鋼結構住宅在國內外的應用與發展現代科學技術的高速發展,以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節能、有益健康等方面的要求,使國內外鋼結構住宅會逐步替代木結構住宅及磚結構住宅,成為住宅產業的一支新生力量。
現在,我國目前鋼結構研究已進入一個新的階段,有關規范和標準已經出臺,國內鋼材產量充足,鋼結構住宅的發展已具備了較好的物質和技術基礎。
當然,在鋼結構住宅發展方面,還有一些技術問題有待解決。鋼結構住宅的推廣還需要做大量的工作,要廣泛宣傳開發輕鋼住宅的益處,完善不同類型結構設計規范和施工技術標準,建立一個能與傳統建材相競爭的鋼材供應網,研制新型的輕質保溫墻體材料以及與之配套的輔助材料,做好示范工程,加強信息交流,發布行業動態,尋求國際間的廣泛合作,激發開發商在做決策時采用鋼結構等。
國外住宅工業化產品的類型有木結構、混凝土結構、鋼結構等多種類型。大量的傳統木結構住宅在抗震、防火、耐久性方面都存在缺陷,混凝土結構住宅工業化程度不高。鋼結構具有裝配簡單,抗震性能好,對大自然破壞程度小等優點。近年來鋼構件形式的多樣化,相關技術的進步為鋼結構工業化住宅發展奠定了原料供應的基礎和技術基礎。
多層住宅從結構體系角度來看,包括宿舍、旅館、汽車旅館、低收入住宅、老年公寓、托兒所、護理室等。如果采用鋼結構承重體系,在方案階段,建筑設計階段就應盡可能加以考慮予以協調。住宅的平面形狀最好是矩形的,寬度一般為14~23m,其走廊、廚房、浴室常為縱向布置,設在房屋部三分之一的部位處。樓蓋的厚度越小越好,這樣可以減低層高。住宅的另一特點,分戶隔墻為永久性的,從而可將構件放在隔墻內遮蔽起來。
國外多層鋼結構住宅形式很多,除鋼結構住宅外,還廣泛地采用混合結構和組合結構。
多層鋼結構住宅的常用結構體系
A.常用的鋼結構體系有框架體系、框架支撐體系和桁架體系。
框架體系是最常見的,它將梁柱構件剛接,依靠梁柱受彎來承受豎向荷載和水平荷載。這種體系用于多層鋼結構住宅是適合的。它的特點是可以作成大開間,充分滿足建筑布置上的要求。只要進行認真設計,可以作出經濟適用的多層住宅。
柱子的采用軋制或焊接工字鋼、方鋼管、園鋼管或冷彎型鋼組合斷面,也可以采用鋼管砼。主要梁采用H型鋼。次梁可以有多種做法。
B.混合結構
將結構的分戶樣用混凝土作或剪力,也有些工程將樓梯間的田邊樣,用鋼筋混凝土澆筑或類似于,以抵抗水平力,這樣做的前提是不能防礙建筑的使用功能。也有時將此部份的剪力樣用帶縫或帶切口或共它型式的鋼板不代替混凝土。
C.框架支撐體系
這種體系藉助支撐來承受水平力和提供側向剛度。當房屋較高時,它比純框架來得經濟。另外,采用人字支撐等還可以起到減小梁跨度的作用,從而減小梁的截面。支撐要在適當位置設置,以便與建筑設計相協調。圖1表示的是梁與柱鉸接時,標示就成為懸臂的,這樣用支撐來加強,以抵抗水平力和側向位移。
通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內布置垂直支撐體系。根據要求可沿縱、橫向單向布置或雙向布置。考慮到門窗的布置,可采用X型、單斜桿型、人字型、倒人字型、W型、倒W型、門式等形式,還可采用偏心支撐(圖)。在不影響建筑功能的前提下,在平面上支撐應均勻布置。支撐與框架鉸接,按拉桿或壓桿設計。
D.桁架體系
桁架的桿件全部受軸力,材料能得到較充分利用,具有節約鋼材的潛能。但桁架腹桿較多,用于住宅時不應妨礙空間的利用和室內的外觀。因此有個巧妙利用的問題。美國于60年代中期開發了一種新型的結構體系,在建筑布置上具有一定優越性,稱作間隔桁架體系(圖2),國內也有譯為交錯桁架的。這種結構體系主要用于15~20層的旅館、汽車旅館、集體宿舍、老年公寓和住宅。1986年,美國新澤西州大西洋城建造的43層國際旅游飯店,通過多種多案比較后,采取了這種方案,從而把它的應用在實踐上推向100米以上的高層建筑。作為鋼結構住宅的結構體系,不失為一種較好的結構體系。
間隔桁架體系的優點如下:
(1) 因為桁架高度等于層高,在同一樓層的相鄰框架和上下樓層都是間隔布置,房間有兩倍柱距的寬度,這樣可以滿足建筑上大開間的要求,結構上又可采用小柱距和短跨樓板,使樓板厚度減小,能減輕結構自重。
(2) 層高可以取得很小,在住宅中可以做到2.6m。
(3) 腹桿可采用斜桿體系和華倫氏空腹桁架體系相結合,便于設置走廊,房間在縱向必要時也可連通。
(4) 底部二層可以采用托掛合,使一層作成無柱大廳,用于車庫比較方便。頂層也可托掛結合,作成柱子很美觀。
(5) 桁架隔層布置,減小了桁架弦桿引起的局部彎矩,使柱在框架平面內的彎短很小,主要受軸力,有利縮小框架柱斷面。
(6) 框架橫向剛度大,側向位移很小,側向位移容易滿足(縱向要適當設置支撐或作成框架)。
(7) 結構用鋼量較低,較經濟。
當前,我國城鄉居民的住房需求已從追求生存空間的數量型轉向數量、質量并重時期,推進住宅產業現代化,用現代科學技術加速改造傳統的住宅產業,從而提高住宅質量,是實現住宅生產方式由粗放型向集約型轉變的重大舉措。