宅大部分是应用轻钢龙骨结构体系，其可以分为两种类型，分别是冷弯薄壁型钢龙骨结构体系和小型热轧型钢龙骨结构体系。冷弯薄壁型钢龙骨结构是由0.5至3.5毫米厚度的普通钢板或者是镀锌钢板进行冷压和冷弯形成的，主要的形状有c、A、L形和方形，而且卷边也是具有多种形状的，可以拼接成I形和T形，主要目的是提高钢结构截面刚度和承载力。热轧型钢龙骨结构是由间距在1.2至2米的轧制矩形钢管或者利用一定数量支撑的H型钢柱与柱铰接的H型钢梁构成的框架，其与冷弯c形结构相似。

（2）小高层和多层钢结构住宅。这种类型的钢结构住宅进行承重的体系大部分是纯框架结构体系，这种体系是在钢结构垂直平面上不设置斜杆传导的路径，住宅建筑平面布置明确，制作灵活简便，而且钢结构各个部分的刚度均匀，结构简单，但是其抗侧移刚度低。

（3）高层和超高层钢结构住宅。高层和超高层钢结构住宅主要分为以下四种钢结构住宅体系：一是钢框架剪力墙结构体系。主要是在钢结构框架内使用具有竖缝的钢筋混凝土抗震墙板和预埋钢支撑的预制钢筋混凝土墙板，会与室内横隔墙相结合形成抗侧力构件；二是钢框架支撑结构体系。这种类型的体系主要是沿着房屋进深方向进行钢支撑的布置，或者是沿着房屋的进深进行纵向布置，适用于抵抗小震和中震的抗侧移刚度；三是钢筋混凝土组合结构体系。这一结构主要是使用钢管、圆钢管和方形管；四是空间错列桁架结构体系，这种钢结构体系的高度与楼层一致，跨度与房屋宽度一致的桁架，其支撑在房屋外侧的纵列柱上，错列布置的方式进行设置，在桁架的上弦和下弦上分别设置楼板。

1.2钢结构构件种类

钢结构住宅结构构件的截面主要分为冷弯焊接方管截面、热轧型钢截面、钢骨混凝土截面、焊接箱形截面等形式，就钢结构住宅柱子的形式来看，主要有圆钢管混凝土、方钢管混凝土、方钢管和热轧型钢管。

2.钢结构住宅结构设计若干问题

2.1钢结构住宅结构的节点设计

在钢结构住宅结构的结构体系当中，节点设计与钢结构构件设计是同等重要的，所以必须充分认识到节点设计的重要性，在节点设计时给予充分的重视。钢结构住宅结构设计的节点设计主要包括以下几个部分：柱梁节点设计、柱脚节点设计、柱帽节点设计、柱与柱之间的节点设计等，在进行节点设计时，需要保证设计的安全可靠，而且使用简单便捷、安全稳定的施工工艺，避免出现施工现场进行焊缝连接施工。钢结构的节点形式可以根据传力特点分为绞节点、刚性节点和半刚性节点三种，目前刚性节点和绞节点的受力性能和施工工艺比较成熟，所以广泛应用于住宅结构设计之中。应用的柱梁节点设计连接，可以分析住宅结构与钢结构的布置情况，根据建筑工程施工的实际情况进行设计，在住宅设计时，多层房屋的钢结构使用焊接工字形和箱形的截面，并且因为工字形截面焊接的模板较薄，所以大多情况下使用铰接的形式。铰节点的形式较为简单，施工简便，但是铰节点易加大梁跨的弯矩，导致钢用量增加。刚性节点的构造较为复杂，但是可以使跨中弯矩降低，节省钢材的使用。半刚性节点由于受力情况较为复杂，因而应用相对较少。

2.2选择墙体材料

通常情况来看钢结构自身重量较轻，布置设计灵活简便，易于更改，因而钢结构在住宅结构设计中不宜使用传统的建筑材料或者之中较大的材料，所以钢结构住宅结构设计经常使用较为轻质的材料，例如空心混凝土砌块、加气混凝土、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体等。目前建筑行业钢结构住宅结构设计使用较多的是蒸压轻质加气混凝土板，这种材质质地轻便，防水、防渗透和保温性能良好，材料的强度较高，施工简便和可靠。在实施钢结构住宅结构的墙体设计时，需要明确规定钢结构连接件的强度、尺寸以及材质等，选择连接方式时需要考虑墙体与主体结构的特点，尽量使用简易便捷的施工方法，从而提高钢结构的施工效率。

2.3卫生间、厨房的设计问题

钢结构住宅结构设计过程中，卫生间和厨房的设计是比较重要的内容之一和工作环节。由于钢结构自身的防腐能力较差，但是卫生间和厨房是住宅中使用水最多的位置，所以需要做好卫生间和厨房的防水工作。在住宅中普遍使用的防水方式是结构防水和材料防水，相对于钢结构来说结构防水的效果更好一些。根据上文来看，把卫生间和厨房放置在框架核心筒结构体系的核心筒内部，以便保证良好的防水效果，但是其它住宅结构体系的防水设计需要依据工程的实际情况进行确定，例如框架和支撑体系通常使用压型钢板混凝土组合时，会在墙角的位置把混凝土向上翻100至150毫米。但是由于目前钢结构住宅仍处于推广阶段，防水问题尚且有待进一步研究。

2.4楼梯问题

其他钢结构体系的建筑，楼梯大部分是使用钢楼梯，但是住宅结构设计时，几乎不会使用钢楼梯，主要是因为钢材料自身的传音能力强，所以钢结构住宅结构设计的楼梯主要运用混凝土楼梯和压型钢板混凝土组合楼梯。在具体的钢结构住宅结构楼梯设计时，特别注意楼梯梁的位置设计，可以使用6毫米的钢折板作为踏板，浇筑混凝土，在踏板两端使用L50x6角钢，同时利用M12螺栓与楼梯梁进行连接，表面会出现强烈的音传导，而且可以解决楼梯梁能否顺利承重的问题，避免出现局部失稳的状况。

2.5楼盖体系

多层房屋住宅结构的钢结构楼板需要具备较强的承载力、整体性和刚度，目前来看经常使用的方法是在钢梁上铺设压型钢板，之后进行钢筋混凝土板的浇筑，继而形成压型钢板组合楼板。楼盖通常使用简支等高的连接方式，但是偶尔也不需要做成等高连接，例如为了压型钢板铺设便利，就需要在主次梁顶面相差压型钢板厚度，也可以提供住宅建筑的层高。此外在设计时，需要考虑钢梁和楼板的组合情况，从而提高钢梁的承载力和稳定性，有利于降低钢梁的刚度，节约钢材，由此使工程成本降低。在进行压型钢板组合混凝土楼板的设计时，不仅需要计算钢梁上焊接的栓钉，而且还要进行有效连接，连接方式可以根据压型钢板的纵向波槽的压痕，亦或是根据小洞、未闭合孔眼，或者是压型钢板上焊接的横向钢筋。

3.结语

综上所述，城镇化水平和人口数量的增多促进了我国建筑行业的发展，就目前来看钢结构在住宅结构的设计中应用日趋广泛，钢结构住宅结构的设计水平也随之不断提高。通过对钢结构住宅结构设计若干问题的研究，有利于进一步完善钢结构在住宅建筑的设计，同时可以扩大钢结构的应用范围。钢结构住宅结构设计水平的提高，有利于解决钢结构住宅结构的设计问题，由此提高我国住宅结构的设计水平和整体质量。