钢结构住宅在国内外的应用与发展现代科学技术的高速发展,以及人们对住宅的功能齐全、使用方便、居住舒适、安全节能、有益健康等方面的要求,使国内外钢结构住宅会逐步替代木结构住宅及砖结构住宅,成为住宅产业的一支新生力量。
现在,我国目前钢结构研究已进入一个新的阶段,有关规范和标准已经出台,国内钢材产量充足,钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。
当然,在钢结构住宅发展方面,还有一些技术问题有待解决。钢结构住宅的推广还需要做大量的工作,要广泛宣传开发轻钢住宅的益处,完善不同类型结构设计规范和施工技术标准,建立一个能与传统建材相竞争的钢材供应网,研制新型的轻质保温墙体材料以及与之配套的辅助材料,做好示范工程,加强信息交流,发布行业动态,寻求国际间的广泛合作,激发开发商在做决策时采用钢结构等。
国外住宅工业化产品的类型有木结构、混凝土结构、钢结构等多种类型。大量的传统木结构住宅在抗震、防火、耐久性方面都存在缺陷,混凝土结构住宅工业化程度不高。钢结构具有装配简单,抗震性能好,对大自然破坏程度小等优点。近年来钢构件形式的多样化,相关技术的进步为钢结构工业化住宅发展奠定了原料供应的基础和技术基础。
多层住宅从结构体系角度来看,包括宿舍、旅馆、汽车旅馆、低收入住宅、老年公寓、托儿所、护理室等。如果采用钢结构承重体系,在方案阶段,建筑设计阶段就应尽可能加以考虑予以协调。住宅的平面形状最好是矩形的,宽度一般为14~23m,其走廊、厨房、浴室常为纵向布置,设在房屋部三分之一的部位处。楼盖的厚度越小越好,这样可以减低层高。住宅的另一特点,分户隔墙为永久性的,从而可将构件放在隔墙内遮蔽起来。
国外多层钢结构住宅形式很多,除钢结构住宅外,还广泛地采用混合结构和组合结构。
多层钢结构住宅的常用结构体系
A.常用的钢结构体系有框架体系、框架支撑体系和桁架体系。
框架体系是最常见的,它将梁柱构件刚接,依靠梁柱受弯来承受竖向荷载和水平荷载。这种体系用于多层钢结构住宅是适合的。它的特点是可以作成大开间,充分满足建筑布置上的要求。只要进行认真设计,可以作出经济适用的多层住宅。
柱子的采用轧制或焊接工字钢、方钢管、园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。
B.混合结构
将结构的分户样用混凝土作或剪力,也有些工程将楼梯间的田边样,用钢筋混凝土浇筑或类似于,以抵抗水平力,这样做的前提是不能防碍建筑的使用功能。也有时将此部份的剪力样用带缝或带切口或共它型式的钢板不代替混凝土。
C.框架支撑体系
这种体系藉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1表示的是梁与柱铰接时,标示就成为悬臂的,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,还可采用偏心支撑(图)。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。
D.桁架体系
桁架的杆件全部受轴力,材料能得到较充分利用,具有节约钢材的潜能。但桁架腹杆较多,用于住宅时不应妨碍空间的利用和室内的外观。因此有个巧妙利用的问题。美国于60年代中期开发了一种新型的结构体系,在建筑布置上具有一定优越性,称作间隔桁架体系(图2),国内也有译为交错桁架的。这种结构体系主要用于15~20层的旅馆、汽车旅馆、集体宿舍、老年公寓和住宅。1986年,美国新泽西州大西洋城建造的43层国际旅游饭店,通过多种多案比较后,采取了这种方案,从而把它的应用在实践上推向100米以上的高层建筑。作为钢结构住宅的结构体系,不失为一种较好的结构体系。
间隔桁架体系的优点如下:
(1) 因为桁架高度等于层高,在同一楼层的相邻框架和上下楼层都是间隔布置,房间有两倍柱距的宽度,这样可以满足建筑上大开间的要求,结构上又可采用小柱距和短跨楼板,使楼板厚度减小,能减轻结构自重。
(2) 层高可以取得很小,在住宅中可以做到2.6m。
(3) 腹杆可采用斜杆体系和华伦氏空腹桁架体系相结合,便于设置走廊,房间在纵向必要时也可连通。
(4) 底部二层可以采用托挂合,使一层作成无柱大厅,用于车库比较方便。顶层也可托挂结合,作成柱子很美观。
(5) 桁架隔层布置,减小了桁架弦杆引起的局部弯矩,使柱在框架平面内的弯短很小,主要受轴力,有利缩小框架柱断面。
(6) 框架横向刚度大,侧向位移很小,侧向位移容易满足(纵向要适当设置支撑或作成框架)。
(7) 结构用钢量较低,较经济。
当前,我国城乡居民的住房需求已从追求生存空间的数量型转向数量、质量并重时期,推进住宅产业现代化,用现代科学技术加速改造传统的住宅产业,从而提高住宅质量,是实现住宅生产方式由粗放型向集约型转变的重大举措。