钢结构课程报告

浅谈钢结构住宅种类与发展

姓名：杜科材班级：1033002 学号：1103300233

摘要: 主要介绍了国外多层钢结构住宅的结构体系, 并对每种体系进行了结构分析, 且通过在应用中的相互比较, 阐述了各自体系的特点, 对我国在不同地区建造钢结构住宅有一定的指导作用。阐述了钢结构住宅的最新进展, 并结合我国国情, 借鉴国外先进技术, 提出了我国钢结构住宅的发展趋势和推动钢结构住宅在我国广泛应用的措施与建议, 可供研究和参考。

关键词:钢结构；多层住宅；一体化；集成式住宅；可持续发展

多层住宅一般是指4~ 8 层的住宅群体, 它是许多发达和发展中国家的首选住宅类型, 这是由于结构技术难度和建筑成本都不高, 而且比低层住宅的居住密度高, 相对的平米造价降低, 属于经济型住宅，而对其采用钢结构, 还可以进一步改善住宅质量, 提高抗震性, 同时加快施工速度, 增加资金周转, 增强住宅的综合经济效益。

1.钢结构住宅种类

1.1 框架结构

框架结构( 如图1) 很早就被应用于住宅中, 这主要是由于其空间灵活性较大, 可以做成大开间,充分满足建筑布置上的要求#因为钢材强度高, 刚度大, 当采用与钢筋混凝土结构相同的开间和进深时, 梁柱的截面将减小一半左右, 增加了房间的使用面积和净空; 当二者截面积相同时, 钢框架的跨度将增加近一倍, 并扩大房间的采光面积。只要进行认真设计, 可以做出经济适用的多层住宅。

接工字钢、方钢管、圆钢管或冷弯型钢组合断面,也可以采用钢管砼，主要梁采用H 型钢，次梁可以有多种做法。这种体系用于多层钢结构住宅是

适合的框架结构与其他结构体系相比的优点是:

( 1) 平面布置灵活, 各部分刚度均匀, 安装构造都很简单, 施工速度快。

( 2) 自重轻, 延性好, 具有良好的耗能能段,不易产生应力集中。

( 3) 易与其他形式组合, 以满足结构上的需要。

但是纯框架结构较柔, 弹性刚度差, 为了控制弹性层间位移, 有时必须采用超过承载要求的梁、柱截面, 同时节点需采用刚接或半刚接, 这不仅使节点的构造相对复杂, 且属于单一抗侧力体系, 在地震时可能会产生较大的破坏。1994 年美国的诺斯里奇地震、1995 年日本的阪神大地震都说明了这一点。因此这种结构体系不宜在多遇地震区使用。

1.2 框架支撑体结构

这种体系借助支撑来承受水平力和提供侧向刚度#当房屋较高时, 它比纯框架来得经济。另外,采用人字支撑等还可以起到减小梁跨度的作用,从而减小梁的截面。支撑要在适当位置设置, 以便与建筑设计相协调#图2 表示的是梁与柱铰接时,端部就成为悬臂的, 这样用支撑来加强, 以抵抗水平力和侧向位移。通常用槽钢或角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。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[ 1] , 还可采用偏心支撑( 图3) 。在不影响建筑功

能的前提下, 在平面上支撑应均匀布置，支撑与框架铰接, 按拉杆或压杆设计。国外在这方面的技术较成熟, 有的采用纯支撑体结构, 有的采用框架和支撑体结合的形式。美国西海岸的西雅图地区[ 2] , 某4 层房屋采用的就是框架支撑体结构, 其建筑高度为1612 m, 最小层高3196 m, 支撑形式为中心支撑( 如图4) , 均为人字型支撑, 由宽翼缘柱W14 @109, 宽翼缘梁W18@65 和250 mm 宽的方钢管斜撑组成, 斜撑框架的用钢量为总用钢量的24134%。从国外的具体工程来看, 这种结构的优点是:

( 1) 结构的侧向刚度较大, 抗震性好。

( 2) 由于不用框架承受太大的侧向力, 有效的减小了梁柱的截面积, 增加了房屋的使用面积,同时节约钢材。

( 3) 设置支撑可以提高压杆、梁和框架的稳定承载能力。但是也有一定的不足之处, 支撑的存在必将影响洞口的开启位置, 给建筑布局带来不便。裸露在外的钢支撑, 影响建筑立面的美观, 腐蚀钢材。所以框架钢支撑结构体系, 需要在建筑设计时, 利用多种支撑形式和空间布局相结合, 并利用外装饰材料来弥补立面的不足。

1.3 框架剪力墙( 核心筒) 结构体系

框架剪力墙( 核心筒) 结构, 是以钢框架为主要承重骨架, 将分户墙用钢筋混凝土作为剪力墙, 也有些工程将楼梯间的四边墙, 用钢筋混凝土浇筑, 与楼板在平面内外连成刚性整体, 增强结构的整体刚度, 抵抗水平载荷, 这样做的前提是不能防碍建筑的使用功能# 也有时将此部分的剪力墙用带缝或带切口的钢板来

代替混凝土。这种体系在国外已经很成熟, 剪力墙多采用组合剪力墙, 它是在薄壁钢板剪力墙两侧增加混凝土板, 混凝土板防止钢板的平面外屈曲, 提高剪力墙的强度和耗能能力的用料。而钢筋混凝土剪力墙刚度较大, 地震时易产生应力集中, 导致墙体产生斜向大裂缝而脆性破坏。同时, 为了避免产生脆性破坏, 可采用带缝剪力墙, 同时剪力墙与钢框架的连接采用铰接, 这样就形成两阶段工作剪力墙[3] , 增加了结构的延性。意大利在斯泰尔维山口建造的四层栖留所房屋, 由于地理条件和气候的复杂性, 决定了房屋采用的是钢框架核心筒结构[4]，平面( 如图5) ,中央为核心筒结构, 四周是框架，这个房屋在山区

装配房屋的钢结构, 不超过40 d, 除装饰工程外,完成主要施工工程总时间为三个月由于在山口,风载荷和雪载荷大, 钢结构采用刚架的形式, 按两个方向上作用

有风载荷进行框架计算, 沿着正方形核心井筒的四边, 上、下安装两个铰支框架, 框架由横梁的悬臂在角部连接, 并用水平抗风支撑。

刚性加固这个房屋采用钢结构的原因是山口气候多变, 施工速度要快; 地形复杂, 需要建筑材料便于运输和安装; 在风口位置, 风载荷和雪载荷都大,需要

有很强的整体刚度和侧向刚度; 此外它的建筑体形较复杂梁柱等主要承重结构需要很大的强度。多种因素决定其最好采用钢框架核心筒结构, 这也正是其优于其他结构的特点。

1.4 框架支撑体剪力墙( 核心筒) 组合结构体系

以上介绍的是在钢框架的基础上为了增强多层住宅的侧向和整体刚度, 再增加抗侧力构件钢支撑或剪力墙( 核心筒) , 而在多层钢宅中由于体形复杂和功能的需要, 可以将钢框架、钢支撑、混凝土核心筒三者组合起来应用.意大利于1968 年在塔兰居住区建造的转角式单元, 采用的就是框架支撑体核心筒结构[ 5] , 平面梁布置和结构体系( 如图6) 。钢柱用轧制工字钢140A~ 180B, 外柱托梁铰接, 内柱同梁刚接, 次梁同柱铰接, 所有连接均用螺栓。风载荷通过楼盖板传给钢筋混凝土核心井筒, 以及转角式单元端墙内的垂直剪力撑#楼板采用钢筋混凝土预

制楼板, 基础采用柱下独立基础。框架支撑体剪力墙( 核心筒) 组合结构钢框架承受竖向载荷, 支撑和剪力墙( 核心筒) 使结构在各个方向都具有较大的抗侧力刚度, 因此它的整体稳定性和抗震性能非常强, 适合在地震多发区使用。只是钢支撑部分需要对结合支撑的各种形式和门窗的洞口的位置进行合理的设计。