[提要] 鋼結構住宅是十五期間我國將要重點推廣的專案，其具有強度高、結構尺寸小、自重輕、施工速度快、抗震效能好及工業化程度高的特點。本文對國內外主要的鋼結構住宅結構形式進行了回顧和總結，對各種結構體系進行了評述，並對鋼結構住宅設計中存在的主要問題提出了建議。
[關鍵詞] 鋼結構住宅結構體系
一。概述
改革開放以來,我國的鋼產量有了很大的提高,特別是從2023年以後,我國的鋼產量連續四年超過億噸,但我國的鋼結構用鋼量佔總鋼產量的比例僅為2%,而在鋼結構用鋼量中,建築鋼結構用鋼量又僅佔10%,這與我國作為產鋼大國的地位是很不相稱的,為此,國家外經貿委會同冶金部制定了在建築工程中推廣使用鋼結構的一系列政策措施,爭取在「十五」期間建築鋼結構的用量達到總鋼產量的3%，至2023年建築鋼結構的用量達到總鋼產量的6%,而建設部將鋼結構住宅體系的開發和應用作為我國建築業用鋼的突破點,並且制定了《鋼結構住宅建築體系產業化技術導則》和《鋼框架核心筒住宅建築體系技術導則》。鋼結構住宅具有強度高、自重輕、抗震效能好、施工速度快、結構構件尺寸小、工業化程度高的特點，同時鋼結構又是可重複利用的綠色環保材料，因此鋼結構住宅是符合國家產業政策的推廣專案。隨著國家禁用實心粘土磚和限制使用空心粘土磚的政策的推出,加快住宅產業化程序、積極推廣鋼結構住宅體系已迫在眉睫。
但我國的鋼結構住宅尚處於探索起步階段，這種體系在鋼結構防火、梁柱節點做法、樓板形式、配套牆體材料、經濟性及市場可接受程度上尚有許多不完善之處。從前幾年開始，全國陸續出現了一批鋼結構住宅試點專案，如山東萊鋼的櫻花園住宅小區、天津的鋼框架—剪力牆高層住宅、北京賽博思金屬結構****的鋼框架核心筒多層住宅、上海冶金設計院設計的陸海城、中福城專案、馬鞍山鋼鐵股份****設計的18層示範實驗住宅樓等。我院的鋼結構住宅設計剛剛起步，為使大家對鋼結構住宅有一全面了解，為今後的設計積累必要的技術資料，現對國內鋼結構住宅體系作一介紹。
二．結構體系
鋼結構住宅結構體系大致可分為以下幾種形式：
1. 鋼框架與混凝土筒體（牆體）的混合結構體系
2. 鋼框架加支撐的結構體系
3. 鋼框架與預製混凝土牆體的框剪結構體系
4. 純鋼框架結構體系
5. 錯列桁架結構體系
6. 輕鋼龍骨結構體系
1) 鋼框架與混凝土筒體（牆體）的混合結構體系的特點
鋼—混凝土混合結構的平面布置一般為樓電梯或衛生間採用鋼筋混凝土，形成主要的抗側力結構，而外周的框架則採用鋼框架，這種結構體系將鋼材的強度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強度高、防火效能好、抗側剛度大的特點有機地結合起來，外周梁柱連線一般採用剛性連線，而樓面鋼梁與混凝土牆則採用鉸結，由於混凝土承擔了絕大部分的水平力，故而混合結構的位移控制指標可參照鋼筋混凝土結構採用，但框架部分承擔的**剪力不得小於結構底部剪力的20%和樓層最大剪力的1.8倍二者的較小值，在大多數情況下，後者往往起控制作用，這種體系的住宅平面上應限制無剪力牆部分框架的長度，否則樓面無限剛的假定將很難滿足。這種的受力特點為結構整體破壞屬於彎剪型，結構破壞主要集中於混凝土芯筒，特別是結構下部的混凝土筒體四角，對這些部位應予加強，保證筒體的延性，此外鋼梁與混凝土牆體的連線部位受力複雜，也是最易遭受破壞的地方，該節點應保證能承受鋼梁可能出現的軸向力。
這種體系的不足之處為芯筒為混凝土，重量減少不是很多，現場澆搗混凝土的工作量仍然較大。從建築平面布置的角度來看，柱子一般布置在陽台或轉角部位，以利於住戶的裝修處理。
2）鋼框架支撐體系
對於多層及小高層建築，可在建築的外牆，結合門窗位置布置雙向交叉支撐，支撐可採用角鋼、槽鋼或圓鋼，可按拉桿設計,而且在輕鋼住宅結構中，支撐也不一定必須從下到上同一位置設定，也可跳格布置，其目的主要是為了增加結構的剛度，對於外牆開有門窗時，也可在窗台高度範圍內布置，形成類似周邊帶狀桁架的結構形式，對結構整體剛度進行加強。
對高層住宅，可選擇山牆和內牆布置中心支撐或偏心支撐，值得注意的是，當採用單斜柱體系時，應設定不同傾斜方向的兩組單斜桿，以抵抗雙向**作用，在節點方面，若支撐足以承受建築物的全部側向力作用，則梁柱可做成鉸接，如支撐不足以承受建築物的全部側向力作用，則梁柱可部分或全部做成剛接。
在高烈度地區，如果柱子比較細長，則大多採用偏心框架體系，這種體系的特點是，在小震或中等烈度**作用下剛度足以承受側向水平力，在強震作用下又具有很好的延性和耗能能力。支撐框架在水平力作用下，類似於豎向懸臂桁架，柱子像弦杆一樣承擔外部荷載產生的彎矩，斜支撐和梁如同腹杆承受水平力，腹杆承擔水平剪力，弦杆的軸向變形對框架側向變形的影響使結構產生「彎曲」的形狀，而腹杆的變形對框架側向變形的影響使結構產生「剪下」的形狀，最終形成的側向變形形狀是彎、剪兩種曲線效果的組合，彎、剪效果的相對大小，主要取決於耗能支撐的剛度，一般在均衡的低層支撐結構中 ,剪下變形最為重要 ,有時它基本決定了結構的側向變形 ,因此這種結構的底層層間變形較大；在中高層結構中，柱子中較大的軸向力和變形以及二者沿高度的大量積累使彎曲變形佔主導地位，在高寬比大於 8的單對角支撐區格中，全部水平位移的 6 0 %～ 70 %通常是彎曲變形引起的，因此這種結構的頂端或接近頂端的層間變形最大，據此認為，對於剪下型的低層結構，應注意在結構的底部設定耗能支撐；對於彎曲型的中高層結構 ,不能忽視在結構的頂部設定耗能支撐，支撐布置時，不得採用支撐點在柱中的k形支撐，同時對支撐構件應控制其軸壓比，7度時一般不得大與 120√235/fy 。
如果作為住宅結構層高較低，構件節間尺寸較小，導致支撐構件及節點數量均較多，而且傳力路線較長，抗側效果差，支撐結構體系也可考慮採用跨層支撐。
3．鋼框架—預製混凝土牆體
這種體系一般預製混凝土牆體中均埋有鋼板支撐，它只有在支撐點處於鋼框架相連，而且混凝土牆板與框架梁柱留有空隙，從受力上來說，它仍是一種支撐。但其特點是內藏鋼板按強度控制設定，不考慮屈曲。
對混凝土牆體應雙面配筋，且雙面鋼筋應互相拉結，在鋼支撐端部範圍內，應設定加強構造鋼筋，如採用梅花形鋼筋、螺旋形鋼筋、鋼箍等。這種體系受力效能良好，支撐構件相對較經濟，且能與隔牆布置相結合。但現場安裝比較困難，製作比較複雜。
4．鋼框架結構體系
這種體系受力明確，使用靈活，製作安裝簡單，施工速度較快，但為抵抗側向力所需梁柱截面較大，一般可用於6層以下的多層建築，且一般情況下，梁柱節點應採用剛接。這種體系用於高層建築經濟性較差。
5．錯列桁架結構體系
錯列桁架結構體系產生於20世紀60年代，由美國麻省理工學院首先提出，並成功用於多個公寓及旅館建築中。該體系是由房屋外側的柱子和跨度等於房屋寬度的桁架組成，桁架高度等於層高，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由於兩開間布置一榀桁架，且中間無柱子，所以非常適合住宅、旅館建築各單元的靈活布置要求。
這種體系的受力特點為：水平力主要通過樓板傳至相鄰桁架的斜腹杆，如此水平荷載最終通過落地桁架的斜腹杆或底層支撐傳至基礎，樓層間的柱子主要承受軸力，其所受的剪力和彎矩很小。由於桁架有整層高，所以整個體系剛度較大，一般不需要增加柱子剛度以控制位移，由於錯列桁架結構體系中柱子主要承受軸力，其柱截面強軸可布置在縱向，故其縱向側移剛度亦較大，這種體系的用鋼量可較框架結構減少30～40％，因此該體系是一種經濟、實用、高效的新型結構體系，目前湖南大學正對該體系作系統研究。
6．輕鋼龍骨結構體系
輕鋼龍骨結構體系主要用於中低層住宅或別墅，大致可分為兩類，一類為以冷彎c型鋼組成的龍骨體系，另一類以小型熱軋型鋼組成的龍骨結構體系。輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中間腰支撐通過配套扣件和加勁件用自攻螺釘連線而成，梁柱構件厚度在1～3mm之間，柱子間距約為400~600mm。
其主要受力機理為：柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力牆壁，豎向力由樓面梁傳至牆壁的天龍骨，再通過柱子傳至基礎；水平力由作為隔板的樓板傳至受力牆壁再傳至基礎。由於在傳力過程中，牆面板承受了一定的剪力，並提供了必要的剛度，故牆面板應滿足一定的要求。
樓板可採用樓面輕鋼龍骨體系，上覆刨花板及樓面面層，下部設定石膏板吊頂，既可便於管線的穿行，又滿足了隔聲要求。該體系的優點為組成體系的構件尺寸較小，可將結構構件隱藏在牆體內部，有利於建築布置和室內美觀，且保溫效能良好，梁柱均為鉸接，省卻現場焊接及高強螺栓的費用，而且受力牆體也可在工廠整體拼裝，加快了施工進度。其缺點為梁柱鉸接不適合于強震區的高層建築，國內該體系尚缺乏工程經驗，冷彎型鋼品種較少。
三．柱子形式
用於鋼結構住宅柱子的形式有以下幾種：①圓鋼管混凝土、②方鋼管混凝土、③方鋼管、④熱軋h型鋼。
1． 圓鋼管混凝土：圓鋼管混凝土有受力效能好、柱子截面尺寸小、耐火效能好且便於加工的優點，對於圓鋼管混凝土我們一般不控制其軸壓比，而控制其長細比，以使鋼管混凝土柱具有必要的延性，要求延性大於5時一般控制其長細比l/d小於8.25即可達到要求，對於層高小於2.
9公尺的住宅，如果樑高取為400，鋼管取為300，則l/d=8.3，延性要求可以滿足。如果住宅層高大於2.
9公尺，建議鋼管直徑取為350。
2． 方鋼管混凝土: 方鋼管混凝土有便於梁柱連線、耐火效能好的優點，雖然受力效能較圓鋼管略差，但其受力效能及剛度仍較h型鋼柱為佳。
對方鋼管混凝土而言，構件的延性與軸壓比、長細比、含鋼率、鋼材屈服強度及混凝土抗壓強度有關。
對方鋼管混凝土，一般應控制其軸壓比，如長細比λ＝30，含鋼率
α=0.2，q345鋼材fy=345mpa，容許軸壓比[n]=0.889，這種情況可保證柱子的延性係數大於6.0。
而方鋼管混凝土柱的軸壓比n=n/(φascfscy) 對於一般住宅結構中
φ=1.0 fscy=(1.212+bξ+cξ2)fck
b=0.1381(fy/235+0.7646)
c=-0.0727(fck/20)+0.0216
asc—鋼管混凝土截面面積
對c40以上混凝土，軸壓比應適當加嚴
如400x400方鋼管混凝土，壁厚t=20mm能夠滿足延性要求。
3． 方鋼管：方鋼管的主要優點是便於梁柱連線，雙向受力效能較好，抗扭能力強；其缺點為抗火及加工比較麻煩，柱連線節點困難，如果沒有現成尺寸的鋼管，焊接工作量較大。
4． 熱軋h型鋼： 其主要優點是材料**比較充分，加工製作方便，連線簡單，特別上海大通鋼結構****開發的高頻焊接h型鋼加工製造簡單、用料較省，經濟性較好；但型鋼弱軸方向剛度較差，如果要滿足強柱弱梁的要求時，柱子尺寸要增大許多。
建築鋼結構焊接技術的發展現狀和發展趨勢
摘要 現代社會經濟的飛速發展和科學技術的出現在很大程度上改變了人們的生活方式，提高了人們的生活水平，為現代物質生產方式提供了新的基礎和新的技術支援。在建築行業中，新技術新材料不斷出現，人們對建築的要求也越來越高。眾所周知，建築鋼結構是建築結構的基礎，對建築的整體結構和整體質量起著非常關鍵的作用。因此...
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鋼結構分為建築鋼結構橋梁鋼結構等，與目前建築領域普遍採用的鋼筋混凝土結構相比，具有強度高 工程造價低 自重輕 施工周期短和可工廠化製作等優點，如此多優勢得到廣泛重視並迅速發展,從重大工程 標緻性建築使用鋼結構到鋼結構普遍使用，呈現出了從未有過的興旺景象。一 鋼結構應用現狀 1.高層重型鋼結構 高層鋼...
鋼結構住宅未來住宅發展趨勢
第三，鋼結構住宅在施工方面優勢突出。現澆砼需要連續施工，在我國北方地區受到施工季節的影響。鋼結構的大部分構件在工廠生產，運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝,可全天候作業。施工現場作業量小,減少了施工臨時用地,與傳統建築材料相比，對周圍環境汙染小，提高了施工的機械化水平。由於鋼結構施工時可以節省支模 ...