高层轻型钢结构住宅的设计与研究

　　改革开放以来，高层建筑越来越多耸立在华夏大地上超高层和大跨度建筑构造普遍使用钢材，低合金特种钢材己为国内建筑业普遍接受国外发达国家早在20世纪60年代就出现了钢结构高层住宅。这些住宅结构合理，空间分割灵活，便于工厂化生产制作，建造周期短，翻改便利，施工时使用场地小，对周围环境污染少，建设成本较低而我国钢结构高层住宅的建设，一直受传统砖混结构及钢筋混凝土结构经济耐用思路的排斥，也受到钢材价格相对昂贵，配套新型轻体保温隔热、高强墙体材料还达不到国际标准等原因影响，加之建筑施工队伍科技水平低素质差，专业工程配套不全，不能适应钢结构施工，使推广新型高层钢结构住宅存在诸多障碍1高层轻钢结构住宅的结构体系与设计过去，住宅体系一直沿用“秦砖汉瓦”的旧模式为突破传统，业内人士进行了广泛的探索，如大板楼、格子楼、单元整体吊装以及混凝土框架等，但这些模式仍比较陈旧，施工环境难以保证。钢结构住宅是以工厂化生产的钢梁钢柱为骨架，配以新型轻体的保温隔热、高强墙体材料作为围护结构，克服了许多传统模式的缺点1.1结构方案1.2楼盖体系为强结构抗侧刚度，高层轻钢住宅的楼盖必须有足够的承载力、刚度和整体丨生目前常采用钢筋混凝土组合楼板做法是：钢梁上铺镀铝压型钢板，上层浇筑100mm~ 150mm厚的混凝土，压型板与钢梁间用栓钉连结此外还可采用预应力薄板加混凝土现浇层、普通钢筋混凝土轻钢密肋梁加现浇钢筋混凝土复合楼板等，但应保证楼板和钢梁之间的可靠连结如考虑钢梁和混凝土楼板的组合作用，可显著提高梁的承载力和整体稳定性，并有效降低梁的高度主梁和次梁的连接一般采用简支等高连接，有时也采用不等高连接，如采用组合楼板时，为了便于铺设压型钢板，主次梁顶面应相差压型钢板厚度的高度（见），同时还可以大建筑净层高。

　　实践证明，钢筋混凝土组合楼板的形式能满足楼盖在结构构造方面的基本要求，但是在屋顶上人（如放置卫星天线）屋顶隔热保温方面的技术措施还有等进一步提高。若采用坡顶屋盖，不但美化高层建筑的立面，加了使用面积的空间，还会带来屋顶隔热防雨水渗漏方面的改进，但坡顶高层轻型钢结构住宅如何设计楼盖，强整体结构的抗侧刚度还有待探索1. 3支持体系为了加强高层轻型钢结构住宅的侧向刚度，抵抗水平荷载和地震作用，通常用普通型钢或薄壁方钢在墙体平面内布置垂直支撑体系根据要求可沿纵、横向单向布置或双向布置，支撑与框架铰接，按拉杆或压杆设计。考虑到门窗的布置，可采用X型、单斜杆型、人字型、倒人字型、W型、倒W型、门式等形式在不影响建筑功能的前提下，平面上支撑应均匀布置，对后五种支撑应验算梁上支撑轴力引起的附加弯矩，还可采用偏心支撑（见）偏心支撑的优点是在较小或中等的水平荷载作用下有足够的刚度，而在严重超载（如大地震）时具有良好的延性，是一种较好的抗剪支撑。

　　1.4围护结构为了减轻高层房屋钢结构的自重，围护结构多采用轻质填充材料，如空心砌块、加气混凝土块等，有时可采用压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体，也有很多房屋外墙采用既轻质又美观的玻璃幕墙结构。内墙可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板，目前也有采用铝合金框玻璃隔断的。

　　实践中较为理想的围护结构用材如“伊通”（YTONG）加气混凝土等。该材料是以石英砂为骨料，加上水泥和石灰为胶合剂，石膏为硬化剂，再以铝粉为发泡剂，形成轻质混凝土（AUTOCLAVEDLINGTWEIGHTCONCETE，简称ALC），这种材料比重较小，在抗压强度、块体容重、含水率收缩抗冻、抗渗隔声和耐火方面都达到并超过国家标准使其产品性能表现出优良的隔热性、简易合理的使用性、广泛的运用性和厉性。这种caA说才料沼^型钢f相结合是解决围护结构的较好途径啦一扁加对轻型钢结构房屋来说，其屋面大多采用卷材防水，采用轻质保温材料，如QN板、聚乙烯混凝土块等，使屋面防水隔热质量有保证。

　　1.5基础形式高层轻钢结构房屋基础常用柱下独立基础、条形基础、十字型基础，有时也可采用片筏型基础采用柱下独立基础时，应注意各基础相对不均匀沉降对上部结构的影响。基础梁常用现浇或预制钢筋混凝土结构，有时根据要求也可采用钢基础梁，但通常将埋置在地面下的柱脚和钢梁外包混凝土，以解决防腐问题1.6节点构造高层房屋钢结构柱多采用焊接工形或箱形截面。由于工型截面腹板比较薄，故在此弱轴方向与梁的连接多采用铰接，而强轴方向采用刚接形式采用刚性连接时其受力特性较复杂，往往通过试验来取得较准确的设计数据。同时高层房屋钢结构的构件相对较薄，应尽量避免工地现场焊缝连接为了加强结构的整体刚度，有时将次梁做成连续梁的形式1.7防火和防腐措施我国的钢结构防水主要采用防水涂料、发泡防火漆和外挂防火板等方法。对于外露的钢结构构件，如楼梯等部位多用涂料或防火油漆，采用10mm~40mm厚的涂料，耐火极限可达1.5h~ 3h，而发泡漆的隐耐火时间一般为0.5h对于隐藏的构件，珍珠岩和蛭石防火喷涂或防火板是经济有效的方法，3Qnm~ 40mm厚的珍珠岩和蛭石防火喷涂可实现1.5h的耐火极限，并兼有一定的防腐能力。暴露钢构件一般采用耐腐蚀涂料或由底漆和面漆组成的防火油漆防腐。

　　2轻钢住宅的设计实例通过考察，并对收集的国内外有关资料进行综合分析比较，从目前的情况看，钢结构住宅定位在十一层左右的小高层比较合理，理由主要有以下几方面：（1）经过分析，小高层住宅能充分发挥钢结构强度高的材料持性，钢材的力学性能完全得到利用；（2）与高层相比，小高层提高了土地的利用系数，综合经济效益好；（3）小高层在消防等辅助设施上的投资将大大降低，综合投资比较适中，有较强的生命力。

　　21工程概况本研究方案中的小高层轻钢结构设计为住宅长42m，宽12m，共12层，楼梯开间为2 7m，其余开间均为3.6m；所有层高为3m总建筑面积5990m2，采用跃层式布置，设室内楼梯一部，在住宅两端各设楼梯和电梯一音R为节约投资，电梯每隔一层设一停靠站点，另设一条通长过道将两端的楼梯连接起来22结构体系结构形式采用钢框架支撑，结构体系的组成为：竖向体系由楼板和框架梁、柱组成；侧向体系是以竖向贯通的钢支撑为主要抗侧力构件，与楼板、框架梁柱共同组成23楼面体系本方案楼面采用轻钢混凝土组合楼板。楼板结构分三层，底层为冷轧薄壁矩形方管次梁，间距为900mm，垂上方向设加筋，间距1m左右，上部铺设混凝土刨花板兼作模板，其上浇注50mm厚细石混凝土，内配钢丝网。

　　24围护体系外墙及分户墙支撑结构为冷轧薄壁型钢龙骨的钢支架，既作围护墙体的支撑结构，又兼作框架的横向支撑，且其每层为闭合体，强结构体水平方向的整体刚度墙体选用轻质复合墙体形式，主要墙体材料为稻草板和伊通板，外墙饰面为专用外墙保温防水装饰产品。

　　25节点连接节点的选用原则：（1）安全可靠，连接点尽可能选择在各种应力较小处；（2）用钢量少、经济，优先采用焊接；（3）施工方便、快速，便于操作，减少现场的拼装工作。

　　26结构构件的防火防腐处理藤-框架梁柱采用STU趟防火涂料作为梁的防水层。构件的防腐与防火设计应1并考虑当et耐火钢时，仍要考虑构件的涂装防腐问题3结论和建议轻型钢结构住宅比传统的建筑模式住宅具有便于工厂化制造，建造周期短、安全可靠、施工简便、空间分割灵活，更容易满足建筑学的要求等明显优点，有较大的潜在市场需求，可带动相关产业的发展随着我国冶金事业的发展，结构用钢的品种和质量在新世纪会有较大的发展，当我国也和发达国家一样，在住宅建设中可以使用低合金高强度结构用钢材时，高层轻钢结构住宅的用钢量和造价将会大幅度降低，从而可迎来高层民用轻钢结构住宅的发展成熟期。

　　若能使用无机房电梯，如芬兰“通力”（KONE）等，则十二层左右的轻型钢结构小高层住宅更具有综合比较经济优势，购房业主有更高的得房率，使轻型钢结构住宅有更强的市场生命力。

　　按建设部要求组织设计、施工、材料诸方面的专业规范、规程编写是推广轻型钢结构住宅设计和应用的重要工作环节。