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摘要：钢结构住宅作为一种新型的节能环保的建筑体系，被誉为21世纪的“绿色建筑”之一，它的推广、发展在现阶段的中国是一个新的方向。本文分析了钢结构在住宅建筑中应用的优势、钢结构住宅的体系优选及钢结构住宅的优化设计
关键词：建筑钢结构；结构设计；建筑设计
钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，是住宅建筑的重要组成部分；由于钢结构建筑具有强度高、自重轻、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工业化程度高、质量易保证、建筑布局灵活合理等优点，使其作为一种最具备“环保、节能、工厂化”的新型结构体系，在21世纪继续得到迅速发展。
一、钢结构在住宅应用的优势
1、设计制造周期短，设计生产一体化
现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，可以将前期设计和现场的生产手段相结合，通过网络计算机和数控机床结合，使设计人员在工作室中完成设计后，即由工厂的生产线完成产品制作，具有极高的效率和精确度，可以大大减少项目建设周期。
2、有利合理布置功能区间
在居住建筑中，建筑师和居民一直希望能够有大跨的无竖向结构的空间，这样，可以根据需求进行灵活隔断，使室内布置呈多样化。传统住宅由于所
用材料的性质，限制了空间布置的自由。钢结构住宅可以利用钢材强度高的特点，采用大开间柱网布置，使建筑平面分隔灵活，可以利用非承重墙体灵活分隔室内空间，形成开放式住宅。同时，利用钢结构连接简单的特点，在垂直平面内比传统结构能更好地应用错层、跃层结构。由于钢结构住宅的构件截面尺寸小，可以增加使用面积，提高得房率。下图以某花园二期为例，从图中可见柱截面很小：
3、承载强度高，抗震性能好
相同的荷载，钢结构截面最小，相同的截面，钢结构承载力最大。在抗震设防区，由于钢结构重量轻，六层轻钢住宅的重量仅相当于四层砖混结构的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，钢材具有高延性，有较好的耗能能力，因此，抗震性能好，结构安全度高。
4、施工优势突出，综合造价低
现浇混凝土需要连续施工，在我国北方地区受到施工季节的影响。钢结构的大部分构件在工厂生产，运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装，可全天候作业。施工现场作业量小，减少了施工临时用地，对周围环境污染小，提高了施工的机械化水平。施工时可以节省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。资金价值在施工中充分体现，减少资金成本，对开发商的销售和资金回笼极为有利。钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，构件截面小，自重比较轻，地基的处理比较容易，可以采用天然基础型式。由于基础在工程造价中占有比重比较大，上部结构重量轻可以降低基础的造价，从而减少整个项目的投资。
5、符合节约型社会建设的要求
钢结构适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，将设计、生产、施工、安装一体化，提高住宅的产业化水平。今后随着城市建设的发展，城市改造需要拆除大量的旧建筑，钢结构比传统结构的拆除更容易实施，钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小，符合可持续发展的要求。当然，钢结构也有一些缺点，如防火能力差、易锈蚀等。但这些问题随着科技的发展，设计的改进，先进的防火材料、防锈涂料及新型耐火耐候钢的出现将得到很好的解决。
二、钢结构工程设计原则
1、钢结构设计服务于钢结构的施工与使用，钢结构工程使用目的是为了创造效益。公共建筑偏重于社会效益，工业建筑则偏重于经济效益。因此，“钢结构经济性”是钢结构设计的另一个重要方面。
“钢结构经济性”原则应从总体上加以分析，不能仅从某一方面孤立地去考察。在很长一段时间内，钢结构设计以耗钢量为标准，即耗钢量低就是先进的设计、是好的结构体系或形式，这在钢材匮乏的年代，节约钢材是一种重要的手段。然而，总体而言，单纯以耗钢量为评价标准是不完全的，也不尽合理。对门式刚架轻型钢结构房屋，全面评价结构体系的合理性应综合考虑用钢量、加工制作费、安装费、施工周期及基础费用等。
因此，钢结构设计时，必须对钢结构体系的经济性进行深入分析和全面的考察，只有综合效益最佳的方案或钢结构体系才是合理的。评价结构体系的合理性，不仅要看耗钢量指标，还要看总体造价，也要看工期的长短，建筑物的早日投入使用或投产可获得的使用效益。此外，钢结构设计是要系统考察主要建筑材料的供应情况，及当地的制造与安装水平等，同时还应与业主加强沟通。
2、根据实际情况，合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。因此如果结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；但是太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。但是刚柔的程度历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。这就要靠设计者与业主进行沟通来确定一个方案。
3、钢结构体系的“适用”原则是针对钢结构体系的功能要求而言的，钢结构体系适用性与建筑物的使用功能有密切联系。为此在结构设计时，必须把握以下方面：对建筑物的功能、特点和所处的环境条件有充分的了解，如建筑物是民用建筑还是工业建筑，民用建筑是用于展览馆还是体育馆等，工业建筑是钢结构仓库还是钢结构厂房，钢结构厂房的生产工艺对建筑结构的影响情况等；建筑物对防火、保温、隔热、隔振和防腐蚀有何要求；对建筑所在地的环境状况和气象条件应有足够的了解；建筑物内是否有特殊设备或特殊载荷作用，及吊车的设置情况如何等。
三、钢结构住宅安装设计的问题对策
1、压型钢板在装、卸、安装中严禁用钢丝绳捆绑直接起吊；运输堆放应有足够的支点，以防变形；铺设前应将弯曲变形者校正好；钢梁顶面要保持清洁，严防潮湿及涂刷油漆。下料、切孔采用等离子弧切割机操作，严禁用乙炔氧气切割；大孔四周应补强。需支搭临时的支顶架，由施工设计确定，待混凝土达到一定强度后方可拆除。
2、钢结构住宅建筑推广中的关键问题之一是选择和开发外墙板。除满足外墙板的各项技术要求外，还要做到墙板原材料因地制宜、工作化生产、运输、安装连接方便等等。
3、以建筑设计为主导的钢结构住宅建筑，要和其他專业紧密互动配合。除此之外，钢结构住宅建筑还要注重解决一些问题，如：如何发挥钢结构的优势和避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板；还有要解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题等。
4、当建筑大多数房间较小，而仅一两处房间较大时，如按大房间确定基础板厚会造成浪费，而按小房间确定则造成配筋困难，当承载力能满足要求时，可在大房间中部垫聚苯卸载，按小房间确定基础板厚。
5、房地产开发商最关心的问题是钢结构住宅的造价。根据实际情况，钢结构住宅应定位于中、高档住宅，钢结构住宅建筑是一项系统工程，应从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手加强管理和协调，从而达到降低成本，提高综合经济效益的目的。
6、钢结构结构布局不规则，地震时易损坏。如果想要做到安全合理、节点构造方便可靠。结构抗震性能与结构布局规则性需要下翻功夫。
四、结束语
人们的生活水平越来越高，对钢建筑结构设计也提出了更高的要求。加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。
参考文献：
[1]薛发，国内钢结构住宅的墙体发展状况[J].工程建设与设计.2004-09.
[2]蔡玉春.钢结构住宅产业化的现状与进展[J].钢结构.2005-01.
[3]姜学诗，钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J].建筑结构.2003年06期
关键词：建筑钢结构；结构设计；建筑设计
钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支，是住宅建筑的重要组成部分；由于钢结构建筑具有强度高、自重轻、抗震性能好（延性好）、施工速度快、工业化程度高、质量易保证、建筑布局灵活合理等优点，使其作为一种最具备“环保、节能、工厂化”的新型结构体系，在21世纪继续得到迅速发展。
一、钢结构在住宅应用的优势
1、设计制造周期短，设计生产一体化
现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，可以将前期设计和现场的生产手段相结合，通过网络计算机和数控机床结合，使设计人员在工作室中完成设计后，即由工厂的生产线完成产品制作，具有极高的效率和精确度，可以大大减少项目建设周期。
2、有利合理布置功能区间
在居住建筑中，建筑师和居民一直希望能够有大跨的无竖向结构的空间，这样，可以根据需求进行灵活隔断，使室内布置呈多样化。传统住宅由于所
用材料的性质，限制了空间布置的自由。钢结构住宅可以利用钢材强度高的特点，采用大开间柱网布置，使建筑平面分隔灵活，可以利用非承重墙体灵活分隔室内空间，形成开放式住宅。同时，利用钢结构连接简单的特点，在垂直平面内比传统结构能更好地应用错层、跃层结构。由于钢结构住宅的构件截面尺寸小，可以增加使用面积，提高得房率。下图以某花园二期为例，从图中可见柱截面很小：
3、承载强度高，抗震性能好
相同的荷载，钢结构截面最小，相同的截面，钢结构承载力最大。在抗震设防区，由于钢结构重量轻，六层轻钢住宅的重量仅相当于四层砖混结构的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，钢材具有高延性，有较好的耗能能力，因此，抗震性能好，结构安全度高。
4、施工优势突出，综合造价低
现浇混凝土需要连续施工，在我国北方地区受到施工季节的影响。钢结构的大部分构件在工厂生产，运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装，可全天候作业。施工现场作业量小，减少了施工临时用地，对周围环境污染小，提高了施工的机械化水平。施工时可以节省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。资金价值在施工中充分体现，减少资金成本，对开发商的销售和资金回笼极为有利。钢结构承载力高，可以实现结构的大开间布置，构件截面小，自重比较轻，地基的处理比较容易，可以采用天然基础型式。由于基础在工程造价中占有比重比较大，上部结构重量轻可以降低基础的造价，从而减少整个项目的投资。
5、符合节约型社会建设的要求
钢结构适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，将设计、生产、施工、安装一体化，提高住宅的产业化水平。今后随着城市建设的发展，城市改造需要拆除大量的旧建筑，钢结构比传统结构的拆除更容易实施，钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小，符合可持续发展的要求。当然，钢结构也有一些缺点，如防火能力差、易锈蚀等。但这些问题随着科技的发展，设计的改进，先进的防火材料、防锈涂料及新型耐火耐候钢的出现将得到很好的解决。
二、钢结构工程设计原则
1、钢结构设计服务于钢结构的施工与使用，钢结构工程使用目的是为了创造效益。公共建筑偏重于社会效益，工业建筑则偏重于经济效益。因此，“钢结构经济性”是钢结构设计的另一个重要方面。
“钢结构经济性”原则应从总体上加以分析，不能仅从某一方面孤立地去考察。在很长一段时间内，钢结构设计以耗钢量为标准，即耗钢量低就是先进的设计、是好的结构体系或形式，这在钢材匮乏的年代，节约钢材是一种重要的手段。然而，总体而言，单纯以耗钢量为评价标准是不完全的，也不尽合理。对门式刚架轻型钢结构房屋，全面评价结构体系的合理性应综合考虑用钢量、加工制作费、安装费、施工周期及基础费用等。
因此，钢结构设计时，必须对钢结构体系的经济性进行深入分析和全面的考察，只有综合效益最佳的方案或钢结构体系才是合理的。评价结构体系的合理性，不仅要看耗钢量指标，还要看总体造价，也要看工期的长短，建筑物的早日投入使用或投产可获得的使用效益。此外，钢结构设计是要系统考察主要建筑材料的供应情况，及当地的制造与安装水平等，同时还应与业主加强沟通。
2、根据实际情况，合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。因此如果结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；但是太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。但是刚柔的程度历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。这就要靠设计者与业主进行沟通来确定一个方案。
3、钢结构体系的“适用”原则是针对钢结构体系的功能要求而言的，钢结构体系适用性与建筑物的使用功能有密切联系。为此在结构设计时，必须把握以下方面：对建筑物的功能、特点和所处的环境条件有充分的了解，如建筑物是民用建筑还是工业建筑，民用建筑是用于展览馆还是体育馆等，工业建筑是钢结构仓库还是钢结构厂房，钢结构厂房的生产工艺对建筑结构的影响情况等；建筑物对防火、保温、隔热、隔振和防腐蚀有何要求；对建筑所在地的环境状况和气象条件应有足够的了解；建筑物内是否有特殊设备或特殊载荷作用，及吊车的设置情况如何等。
三、钢结构住宅安装设计的问题对策
1、压型钢板在装、卸、安装中严禁用钢丝绳捆绑直接起吊；运输堆放应有足够的支点，以防变形；铺设前应将弯曲变形者校正好；钢梁顶面要保持清洁，严防潮湿及涂刷油漆。下料、切孔采用等离子弧切割机操作，严禁用乙炔氧气切割；大孔四周应补强。需支搭临时的支顶架，由施工设计确定，待混凝土达到一定强度后方可拆除。
2、钢结构住宅建筑推广中的关键问题之一是选择和开发外墙板。除满足外墙板的各项技术要求外，还要做到墙板原材料因地制宜、工作化生产、运输、安装连接方便等等。
3、以建筑设计为主导的钢结构住宅建筑，要和其他專业紧密互动配合。除此之外，钢结构住宅建筑还要注重解决一些问题，如：如何发挥钢结构的优势和避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板；还有要解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题等。
4、当建筑大多数房间较小，而仅一两处房间较大时，如按大房间确定基础板厚会造成浪费，而按小房间确定则造成配筋困难，当承载力能满足要求时，可在大房间中部垫聚苯卸载，按小房间确定基础板厚。
5、房地产开发商最关心的问题是钢结构住宅的造价。根据实际情况，钢结构住宅应定位于中、高档住宅，钢结构住宅建筑是一项系统工程，应从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手加强管理和协调，从而达到降低成本，提高综合经济效益的目的。
6、钢结构结构布局不规则，地震时易损坏。如果想要做到安全合理、节点构造方便可靠。结构抗震性能与结构布局规则性需要下翻功夫。
四、结束语
人们的生活水平越来越高，对钢建筑结构设计也提出了更高的要求。加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。
参考文献：
[1]薛发，国内钢结构住宅的墙体发展状况[J].工程建设与设计.2004-09.
[2]蔡玉春.钢结构住宅产业化的现状与进展[J].钢结构.2005-01.
[3]姜学诗，钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J].建筑结构.2003年06期