钢结构住宅节点构造设计理论与方法

浅析钢结构住宅节点构造设计的理论与方法【摘要】本文围绕着钢结构的节点构造设计，首先介绍了影响节点构造设计的因素以及节点构造设计应遵循的原则，然后以钢结构住宅围护构件——基础与门窗的构造设计以及构件连接节点的构造设计为例，详细介绍了这些节点构造设计的技术及注意事项等问题。

【关键词】钢结构住宅节点构造设计

引言

在所有的钢结构住宅的建筑设计系统中，节点构造系统的技术含量最大。它包括选择材料和组织材料两个方面，和结构系统、设备系统等有着密切的关系。因此，钢结构住宅的节点构造设计比一般砖混结构住宅和钢筋混凝土结构住宅的节点构造设计更为复杂，主要体现在：它与平面功能设计、立面造型设计、材料和结构设计以及设备设计和工业化生产程度都密切相关。

因此钢结构住宅的节点构造设计的研究既要研究内部各节点构造的技术及相互关系，又要注意研究和其他分项设计的关系，并从其他系统中汲取营养。

一、影响节点构造设计的因素

钢技术在住宅建筑中的应用为住宅的发展注入了新的活力，同时也给建筑师提出了新的要求。我国己进行了“改善住宅功能和质量”的研究，从声、光、热、空气质量、使用功能、环境质量等多方面提出了目标、任务和方法，这就要求建筑师通过对居住环境的

全新认识和深刻理解，充分考虑各种因素的影响，在经济的、现实的、可能的情况下，为社会提供高质量、高效益、高情感的居住环境。影响钢结构住宅节点构造设计的因素大致分为以下几个方面：

1.1 法规、规范及方针政策

建筑类法规及规范是我国建筑界常用的标准的表达形式。它是以建筑科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面认定，由国务院有关部委批准、颁发，作为全国建筑界共同遵守的准则和依据，设计人员必须遵守各种规范、标准与方针政策来完成设计工作。目前，我国的钢结构住宅建设还处于试验性阶段，主要规范有《住宅建筑设计规范》、《钢结构设计规范》、《高层民用建筑钢结构技术规程》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《高层民用建筑设计防火规范》、《钢结构住宅建筑产业化技术导则》等。

1.2 自然条件

钢结构住宅的节点构造设计要受到自然条件包括温湿度、日照、雨雪、风力等气候条件及地形、地质条件以及地震烈度等的限制和制约。我国幅员辽阔，南北东西气候差别悬殊，因此建筑构造设计应与各地的气候特点相适应。在做节点构造设计时，必须掌握建筑物所在地区的自然条件，明确影响性质和程度，对建筑物各部位采取相应的措施。如对于寒冷地区，应满足保温、防寒、防冻、防止冷风渗透等要求，且外窗的大小、层数及墙体的材料与厚度受到一定的限制。炎热地区的建筑，则应保证通风、隔热等要求。此外，构造设计还应考虑到自然界的风、地震等自然灾害，必须采取相关

措施以防止建筑产生严重破坏，确保建筑的安全和正常使用。

1.3 外力的影响

外力的大小和作用方式决定了结构的型式、构件的用料、形状和尺寸，而构件的选材、形状和尺寸与建筑物节点构造设计有着密切的关系，是节点构造设计的依据。钢结构住宅的承重骨架采用经济型钢材，围护结构采用轻质高强的新型材料，其抵抗外荷载的能力明显增强，因此，结构杆件多采用“壁薄杆细”的截面形式，在做节点构造设计时要予以重视。

此外，影响钢结构住宅的节点设计的因素还有对住宅的使用要求、物质技术条件、经济条件等，在这里就不一一详细介绍。

二、节点构造设计原则

钢结构住宅由于其使用材料的特殊性，在做节点构造设计时，除需满足建筑设计的一般要求外，还要针对住宅建筑的特点，充分发掘钢构件和围护构件的性能，满足以下设计原则：

（1）满足功能要求

满足住宅建筑设计的各项使用功能要求，如保温、隔热、隔声、防潮、防水、防火、防盗等，在构造设计时，综合有关技术知识，进行合理的设计、计算，并选择经济合理的构造方案。

（2）保证结构安全

要保证结构的安全，除根据荷载大小、结构的要求确定构件的必须尺度外，在节点构造上需采取措施，以保证构件与构件之间的连接，使之有利于结构的安全和稳定，并针对钢构件的不耐火、易

锈蚀的缺点，采取有效防范措施。

（3）适应市场需求

适应住宅市场多品种、多样化的居住需求，增强构件、部品和连接节点的灵活适应性，使之便于安装和拆卸，从时间和空间两方面考虑住宅的可改性，最大化满足住户对住宅功能和设备的高品位追求，便于住宅的更新改造。

（4）适应工业化要求

适应工业化建筑的生产、加工、运输和施工要求，在构造设计时，大力推广先进技术，选择各种新型围护材料，采用标准设计和定型构件，为制品生产工厂化、现场施工机械化创造有利条件，发挥钢结构住宅预制装配化的优势，促进住宅产业的现代化。

另外，还要满足经济需求，做到精致美观，总之，在节点构造设计中，应全面贯彻“适用、安全、经济、美观”的建筑方针，并考虑住宅的使用功能、所处的自然环境、材料性能以及施工条件等因素，进行分析、比较，确定最佳方案。

三、基础构造设计方法

基础是实现住宅安全的重要条件。基础设计必须根据对地耐力的勘测结果而精心计算。为了抵抗地震、台风等带来的非常荷载，已及防止家具、积雪等固定荷重所带来的不均匀沉降，一般钢结构住宅采用钢筋(骨)混凝土条形基础、钢筋混凝土独立基础和钢筋混凝土筏板基础。

3.1 钢筋混凝土条形基础

钢筋混凝土条形基础(如图3.1)，为了充分发挥钢筋的抗拉性和混凝上的抗压性的复合效应，基础的设计重点一方面是梁高和钢筋用量，另一方面是防止混凝土里的钢筋生锈。在钢筋的布置上采用主筋、腹筋、勒筋、基础筋和基础辅助筋五种钢筋的组合。条形基础适用于多层钢结构住宅，条形外围外皮距a由承托外墙的需要决定。

图3.1 钢筋混凝土条形基础

3.2 钢筋混凝土独立基础

在钢筋混凝土独立基础(如图3.2)中留预埋件，再和钢柱用螺栓连接，连系梁底穿越管线。独立基础适用于多层钢结构住宅。

图3.2 钢筋混凝土独立基础

3.3 钢筋混凝土筏板基础

钢筋混凝土筏板基础按与柱脚的连接方式可分为两种，外包式和埋入式(如图3.3)。采用外包式刚性柱脚的钢筋混凝土筏板基础适用于多层和中高层钢结构住宅；采用埋入式刚性柱脚的钢筋混凝土筏板基础适用于中高层和高层钢结构住宅。

当钢结构住宅需要做地下室时，其地下部分应该是劲性混凝土柱，钢柱一般固定在地下室的顶板部位的梁中(如图3.4)。由于钢结构柱基的构造高度，包括地脚螺栓和螺栓孔，一般为100--140mm。因此，柱基的构造高度需要120——160mm。