钢结构住宅结构设计问题与措施

 

1.1钢结构住宅的定义

 

钢结构建筑体系的主体结构体现在一般分为钢框架结构体系、钢框架核心筒结构体系、钢框架-支撑结构体系、钢框架-剪力墙结构体系、交错桁架结构体系和轻钢结构住宅体系。

 

1.2钢结构住宅的主要特点

 

一般情况下，在梁高相同的条件下，钢结构的开间要比混凝土结构的开间大50%左右，所以钢结构体系的建筑布置可以更加灵活，为住宅空间的搭配提供了很大的自由度。这种大自由度与高建材强度的结合基本就是钢结构住宅的最大优势。通过该比较可以看出，虽然钢结构在具体应用中造价成本较高，但是造价比和建筑重量等因素都远远超出单纯的混凝土结构。在经过详细的论证之后，钢结构的应用被通过，以下是该小区的钢结构住宅的最终设计方案。

 

1.3钢结构住宅在河北省具体可行性

 

目前，河北省的建筑行业发展还比较粗放，要达到节能减排、保护环境的要求，就必须进行住宅的统一产业化，钢结构住宅所需钢材一般都是产业化生产，符合建筑业产业集群和保护环境节能减排的要求，能成为住宅产业化发展的有力推动技术。钢结构住宅的另一个优势是施工工期较短和施工所需人员少，有效地节约了劳动成本和劳动力，为经济发展转型做出了较大贡献。

 

 

2.1钢结构住宅的设计规范

 

根据2001年原国家建设部印发的《钢结构住宅产业化技术导则》，钢结构住宅在初期设计的过程中，应该遵守以下规范。

 

1）总体设计方面：钢结构住宅建筑应该满足标准化、定型化、多样化和通用化的原则，在钢结构住宅的各部分设计中应该严格做到模数协调，在总体设计方面追求钢结构建筑的建筑、结构、水电暖气综合设计的原则。

 

2）平面设计方面：应该充分体现钢结构设计的系列化原则，充分适应钢结构构件的标准化设计和标准化应用，要做到标准化与多样化组合的结合，实现多样模块化以应对多种建筑情况，考虑梁、柱、楼板等实际情况进行钢结构设计中的模块化设计，充分适应钢结构住宅个性化、多样化和可操作性的需要。

 

3）竖向设计方面：楼板构造的选型应该充分考虑到受力、隔音和管线布置等要素来合理确定层高，在管线铺设方面应该尽量使用空闲的空间来集中铺设管线，易于管线的维修管理等。

 

4）围护结构方面：围护结构应该对抗震性能和连结性有较高的要求，围护结构的墙体应该采用轻质且高强的墙体，确保隔热、保温、隔音、防水、防火和防裂等各方面的综合性能，对墙面涂料也要有较高的要求。

 

2.2钢结构节点的设计

 

一般情况下，铰接点的形式较为简易，施工也较为方便，但是它会使梁跨中弯矩加大，从而增加建筑的钢材用量，刚性节点形式复杂，但是对钢材的利用有所节约，与之相比，半刚性节点由于其复杂的受力特性，应用较为罕见。根据实际情况调查，在选用钢结构进行住宅建筑的企业中，半刚性节点的应用率仅为10%，说明它的技术还需要进一步提升。

 

2.3钢结构建筑墙体材料的选用

 

钢结构的特点是轻便、灵活，所以在墙体材料的选择方面，要符合其特点，不适合采用黏土砖等质量较大的材料，而应该采用空心混凝土砌块、加气混凝土和压型钢板与轻质保温材料组成的符合墙体或者CS板、OSB板等。这些轻质材料的防水和放渗透能力都比较好，保温效果也很好，施工较为简便，作为建筑墙体的强度也足够。在墙体设计的过程中，要注重对连接件的详细参数有所规定，以减少施工的复杂程度，从另一个方面来说，详细的参数也有利于提高设计的精确性。

 

2.4钢结构建筑中的厨卫设计

 

厨卫设计在钢结构设计中占有很重要的地位，其重要的原因是因为厨卫设计比较考研钢结构设计的钢材防腐蚀和防水能力，钢结构住宅设计中，结构防水比较实用，框架结构体系要把卫生间和厨房放到核心筒内，其他的结构体系则需要根据工程的实际情况来决定。

 

2.5钢材的防火问题

 

钢结构虽然有着各种优点，但作为一种常见的金属，它必须要考虑防火、防水和防腐蚀的问题，钢材的耐腐蚀性、耐热性都比较差，一旦被热源、腐蚀源或者水源靠近太长时间，就极易产生问题，对钢材的承载能力产生一定的损伤。

 

以一般的建筑用钢材（Q235或a345）为例，在全负荷的状态下，失去静态平衡稳定性的温度极值大约500℃，在300℃以上时就会产生一定危险，如果在发生火灾的情况下，火场温度大约800℃以上，钢材结构远远达不到防火要求。

 

钢材防火措施中较为常用的是防火涂料或者在外面包裹混凝土等，而事实上这就丧失了钢结构本身的优势。合适的钢结构住宅的防火措施可以分为主动防火措施和被动防火措施，主动防火措施一般有防火探测和警报系统、消防喷淋系统（气体、液体、泡沫灭火）、防火隔离区等，而被动防火措施则主要利用各种技术对钢材的防火性能进行强化，

 

一般情况下有以下几种形式：使用外包保护层对钢材进行保护使其耐火性增加的外包法，外包法一般有实体外包（如混凝土外包）或者板材外包（如防火石膏板外包）等；利用膨胀材料使钢材在受热时材料产生膨胀，以形成一层耐火保护层；将钢材设计成空心注水也是防火的良好方法，可是这种方法的造价和技术要求都比较高，不适合广泛应用；或者把钢结构屏蔽在耐火材料建造成的墙体中，但是这会导致建筑的有效使用面积有所减少。

 

2.6钢材的防腐蚀和防水问题

 

钢材防腐蚀和防水的问题重点都在于在某种环境下保护钢材不受极端环境的影响，从而产生恶劣的形状变化，所以两者之间有一定互相参考的元素。钢材本身在酸性或者化学气雾的情况下容易受到腐蚀，从而影响建筑的质量安全，在成本允许的情况下可以采取特殊耐候钢，但更多的情况下，还是要采取一定措施来降低建筑成本。

 

 

住宅设计中钢结构住宅是建筑结构设计发展的趋势，目前，钢结构住宅设计中仍然存在着各种各样的问题需要广大的建筑工作者进行研究和探索，并在实践中不断发展钢结构住宅结构设计的理论水平和实践水平，为我国建筑行业的更好发展和建筑质量的提高打下坚实的基础。