钢结构住宅结构体系

时间：2022-10-26 07:44:31 建筑毕业论文我要投稿

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钢结构住宅结构体系

　　钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，是以钢结构为骨架，配合多种复合材料的轻型墙体拼装而成，其主要承重骨架是由钢结构或钢管圆管或矩形管混凝土构件组成。

　　钢结构住宅结构体系【1】

　　【摘要】目前钢结构已是发达国家的主导建筑结构，钢结构广泛应用于高层、超高层建筑，大跨度和大空间建筑，中小型工业、商业、社区、文教卫生、高层超高层的民用住宅。

　　钢结构住宅以其巨大的优势引起了广泛的关注。

　　本文阐述了钢结构住宅体系的组成及其相应的适应范围，并简易分析了其技术经济综合效益。

　　【关键词】钢结构住宅;结构体系;住宅建筑

　　它具有钢结构一系列特性，同时又具备一般住宅建筑的共性。

　　一、常用钢结构住宅体系

　　钢结构体系形式有多种，但应用于住宅建筑的钢结构体系主要可分为轻钢龙骨体系、纯钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架一混凝土剪力墙体系、错列析架体系、钢框架一核心筒体系等。

　　不同的结构体系有不同的适用范围，虽然有些结构体系应用范围较广，但通常会受到经济等因素的限制。

　　轻钢龙骨结构体系较适用于1―3层的低层住宅，不适用于强震区的高层住宅。

　　纯钢框架体系一般适用于6层以下的多层住宅，不适用于强震区的高层住宅，并且用于高层住宅经济性相对较差。

　　钢支撑框架体系比纯钢框架体系侧向刚度大，常用于多层及小高层住宅，应用较广;而且当房屋层数较高时，该体系要比纯钢框架体系经济。

　　钢框架―混凝土剪力墙体系常用于小高层及高层住宅;而且从受力特点看出，带缝剪力墙体抗震性能较好，较适用于地震区。

　　错列析架结构体系具有住宅布置灵活、楼板跨度小、结构自重轻和造价低的特点，是一种经济、实用、高效的新型结构体系，适用于多层及小高层住宅。

　　为了体现钢结构住宅的优越性，减轻结构自重，外墙体一般采用轻质复合板，与梁柱的连接方式，主要采用外挂式，也可采用内嵌式。

　　内墙材料一般可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充材料，也可采用纸面石膏板，纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板。

　　楼板体系作为房屋的水平构件，起着支撑竖向荷载和传递水平荷载作用。

　　因此楼板必须有足够的强度、刚度和整体稳定性，还要具有较好的隔音、防水和防火性能，同时宜尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重，并提高施工速度。

　　国外钢结构住宅普遍采用木版为楼层板，我国由于木材资源短缺，现阶段主要采用压型钢板―现浇混凝土组合楼板、预制混凝土叠合板、现浇钢筋混凝土楼板、密排托架―现浇混凝土组合楼板、轻骨料或加气混凝土楼板。

　　钢结构建筑的屋顶依据屋面材料和屋面的结构布置，可以做成平屋顶或是坡屋顶。

　　平屋顶即在钢楼板层的基础上只需将面层换做防水层材料或是彩色涂层牙型钢板，并按要求设置一定的排水坡度和排水天沟。

　　坡屋顶的构造一般是在钢屋架上设置檩条，上铺彩色涂层压型钢板或彩钢板夹芯板，采用彩钢夹芯板，色彩美观，还具有一定的保温隔热效果，施工简便，可以做到不渗水。

　　二、钢结构住宅体系的经济分析及应用

　　钢结构住宅与传统结构相比，在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势，主要体现在以下方面。

　　1、设计制造周期短，设计生产一体化

　　现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短;同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，可以将前期设计和现场的生产手段相结合，通过网络计算机和数控机床结合，使设计人员在工作室中完成设计后，即由工厂的生产线完成产品制作，具有极高的效率和精确度，可以大大减少项目建设周期。

　　2、能够合理布置功能区间

　　与传统住宅建筑相比较，可以采用大开间柱网布置，使建筑平面利用非承重墙体灵活分隔室内空间，形成开放式住宅。

　　同时，可以利用钢结构连接简单的特点，在垂直平面内比传统结构能更好地应用错层、跃层结构。

　　由于钢结构住宅的构件截面尺寸小，可以增加使用面积，提高使用率。

　　3、承载强度高，抗震性能优越

　　相同的荷载，钢结构截面最小，相同的截面，钢结构承载力最大。

　　在抗震设防区，由于钢结构重量轻，其本身所受的地震作用小，且钢材具有高延性，有较好的耗能能力;因此，抗震性能好，结构安全度高。

　　4、综合造价低

　　钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，构件截面小，与砼结构和砖混结构相比，自重比较轻，地基的处理比较容易，基础型式简单，可以降低基础的造价;钢结构施工机械化高的特点，减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。

　　从经济效益角度讲，楼层越高，造价越低;规模越大，成本越小，6-7层的多层成本最高，但综合效益十分可观。

　　5、符合住宅产业化和可持续发展的要求

　　钢结构适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高。

　　它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，将设计、生产、施工安装一体化，提高住宅的产业化水平。

　　钢结构比传统结构的拆除更容易实施，钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小，符合可持续发展的要求。

　　三、我国钢结构建筑基本情况

　　近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构住宅已由选择试点进行建设发展为作为被建设部一种绿色环保建筑列为重点推广项目。

　　特别是在我国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构住宅。

　　综上所述，由于钢结构住宅建筑具有多项优点，在我国住宅建设中得到逐步应用，钢结构住宅体系在我国已经开始逐步走向成熟，随着国家发展节能省地型住宅、建设节约型社会的战略决策实施，作为节能省地型的新型住宅体系的钢结构体系，必将继续迅速发展。

　　钢结构住宅代表了我国未来的住宅发展方向。

　　经过这些年的发展，已具有相当规模，形成了一批科研、设计、制造、施工、监理等骨干企业，广泛应用于国民经济基本建设的各个领域，加上国家对推动钢结构发展给予的政策上的重视和支持，相信钢结构住宅在未来必定有更加美好的前景。

　　参考文献：

　　[1]胡孜华.浅谈我国钢结构住宅的应用与发展[J].中国建设教育，2007，8.

　　[2]王亚，刘坤，赵军.多高层钢结构住宅设计探讨[J] .工程建设与设计，2007，10.

　　[3]蔡玉春，钢结构住宅设计中防火问题的对策研究[J]. 钢结构，2007，3.

　　钢结构住宅体系构成【2】

　　钢结构住宅体系指的是主要承重构件为钢材，围护及分隔构件为新型轻质墙体材料的住宅建筑体系。

　　1.结构体系

　　钢结构住宅的结构体系是由钢结构构件为主的各承重构件构成的结构类型。

　　主要是梁柱组成的框架体系。

　　钢结构体系自重小，自振周期比较长，抗震能力好，但抗侧移刚度小。

　　在风荷载及地震的作用下，其层间侧移与总侧移无法符合规范要求，必须设置多种侧向抗力体系。

　　抗侧力体系由各框架间的连接支撑、剪力墙以及核心筒等构成。

　　因此，钢结构住宅的结构体系又分为：纯钢框架体系、钢框架支撑结构体系、钢框架――剪力墙结构体系、钢框架――核心筒结构体系、错列桁架钢结构体系。

　　住宅设计中选择钢结构住宅体系，应遵循安全、便捷以及经济等原则，结合住宅的功能、模数以及后期维修等具体要求进行，同时还需满足住宅的使用功能，节约投资。

　　整体而言，纯钢结构框架的构件截面较大，影响平面空间尺寸;错列桁架体系中的桁架会影响到平面布置;钢框架――支撑体系中的支撑构件影响到立面门窗的布置;框架剪力墙中剪力墙的位置会影响到门洞与隔墙的布置;框架核心筒的围护体系布置比较灵活，不受结构限制，但是会有部分现场湿作业，施工比较复杂，施工速度慢。

　　因此，在进行钢结构住宅设计时，要根据具体情况，选择结构体系。

　　2.楼板体系

　　楼板体系主要起到竖向支撑与水平传递的作用。

　　建筑的楼板结构必须具有足够的刚度、强度和保证梁的整体稳定性。

　　对于住宅建筑还要有良好的隔声、防火性能，同时要考虑在楼板内敷设管线的空间。

　　各种楼板都会受限于梁的布置，梁露于室内，减少了室内的空间净高，因此对于楼板厚度的研究十分有必要。

　　国外的钢结构住宅通常采用木板楼板层，这主要是由于钢结构对木结构的可替代性，由于木材短缺以及与现行防火安全法规冲突等问题，木板楼板层并不适用于我国，我国目前一般采用的楼板体系有：全现浇楼板、压型钢板――现浇钢筋混凝土楼板、预制预应力叠合现浇楼板、双向轻钢密肋组合楼盖、密排小桁架―现浇混凝土楼板、压型钢板干式组合楼板、预制加气混凝土楼板

　　以上几种楼板结构各有特点，从大范围可分为复合式和单板式。

　　国内已建的钢结构住宅楼板体系大多为预应力叠合板，是介于装配式和现浇式中间的一种类型，反映了目前中国钢结构住宅正处在从传统设计建造方式向工业化生产方式过渡的改革时期。

　　楼板的跨度范围通常为6～7m，预制加气混凝土楼板由于其跨度较小，难以实现钢结构大跨度的优势，现浇钢筋混凝土楼板全部采用现场作业，压型钢板干式组合楼板与双向轻钢密肋组合楼板虽然实现了全部或部分的装配化，但是楼板厚度较大，占用室内空间净高。

　　压型钢板――现浇钢筋混凝土楼板与预制预应力叠合现浇楼板这两种楼板形式，由于跨度适宜，并且实现了部分装配化，楼板厚度为200～300mm，因而成为我国目前应用较广的楼板体系类型。

　　3.围护体系

　　常用的围护体系有：幕墙体系、成品墙板体系以及砌块系统。

　　其中，幕墙是最理想的钢结构围护体系，目前已建成的许多钢结构建筑中都采用了幕墙系统。

　　但是由于造价问题，现阶段幕墙体系无法在住宅中得到普及。

　　外墙围护体系按施工工艺可分为填充和外挂两种。

　　一般选用墙板与砌块作为填充材料，通过内嵌于梁板或楼板的底部而构成。

　　而外挂通常选取轻质墙板，分为小板与大板。

　　填充砌块的设计及施工比较容易，使用比较普及，挂板砌块相对比较复杂。

　　砌块系统是由各种材料制成的块体砌筑而成的外墙围护体系。

　　由于钢结构体系的框架承重特性，外墙围护体系的砌体应选用不承重的新型轻质砌块，通常采用的砌块如蒸压加气混凝土砌块墙体、混凝土小型空心砌块墙体 ( 普通型和轻集料 ) 、粉煤灰砌块墙体等。

　　其中，蒸压加气混凝土砌块墙体的应用最为广泛，技术相对更加成熟。

　　板材型墙体可以定型化设计、工厂化生产，适合于装配式施工建造，更加符合工业化住宅发展的要求。

　　随着我国建材工业的发展，以及大量引进国外先进的建材产品生产线，作为建筑物外围护结构的墙体板材品种越来越多。

　　根据材料的组成类型可分为单一材质墙板和复合材质墙板 ; 根据生产加工及施工建造工艺不同可分为工厂预制墙板和现场复合拼装墙板;按板型，板材类墙体材料又分大板和条板。

　　4我国钢结构住宅技术体系实践

　　我国近十年来，各地进行了多高层钢结构住宅的工程实践或工程示范，这些项目积累了一定的经验。

　　通过对国内钢结构住宅实践工程的体系构成的使用情况进行统计，可以发现，目前国内钢结构住宅的结构形式以框架――支撑、框架――剪力墙以及框架――核心筒为主，特别是框架――剪力墙与框架――核心筒广泛的应用于高层住宅中。

　　我国目前的钢结构住宅中，楼板与围护体系纷繁复杂，统计的18个项目使用了11种楼板，16种围护材料。

　　这充分表明我国钢结构住宅尚处于起步和探索阶段，尚未形成有代表性的体系。

　　更为突出的问题是，受到配套材料和传统设计思维的限制，这些项目大多没有采用体系化的技术构成及设计方法，多数沿用了钢筋混凝土结构的设计方法，不能充分发挥钢结构的优势。

　　结构体系的应用情况

　　5.小结

　　钢结构体系主要是一种采用大跨度、大开间的框架加抗侧力体系构成承重结构，而可供采用的围护体系、楼板体系类型多样，各有优势。

　　围护体系及楼板体系的选择受到多种因素的制约与影响。

　　通过国内近年来的工程实践与示范项目调查，发现尚缺乏主要配套体系，尤其是板材类维护体系。

　　由此看出，围护体系与楼板体系的工业化程度决定了钢结构住宅的发展水平。

　　同时，钢结构住宅设计必须结合结构体系、围护体系、楼板体系等进行综合的考虑。

　　轻钢结构住宅框架结构体系的设计【3】

　　【摘要】本文主要围绕着轻钢结构住宅框架结构体系设计工作展开分析，探讨了轻钢结构住宅框架结构设计的流程和步骤，分析了设计的要点，以及需要注意的地方，希望能够为轻钢结构住宅框架结构设计工作提供参考。

　　【关键词】轻钢结构;住宅;框架结构;设计

　　一、前言

　　随着建筑设计行业的进步，轻钢结构住宅框架结构越来越流行，成为了当前建筑行业广泛使用的一种建筑结构体系。

　　为了提高轻钢结构住宅框架结构使用效果，必须要分析其设计的要点。

　　二、钢框架结构体系

　　钢框架体系的主要受力构件是框架梁、框架柱，它们通过钢接共同抵抗竖向荷载和水平荷载。

　　框架节点是结构整体性的关键部位，许多震害表明节点往往是导致结构破坏的薄弱环节，框架结构的侧向刚度小，属于柔性结构，在强震作用下，由于弹塑性变形所产生的水平位移较大，框架结构的自振周期长，自重小，地震荷载作用小，对抗震有利。

　　但另一方面，高层框架由于侧向刚度小，在强震作用下的顶端水平位移和层间水平位移都过大，导致非结构构件如填充墙、建筑装修和设备管道等性破坏严重。

　　在地震过程中，这些非结构性的破坏常常危及到生命财产的安全，而且震后的修复工作和投资往往也是很大的。

　　钢框架体系在水平荷载的作用下产生水平位移，要满足规范的要求必须增大框架的抗侧力能力，框架体系的抗侧力能力主要取决于梁、柱刚度，要提高框架体系中梁、柱刚度，只有增大梁、柱的截面面积，而梁、柱的截面过大会影响住宅的建筑布局和室内空间，因此受水平位移限制的影响钢框架体系的住宅一般都在10层以下。

　　三、钢结构建筑设计的原则

　　针对钢结构建筑稳定问题，在实际设计中，我们必须遵循以下几个原则：

　　1、结构整体布局必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。

　　目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。

　　为保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。

　　这就是说，平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布局相一致。

　　2、结构计算简图和计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要。

　　目前在设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。

　　在采用这种方法时，计算框架稳定时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效力框架稳定计算。

　　然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。

　　四、轻钢结构体系的主要类型

　　针对低、高层钢结构建筑的需求，当前主要采用的几种典型轻钢结构体系类型包括以下几类：

　　1、冷弯薄壁型钢结构体系

　　这种结构体系的构件采用薄钢板冷弯成为C形、Z形、U形等结构件，能够的按度使用，同时也可以组合使用由于各个杆件之间的连接采用自攻螺钉进行连接，因此这种钢结构体系节点的刚性难以得到保证，其抗侧能力较差，通常只适合于1～2层的低层建筑或者是别墅

　　2、框架结构体系

　　当前，框架结构体系广泛的应用在多层钢结构住宅的建设当中由于其纵向与横向都设置有钢制框架，且门窗的设置较为灵活，能够提供空间较大的开间，利于住户的二次设计，能够很好的满足多种生活需求钢框架结构体系在设计的过程中充分考虑到了楼盖的组合作用，并将之应用到多层建筑当中，能够很好的满足建筑的抗侧需求但是，由于当前框架柱主要以H型钢为主，其轴向的梁柱连接刚度不足，所以在设计施工过程中需要予以谨慎处理

　　五、轻钢结构住宅框架结构体系设计要点

　　1、纯框架结构体系的设计

　　纯框架结构体系是钢结构住宅的基本体系，不设置柱间竖向支撑，可以采用较大的柱距和获得较大的使用空间，结构自振周期长，对地震作用不敏感，有很好的延性。

　　框架的梁柱连接应该采用刚接节点，以便形成抵抗风荷载以及水平地震作用的抗侧力结构。

　　对于结构内部的一些次要的构件，如局部的平台及楼梯间等的梁柱节点，也可以采用铰接连接而不形成抗侧力结构，这样既可以简化连接构造和灵活布置，且由于仅承受竖向荷载，使构件截面尺寸相应减小。

　　钢框架结构的侧向刚度较柔，在风荷载和水平地震作用下，将产生较大的水平位移。

　　虽然强度也是设计时要考虑的重要条件，但是，一般情况下，由于钢材这种材料的高强度和很好的柔韧性，只要满足了《高层民用建筑钢结构技术规程》对结构层间位移限值的要求，结构构件的强度要求一般也可以满足，结构的刚度会在设计中起决定作用。

　　目前，框架体系多用于2～3层的商场、别墅、住宅等建筑。

　　2、框架中心支撑体系的设计

　　当框架体系层数较多时，由于侧向作用力的增大，使得梁柱等构件尺寸也相对较大，失去其经济合理性。

　　这时宜增设支撑，形成框架支撑体系。

　　中心支撑体系包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形或V形支撑。