近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展和高層建筑的增多，我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展十分迅速，鋼結(jié)構(gòu)住宅作為一種綠色環(huán)保建筑，已被建設(shè)部列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。特別是在我國大中城市中，人多、土地資源少，而人們對住宅密度、環(huán)境綠地等要求越來越高的情況下，較大范圍應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)住宅，是我國生產(chǎn)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。

　　建筑自人類產(chǎn)生以來都是人們生活的重要組成部分，但在很長時(shí)間里運(yùn)用的都是石材與木材等。隨著科技的發(fā)展，新型材料廣泛運(yùn)用于房屋建筑中。鋼結(jié)構(gòu)由于在高層建筑和大跨度高聳結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)越性，使其在非居住建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和住宅商品化、產(chǎn)業(yè)化的要求，促進(jìn)了住宅新技術(shù)和新材料的研究、應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)將成為建筑中最適合創(chuàng)新的住宅結(jié)構(gòu)體系，也是住宅建筑行業(yè)二十一世紀(jì)的主導(dǎo)方向。

　　據(jù)資料顯示：2002年3月，一座高達(dá)18層、采用H型鋼建造的鋼結(jié)構(gòu)住宅樓在安徽省馬鞍山市動(dòng)工建設(shè)。它是我國住宅產(chǎn)業(yè)從鋼筋混凝土跨進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)模式的重要標(biāo)志。上海同時(shí)有6幢鋼結(jié)構(gòu)高層住宅在建設(shè)，最終他們將建到100米、34層，這在國內(nèi)還是首次。北京住宅也啟用了鋼結(jié)構(gòu)，位于朝陽區(qū)十里堡的晨光家園B區(qū)，全部采用H型鋼鋼梁、鋼柱。2002年9月開盤的北京金宸公寓，填補(bǔ)了國內(nèi)高層住宅鋼結(jié)構(gòu)體系建筑的空白，同時(shí)也標(biāo)志著我國住宅的開發(fā)和建設(shè)已步入了全新的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系時(shí)代。

　　一、鋼結(jié)構(gòu)住宅體系

　　住房的建筑形式和風(fēng)格千差萬別，但就結(jié)構(gòu)體系（支撐骨架）而言，只有磚混結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等幾種主要的結(jié)構(gòu)形式。隨著國家對環(huán)境保護(hù)意識(shí)的認(rèn)識(shí)不斷加深，對木材和粘土已經(jīng)提出限制、限時(shí)使用，現(xiàn)階段我國住宅建筑的主要結(jié)構(gòu)形式主要以鋼筋混凝土框架為主，但該結(jié)構(gòu)施工煩瑣、施工垃圾多且結(jié)構(gòu)自重大，進(jìn)深和開間相對較小，梁、柱粗大，空間利用率較低，這些缺點(diǎn)在一定程度上無法滿足條件越來越高的住宅建筑的功能要求。因此，開發(fā)堅(jiān)固耐久，建造迅速，空間布置靈活，易于改建的新型住宅結(jié)構(gòu)體系，成為住宅建筑和結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要趨勢。隨著我國鋼產(chǎn)量的快速增長及新型建材的發(fā)展和應(yīng)用，符合上述要求的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系逐步發(fā)展起來并引起了廣泛的關(guān)注。

　　所謂的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系就是指由維護(hù)墻體、隔斷墻體、樓板與主體鋼結(jié)構(gòu)共同組成的住宅體系。住宅鋼結(jié)構(gòu)是指純鋼結(jié)構(gòu)（鋼框架或框架—支撐）體系，介于高層鋼結(jié)構(gòu)（鋼框架或鋼框架—混凝土剪力墻）體系與冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)（Z、C等輕型鋼結(jié)構(gòu)）體系之間的多層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系。

　　二、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)

　�。ㄒ唬╊A(yù)工程化程度高，建設(shè)成本降低，工期縮短

　　鋼結(jié)構(gòu)建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，提高了建筑預(yù)工程化，使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有一定的通用性和互換性。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)建筑的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設(shè)成本；并且加快了施工速度，使工期能夠縮短40%以上，從而加快了房地產(chǎn)開發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度，使建筑能更早投入使用。

　　（二）建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能一體化，使建筑更富有功能化

　　在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)成為形象構(gòu)成的重要因素，結(jié)構(gòu)的形體，構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)從很大程度上導(dǎo)致并制約著建筑的形象。建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能只有做到一體化，才能使建筑更富有功能化并創(chuàng)造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的鋼結(jié)構(gòu)建筑。北京2008年奧運(yùn)會(huì)國家體育場投標(biāo)方案中有許多方案都體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)建筑的這一特點(diǎn)。例如清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的可開合式方案，在體育場大屋面的中央設(shè)置兩個(gè)半圓型的玻璃頂面，同時(shí)相對旋轉(zhuǎn)、平行滑動(dòng)完成大屋面的開合；又如中國建設(shè)設(shè)計(jì)研究院場館方案外觀即為建筑的結(jié)構(gòu)，形象完美純凈，功能與結(jié)構(gòu)達(dá)到了完美的統(tǒng)一；還有日本朱式會(huì)設(shè)建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的折疊式方案，屋頂由懸臂的鋼架結(jié)構(gòu)支撐，可在30分鐘內(nèi)完成開閉的動(dòng)作，確保全年比賽及活動(dòng)不受天氣影響。

　�。ㄈ�）能夠滿足超高度和超跨度的要求

　　鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，強(qiáng)度高，彈性模量亦高。其密度與強(qiáng)度的比值遠(yuǎn)小于磚石，混凝土，木材，在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結(jié)構(gòu)以及靈活的結(jié)構(gòu)形體�，F(xiàn)在人類已具有建造跨度超過1000米的超大穹頂與高度超過1000米最高至4000米的超高層建筑的能力。并且鋼索與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成索膜結(jié)構(gòu)體系更能滿足建筑對跨度的要求，使這在型建筑成為樗性建筑，比如日本東京后園棒球場屋蓋是鋼索與氣承膜組成的索膜結(jié)構(gòu)，面積達(dá)28000平方米，英國政府為迎接21世紀(jì)而興建的樗性建筑倫敦千年穹頂大型綜合性展覽建筑也是索膜結(jié)構(gòu)體系，其穹頂直徑達(dá)到320m。

　�。ㄋ模┰�材料可以循環(huán)使用，有助于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展

　　發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)對于資源，能源都非常短缺的我國意義尤為重大，因?yàn)橹袊�是世界上最大的磚砌體建筑與混凝土建筑大國。鋼材是一種高強(qiáng)度高效能的材料，具有很高的再循環(huán)價(jià)值，邊角料也有價(jià)值，不需要制模施工。目前國際上引人矚目的新型住宅品引入我國，其環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

　　1、該類型住宅采用全封閉式保溫隔熱防潮系統(tǒng)，溫度變化小，熱損失低。不論冬夏，都具有舒適當(dāng)居住環(huán)境。室外零攝氏度時(shí)，室內(nèi)仍可以保持17攝氏度以上；以室外溫度達(dá)到30攝氏度的情況下，室內(nèi)溫度僅為21攝氏度左右。

　　2、與磚混結(jié)構(gòu)住宅相比，可節(jié)能60%以上，冬夏季空調(diào)設(shè)備可節(jié)約耗電30%以上，結(jié)構(gòu)的廢舊利用為100%，與磚混結(jié)構(gòu)比較， 同樣樓層凈高條件下，鋼結(jié)構(gòu)維護(hù)墻體面積小，節(jié)約空調(diào)所需能源，減小維護(hù)費(fèi)用。

　　三、鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的原則及問題對策

　�。ㄒ唬╀摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的探討

　　穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)突出問題。在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)中，都會(huì)遇到穩(wěn)定問題。對于這個(gè)問題處理不好，將會(huì)造成不應(yīng)有的損失�，F(xiàn)代工程史上不乏因失穩(wěn)而造成的鋼結(jié)構(gòu)事故。在我國1988年曾發(fā)生13.2×17.99m網(wǎng)架因腹面桿穩(wěn)定位不足而在施工過程中塌落的事故。因此穩(wěn)定性鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問題，一旦出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)事故，不但會(huì)造成經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失，而且會(huì)造成人員的傷亡，所以我們在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要把握好穩(wěn)定設(shè)計(jì)這一關(guān)。目前，鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過的失穩(wěn)事故都是由于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不足，對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定缺少明確概念，造成一般性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在穩(wěn)定設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)。另一方面是由于新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，如空間網(wǎng)架，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)者對其如何設(shè)計(jì)還沒完全的了解。

　�。ǘ�）鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的原則

　　針對鋼結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們必須遵循以下三個(gè)原則：

　　1、結(jié)構(gòu)整體布局必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求。目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來設(shè)計(jì)的，如桁架和框架都是如此。為保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，需要從結(jié)構(gòu)整體布置來解決，亦即設(shè)計(jì)必要的支撐構(gòu)件。這就是說，平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出平面穩(wěn)定計(jì)算必須和結(jié)構(gòu)布局相一致。

　　2、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖和計(jì)算方法所依據(jù)的簡圖相一致，這對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算十分重要。目前在設(shè)計(jì)單層和多層框架結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不作框架穩(wěn)定分析而是代之以框架柱的穩(wěn)定計(jì)算。在采用這種方法時(shí)，計(jì)算框架穩(wěn)定時(shí)用到的柱計(jì)算長度系數(shù)，自應(yīng)通過框架整體穩(wěn)定分析得出，才能使柱穩(wěn)定計(jì)算等效力框架穩(wěn)定計(jì)算。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設(shè)計(jì)中為了簡化計(jì)算工作，需要設(shè)定一些典型條件。

　　3、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算必須相互配合，使二者有一致性。結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)相符合，一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)連接，應(yīng)分別賦予它足夠的剛度和柔度，對框架節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量減少桿件偏心，這些都是設(shè)計(jì)者處理構(gòu)造細(xì)部時(shí)經(jīng)�？紤]到的。但是，當(dāng)涉及穩(wěn)定性能時(shí)，構(gòu)造上時(shí)常有不同于強(qiáng)度的要求或特殊考慮。例如，簡支梁就抗彎強(qiáng)度來說，對不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時(shí)允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在處理梁整體穩(wěn)定時(shí)上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，同時(shí)允許梁在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析所采取的邊界條件。

　�。ㄈ�）鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題及對策

　　1、鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑要以建設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，其他專業(yè)緊密互動(dòng)配合。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑除要遵循住宅建筑設(shè)計(jì)一般原則外、要注重解決：

　�。�1）如何發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢？梁跨度可增大、開間更靈活、為住戶創(chuàng)造更大的空間。但又如何避免鋼結(jié)構(gòu)帶來的建筑平、立面單調(diào)呆板。

　�。�2）要解決鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防火、防腐蝕問題。特別是在多雨的地區(qū)，防腐、防銹工作處理的好壞直接影響到鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣。

　　2、選擇和開發(fā)外墻板，是鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑推廣中的關(guān)鍵問題之一。除滿足外墻板的各項(xiàng)技術(shù)要求外，還要做到墻板原材料因地之宜、工作化生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝連接方便。

　　3、鋼結(jié)構(gòu)要做到安全合理、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方便可靠、并為構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝創(chuàng)造條件。

　　結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布局規(guī)則性有很大關(guān)系。結(jié)構(gòu)布局不規(guī)則，地震時(shí)易損壞，而且除彈性設(shè)計(jì)外還要作彈塑性層間位移驗(yàn)算。因此應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)則性要求。

　　住宅鋼結(jié)構(gòu)的平面布局應(yīng)力求規(guī)則、對稱。住宅鋼結(jié)構(gòu)常見的布局不規(guī)則，主要是平面不規(guī)則。如平面形狀不規(guī)則，L形等，特別是支撐剪力墻偏置，明顯不對稱等。若樓層的最大彈性水平位移超過質(zhì)心水平位移的1.2倍，就屬于平面不規(guī)則，此時(shí)需對支撐剪力墻的配置進(jìn)行調(diào)整。

　　4、建筑設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)住宅配合，是住戶首先遇到的問題。因此如何采用先進(jìn)的技術(shù)來開發(fā)適合于鋼結(jié)構(gòu)住宅的各項(xiàng)設(shè)備是我們必須要解決的問題。

　　5、鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)是房地產(chǎn)開發(fā)商最關(guān)心的問題。鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)定位于中、高檔住宅，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝、維修和管理等環(huán)節(jié)著手加強(qiáng)管理和協(xié)調(diào)，從而達(dá)到降低成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益的目的。

　　四、鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展前景

　　住宅產(chǎn)業(yè)化是我國住宅業(yè)發(fā)展的必由之路，因?yàn)檫@將成為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)住宅體系易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化制作，而與之相配套的墻體材料可以采用節(jié)能、環(huán)保的新型材料，它屬綠色環(huán)保性建筑，可再生重復(fù)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，因此鋼結(jié)構(gòu)體系住宅成套技術(shù)的研究成果必將大大促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，直接影響著我國住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平和前途。

　　鋼結(jié)構(gòu)建筑的科技含量很高，結(jié)構(gòu)本身往往就是建筑表現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)與工藝不僅是實(shí)現(xiàn)形象構(gòu)思的必要手段，而且對建筑形象的影響極為顯著，這就決定了結(jié)構(gòu)構(gòu)思是形象構(gòu)思成功與否的關(guān)鍵所在�？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，審美觀的改變必然使得鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷地去擴(kuò)展自身的表達(dá)語匯而尋求發(fā)展。我們所提倡的是：拋開風(fēng)格要素，從結(jié)構(gòu)理性主義出發(fā)，從現(xiàn)代的和傳統(tǒng)的從多風(fēng)格流派中吸取精華，創(chuàng)造出技術(shù)和藝術(shù)有機(jī)融合的鋼結(jié)構(gòu)精品建筑。

　　目前國內(nèi)的建筑業(yè)生產(chǎn)效率較低，尚屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，而鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于高技術(shù)高效率的產(chǎn)業(yè)，加快對鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究，將促進(jìn)建筑業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，并將帶動(dòng)建材、冶金、信息機(jī)械尤其是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。

　　應(yīng)該看到，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅正得到大力地發(fā)展，但從建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到制作安裝，各個(gè)環(huán)節(jié)我們都與國外先進(jìn)水平有很大的差距。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)在工作中應(yīng)該腳踏實(shí)地的積極創(chuàng)新；專業(yè)研究人員則應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究；技術(shù)主管要加強(qiáng)對從業(yè)人員的技術(shù)培訓(xùn)及市場的管理力度。只有這樣才能使我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化得到更加健康的發(fā)展，成為真正具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)。

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