高層輕型鋼結構住宅的設計與研究

改革開放以來，高層建筑越來越多聳立在華夏大地上超高層和大跨度建筑構造普遍使用鋼材，低合金特種鋼材己為國內建筑業普遍接受國外發達國家早在20世紀60年代就出現了鋼結構高層住宅。這些住宅結構合理，空間分割靈活，便于工廠化生產制作，建造周期短，翻改便利，施工時使用場地小，對周圍環境污染少，建設成本較低而我國鋼結構高層住宅的建設，一直受傳統磚混結構及鋼筋混凝土結構經濟耐用思路的排斥，也受到鋼材價格相對昂貴，配套新型輕體保溫隔熱、高強墻體材料還達不到國際標準等原因影響，加之建筑施工隊伍科技水平低素質差，專業工程配套不全，不能適應鋼結構施工，使推廣新型高層鋼結構住宅存在諸多障礙1高層輕鋼結構住宅的結構體系與設計過去，住宅體系一直沿用“秦磚漢瓦”的舊模式為突破傳統，業內人士進行了廣泛的探索，如大板樓、格子樓、單元整體吊裝以及混凝土框架等，但這些模式仍比較陳舊，施工環境難以保證。鋼結構住宅是以工廠化生產的鋼梁鋼柱為骨架，配以新型輕體的保溫隔熱、高強墻體材料作為圍護結構，克服了許多傳統模式的缺點1.1結構方案1.2樓蓋體系為強結構抗側剛度，高層輕鋼住宅的樓蓋必須有足夠的承載力、剛度和整體丨生目前常采用鋼筋混凝土組合樓板做法是：鋼梁上鋪鍍鋁壓型鋼板，上層澆筑100mm~ 150mm厚的混凝土，壓型板與鋼梁間用栓釘連結此外還可采用預應力薄板加混凝土現澆層、普通鋼筋混凝土輕鋼密肋梁加現澆鋼筋混凝土復合樓板等，但應保證樓板和鋼梁之間的可靠連結如考慮鋼梁和混凝土樓板的組合作用，可顯著提高梁的承載力和整體穩定性，并有效降低梁的高度主梁和次梁的連接一般采用簡支等高連接，有時也采用不等高連接，如采用組合樓板時，為了便于鋪設壓型鋼板，主次梁頂面應相差壓型鋼板厚度的高度（見），同時還可以大建筑凈層高。

　　實踐證明，鋼筋混凝土組合樓板的形式能滿足樓蓋在結構構造方面的基本要求，但是在屋頂上人（如放置衛星天線）屋頂隔熱保溫方面的技術措施還有等進一步提高。若采用坡頂屋蓋，不但美化高層建筑的立面，加了使用面積的空間，還會帶來屋頂隔熱防雨水滲漏方面的改進，但坡頂高層輕型鋼結構住宅如何設計樓蓋，強整體結構的抗側剛度還有待探索1. 3支持體系為了加強高層輕型鋼結構住宅的側向剛度，抵抗水平荷載和地震作用，通常用普通型鋼或薄壁方鋼在墻體平面內布置垂直支撐體系根據要求可沿縱、橫向單向布置或雙向布置，支撐與框架鉸接，按拉桿或壓桿設計?？紤]到門窗的布置，可采用X型、單斜桿型、人字型、倒人字型、W型、倒W型、門式等形式在不影響建筑功能的前提下，平面上支撐應均勻布置，對后五種支撐應驗算梁上支撐軸力引起的附加彎矩，還可采用偏心支撐（見）偏心支撐的優點是在較小或中等的水平荷載作用下有足夠的剛度，而在嚴重超載（如大地震）時具有良好的延性，是一種較好的抗剪支撐。

　　1.4圍護結構為了減輕高層房屋鋼結構的自重，圍護結構多采用輕質填充材料，如空心砌塊、加氣混凝土塊等，有時可采用壓型鋼板加輕質保溫層組成的復合墻體，也有很多房屋外墻采用既輕質又美觀的玻璃幕墻結構。內墻可采用空心砌塊、加氣混凝土等輕質填充墻或輕鋼龍骨石膏板，目前也有采用鋁合金框玻璃隔斷的。

　　實踐中較為理想的圍護結構用材如“伊通”（YTONG）加氣混凝土等。該材料是以石英砂為骨料，加上水泥和石灰為膠合劑，石膏為硬化劑，再以鋁粉為發泡劑，形成輕質混凝土（AUTOCLAVEDLINGTWEIGHTCONCETE，簡稱ALC），這種材料比重較小，在抗壓強度、塊體容重、含水率收縮抗凍、抗滲隔聲和耐火方面都達到并超過國家標準使其產品性能表現出優良的隔熱性、簡易合理的使用性、廣泛的運用性和厲性。這種caA說才料沼^型鋼f相結合是解決圍護結構的較好途徑啦一扁加對輕型鋼結構房屋來說，其屋面大多采用卷材防水，采用輕質保溫材料，如QN板、聚乙烯混凝土塊等，使屋面防水隔熱質量有保證。

　　1.5基礎形式高層輕鋼結構房屋基礎常用柱下獨立基礎、條形基礎、十字型基礎，有時也可采用片筏型基礎采用柱下獨立基礎時，應注意各基礎相對不均勻沉降對上部結構的影響?；A梁常用現澆或預制鋼筋混凝土結構，有時根據要求也可采用鋼基礎梁，但通常將埋置在地面下的柱腳和鋼梁外包混凝土，以解決防腐問題1.6節點構造高層房屋鋼結構柱多采用焊接工形或箱形截面。由于工型截面腹板比較薄，故在此弱軸方向與梁的連接多采用鉸接，而強軸方向采用剛接形式采用剛性連接時其受力特性較復雜，往往通過試驗來取得較準確的設計數據。同時高層房屋鋼結構的構件相對較薄，應盡量避免工地現場焊縫連接為了加強結構的整體剛度，有時將次梁做成連續梁的形式1.7防火和防腐措施我國的鋼結構防水主要采用防水涂料、發泡防火漆和外掛防火板等方法。對于外露的鋼結構構件，如樓梯等部位多用涂料或防火油漆，采用10mm~40mm厚的涂料，耐火極限可達1.5h~ 3h，而發泡漆的隱耐火時間一般為0.5h對于隱藏的構件，珍珠巖和蛭石防火噴涂或防火板是經濟有效的方法，3Qnm~ 40mm厚的珍珠巖和蛭石防火噴涂可實現1.5h的耐火極限，并兼有一定的防腐能力。暴露鋼構件一般采用耐腐蝕涂料或由底漆和面漆組成的防火油漆防腐。

　　2輕鋼住宅的設計實例通過考察，并對收集的國內外有關資料進行綜合分析比較，從目前的情況看，鋼結構住宅定位在十一層左右的小高層比較合理，理由主要有以下幾方面：（1）經過分析，小高層住宅能充分發揮鋼結構強度高的材料持性，鋼材的力學性能完全得到利用；（2）與高層相比，小高層提高了土地的利用系數，綜合經濟效益好；（3）小高層在消防等輔助設施上的投資將大大降低，綜合投資比較適中，有較強的生命力。

　　21工程概況本研究方案中的小高層輕鋼結構設計為住宅長42m，寬12m，共12層，樓梯開間為2 7m，其余開間均為3.6m；所有層高為3m總建筑面積5990m2，采用躍層式布置，設室內樓梯一部，在住宅兩端各設樓梯和電梯一音R為節約投資，電梯每隔一層設一?？空军c，另設一條通長過道將兩端的樓梯連接起來22結構體系結構形式采用鋼框架支撐，結構體系的組成為：豎向體系由樓板和框架梁、柱組成；側向體系是以豎向貫通的鋼支撐為主要抗側力構件，與樓板、框架梁柱共同組成23樓面體系本方案樓面采用輕鋼混凝土組合樓板。樓板結構分三層，底層為冷軋薄壁矩形方管次梁，間距為900mm，垂上方向設加筋，間距1m左右，上部鋪設混凝土刨花板兼作模板，其上澆注50mm厚細石混凝土，內配鋼絲網。

　　24圍護體系外墻及分戶墻支撐結構為冷軋薄壁型鋼龍骨的鋼支架，既作圍護墻體的支撐結構，又兼作框架的橫向支撐，且其每層為閉合體，強結構體水平方向的整體剛度墻體選用輕質復合墻體形式，主要墻體材料為稻草板和伊通板，外墻飾面為專用外墻保溫防水裝飾產品。

　　25節點連接節點的選用原則：（1）安全可靠，連接點盡可能選擇在各種應力較小處；（2）用鋼量少、經濟，優先采用焊接；（3）施工方便、快速，便于操作，減少現場的拼裝工作。

　　26結構構件的防火防腐處理藤-框架梁柱采用STU趟防火涂料作為梁的防水層。構件的防腐與防火設計應1并考慮當et耐火鋼時，仍要考慮構件的涂裝防腐問題3結論和建議輕型鋼結構住宅比傳統的建筑模式住宅具有便于工廠化制造，建造周期短、安全可靠、施工簡便、空間分割靈活，更容易滿足建筑學的要求等明顯優點，有較大的潛在市場需求，可帶動相關產業的發展隨著我國冶金事業的發展，結構用鋼的品種和質量在新世紀會有較大的發展，當我國也和發達國家一樣，在住宅建設中可以使用低合金高強度結構用鋼材時，高層輕鋼結構住宅的用鋼量和造價將會大幅度降低，從而可迎來高層民用輕鋼結構住宅的發展成熟期。

　　若能使用無機房電梯，如芬蘭“通力”（KONE）等，則十二層左右的輕型鋼結構小高層住宅更具有綜合比較經濟優勢，購房業主有更高的得房率，使輕型鋼結構住宅有更強的市場生命力。

　　按建設部要求組織設計、施工、材料諸方面的專業規范、規程編寫是推廣輕型鋼結構住宅設計和應用的重要工作環節。