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钢结构发展--住宅设计
符永勤
摘要：钢结构体系建筑的发展，标志着我国住宅的开发和建设已步入了住宅钢结构体系时代。钢结构住宅代表了未来的住宅发展新模式，它具备其他结构无法比拟的优点，给住宅产业和建筑行业带来了更深层次的革命，从设计、施工到一系列新材料的使用都出现了革命性的变化，成为了人们关注的一个新焦点。
关键词：钢结构 钢结构住宅 设计
一、钢结构的定义
钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构，广泛应用大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中。钢结构住宅是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以轻质墙板等新型材料作为围护结构和内隔墙建造而成的，与其他结构相比在各方面都具有明显优势，是未来结构建筑的主力军。
二、钢结构住宅的优势
1、钢结构住宅设计制造周期短,设计生产一体化
钢结构住宅由于采用特殊材料，借助于计算机和专业设计软件，得以实现建筑结构一体化设计；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。根据统计，同样面积建筑物，钢结构比砼结构工期，可缩短三分之一，而且可节省支模材料。
2、钢结构住宅承载强度高，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，钢筋砼结构有许多不足之处，而钢结构重量轻，6层轻钢住宅的重量仅相当于4层砖混结构的重量，因此，本身所受的地震作用小。而且，钢材具有高延性和较好的耗能能力，因此，抗震性能好，结构安全度高。
3、钢结构住宅能够合理布置功能区间。
在居住建筑中，建筑师和居民一直希望能够有大跨度无竖向结构的空间，这样，可以根据需求进行灵活隔断，使室内布置呈多样化。由于钢结构住宅的构件截面尺寸小，在建筑面积不变的情况下，可以增加使用面积。据统计，在同等建筑面积下，比砖混结构和钢筋混凝土结构约增加6%。
4、钢结构住宅综合造价低。
钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，构件截面尺寸小，钢结构体系自重轻约为混凝土结构的1/2、为砖混结构1/6-1/4，可以减轻自重约30%，因而地基及基础的处理比较容易。钢结构施工机械化高的特点,从另一方面减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。
5、钢结构住宅在施工方面优势突出。
现浇砼需要连续施工，在我国北方地区受到施工季节的影响。由于钢结构施工时可以节省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。资金价值在施工中充分体现，减少资金成本，对开发商的销售和资金回笼极为有利。
6、钢结构住宅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。钢结构是一种绿色环保材料，今后随着城市建设的发展，城市改造需要拆除大量的旧建筑，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、钢结构住宅的设计流程
1、钢结构住宅选型
钢结构住宅体系的形式多种，如：钢框架结构、钢框架支撑结构、钢框架剪力墙结构、错层桁架结构等。对于高层、超高层住宅多采用钢框架支撑结构、钢框架剪力墙结构、错层桁架结构、钢混凝土组合结构。
2、结构布置
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较、选择。
3、预估截面
结构布置后需对构件截面作初步估算，重要是梁柱和支撑等断而外形与尺寸的假定。按照轴心受压，双向受弯或单向受弯的不同，可选钢管或H型钢截面等。
4、结构设计
钢结构设计中，结构分析采用建筑结构有限元分析软件，能更好精确的分析结构提供了条件。
5、结构计算与构件设计
结构计算采用专业软件程序进行.计算模型为三维空间建模整体分析，抗震计算采用振型分解法，地震作用下结构的层间位移、最大层间位移是否满足规程基本要求 。
6、节点设计
设计工程中节点设计是钢结构内容之一，节点按传力特性不同分为刚接、铰接和半刚接。在结构分析前，应该对节点的形式有充分思考与确定，钢梁仅在梁腹板处采用高强螺栓连接。
四、钢结构住宅设计中应注意的问题
1、钢结构住宅建筑的设计原则。
（1）发挥钢结构的优势，并避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板。
（2）解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题。特别是在多雨的环境，防腐、防锈工作处理的好坏直接影响到钢结构住宅。
2、结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。结构布置不规则，地震时易损坏，而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算。
3、钢结构要做到安全合理、节点构造方便可靠、并为构件制作、运输、吊装创造条件。
4、住宅钢结构的平面布置应力求规则、对称。住宅钢结构常见的布置不规则，主要是平面不规则。如平面形状不规则，Ｌ形等，特别是支撑剪力墙偏置，明显不对称等。
五、结束语
随着高科技的发展，人们的观念与生活方式也将不断更新与变化，对住宅总体质量的要求也将不断提高。同时，住宅设计必然需要考虑与不断变化的因素相协调、相适应，而钢结构住宅是符合可持续住宅发展方向的住宅结构形式，是今后我国住宅发展的主要方向。
参考文献：
[1] 高光虎；多高层轻型钢结构住宅设计[J]；建筑结构；2001年08期
[2] 《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99-98）
[3] 《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
[4] 《建筑抗震设计规范》 (GB50011 -2001)
