钢结构住宅结构设计研究

金顺红

摘要：在我国目前的建设中，住宅钢结构起着举足轻重的作用。钢结构由于其自身的高强度、高韧性和良好的结构抗震性能，在建筑业中得到了越来越多的应用，并得到了越来越多的建筑工程师的青睐。钢结构由于其自重较轻，对降低住宅自重具有十分明显的作用。由于它具有良好的抗震能力，对提高住宅的整体安全性起到了十分重要的作用。然而，随着现代社会，钢结构住宅的复杂性和结构型式日趋多样，钢结构的设计方法也日益引起人们的关注。为了确保建筑物的安全，在使用过程中，钢结构的稳定与防腐设计应引起结构设计者的重视。

关键词：钢结构；住宅；结构设计

1.引言

钢结构是以钢板材料为主要构件，通过热轧、冷弯或者焊接等材料连接而成的，能够直接或者间接承受和传递载荷的结构形式。钢结构一般采用的是钢梁、钢板墙和钢柱等主要承力构件，以及支撑、隅撑和檩条等其他次要构件，通过螺栓连接、焊缝连接等连接形式，进行装配。钢结构由于其自重较低，且具有良好的韧性，比常规的 RC结构更能承载更高的荷载，被广泛应用于大型住宅中。然而，钢结构在使用过程中极易发生不稳定现象，因此，在近几年中，经常发生因钢结构不稳定而引发的工程事故。所以，在钢结构进行设计的初期，就必须对钢结构的承力和传力的特性进行合理的考虑，避免结构的薄弱环节，更好地将钢结构的特性展现出来，让钢结构在结构设计中能够更好地发挥出它的功能。

2.钢筋混凝土框架的稳定原理

2.1整体性原则

在钢结构设计中，应该充分考虑到钢结构构件的受力特点，并结合实际，按照不同建筑物的功能，进行主要受力构件以及必要支撑体系的布置，在不影响建筑物使用功能的前提下，保证钢结构所有平面的稳定性。钢结构平面的稳定性对钢结构整体稳定性起着至关重要的作用，只有在保证钢结构所有平面的稳定性的前提下，在后期的建造和使用时才可以避免失稳情况的发生。

2.2统一性

支撑体系的计算是钢结构稳定设计的重要依据，其功能在于确保结构成为一个整体，因而是钢结构稳定设计中的关键问题，也是影响钢结构稳定的关键因素。在工程实践中，设计者为节省时间和精力，常常依据自己的经验，只考虑部分钢结构的稳定，而不考虑结构的整体平衡。由于缺乏整体平衡的关键数据，导致钢结构的稳定性计算出现误差，所以在设计钢结构时既要考虑结构的整体平衡性，也要考虑构件的局部稳定。

2.3协调性原理

钢结构的截面形式以 H型钢、矩形钢管、圆钢管和格构式组合截面为主。以此为基础，在钢结构的设计过程中，要根据各种形式截面的优点和缺点，对构件截面进行合理的选择，并考虑设置相应的构造措施，此外，还要对不同形式的截面进行合理的设计，只有在保证各构件间有良好的匹配度的情况下，才能最大限度地发挥钢结构的性能，从而确保钢结构住宅在施工和使用过程中的稳定性。

2.4.合乎情理的原则

目前，随着人民生活水平的不断提高，人们对于住宅外形的要求也在不断提高，特别是异型住宅，大跨空间构筑物更受欢迎。由于传统的钢筋砼结构的限制，很多异型住宅和大跨空间住宅都使用了钢结构。与一般的房屋相比，此类房屋的型式更多，受力模式也更复杂，因此，在设计时，往往要对其进行适当的调整。比如有些外星人的房子，会有一些倾斜的柱子和横梁。因为倾斜的部件具有一定的角度，所以其承载与传力更加复杂，然而，在实际的设计中，设计者通常将其转换成垂直或水平的部件来进行等效计算，这就不能准确地计算出部件的应力。所以在某些情况下，为了确保结构的稳定，就必须要按照等效的原则，增加必要的支撑，拉索，以及加大构件的截面来进行调整。

3.提高钢结构设计层次的对策

3.1钢结构的防腐蚀设计

由于缺乏保护，钢材在长期服役中会发生锈蚀，锈蚀后，钢材的有效受力截面将减小，从而极大地降低了构件的承载能力。因此，钢结构的防腐蚀问题应引起钢结构的重视。传统的钢结构防腐设计方法是通过在构件表面涂布高粘着力的防腐材料，使其与大气中的水分、氧气隔离，从而实现防腐。因为钢构件所处的位置的不同，防腐材料的设计涂抹厚度也会有很大的差别。位于室内非裸露区域的钢构件防腐层设计厚度一般为100μ m，位于室内裸露区域的钢构件防腐层设计厚度一般在150~200μ m，钢结构住宅地面及地面以下部分的钢柱和柱脚使用C20混凝土包裹，并在混凝土表面涂抹防腐涂料，防腐层设计厚度一般在50μ m。当钢结构构件到达一定寿命时，需对其表面再次涂上防腐蚀漆。

3.2钢架结构的地震反应分析

由于我国是一个多震区，因此，对住宅的抗震性能进行分析显得尤为重要。由于钢结构具有自重轻、高强度和易于施工等优点，近年来在抗震设计领域得到了广泛的应用。在钢结构的抗震设计中，除了对其构件、连接和支撑的抗震设计之外，还应对其初始刚度、阻尼比以及采取合适的减震隔震措施进行考虑，从而提高其抗震性能。此外，为了保证钢结构房屋在强震下的抗震性能，还必须综合考虑房屋在强震下的损伤形态与承载力，并对其进行合理的抗震设防。

3.3钢结构隔声设计

噪音问题一直困扰着住宅用户的生产、生活，目前国内外虽有不少针对噪音治理的研究，但并未从根本上解决噪音对用户造成的困扰。不同用途的住宅，对其隔声性能有不同的要求。例如，大型商场对隔音的要求不是很高，而民宅和学校住宅对隔音的要求比较高，音乐厅、礼堂等住宅对外界隔音的要求比较高。在这种情况下，钢结构设计者应根据住宅的特定用途及住宅对隔声性能的需求，有针对性地进行降噪设计。

3.4.钢架连接件的设计

关键节点的设计是否合理，直接关系到整个住宅的稳定性。为此，必须采用科学的技术与方法进行关键节点的设计，以提高其可靠性。特别是对钢结构住宅物而言，既有来自外界环境的冲击，又有来自安全性的冲击，因此，稳定设计工作也应以此为主要目标。为此，在进行关键节点设计时，还应兼顾标准化与可靠性。在地震和台风等恶劣天气条件下，住宅物的稳定性会受到很大影响。在节点环节的设计工作中，加强对其抗震、抗风承载能力的分析与计算，利用科学的数据计算，对其相关的抗震、抗风能力进行充分的分析。在进行设计工作的时候，以钢结构为主体的住宅设计关键节点，主要是指框架结构的连接节点，在施工的过程中，设计人员需要对关键节点焊接技术的应用、螺栓连接质量的控制因素进行考虑，为相应的施工环节的执行落实提供有利的条件，对关键节点的设计可靠性和施工便利性进行优化，确保通过细节设计工作为整个住宅实体钢结构框架的稳定性提供了有力的保障。

结语

钢铁工业的发展程度，也是衡量一个国家整体经济实力的重要指标。钢结构设计单位应当将住宅的使用功能与住宅的使用定位相结合，展开系统化的整体设计，只有以实现绿色住宅的高效转型为首要目标，才能获得科学、合理的钢结构设计方案，才能确保钢结构设计的质量，达到钢结构住宅的最大效益。

参考文献

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