周实
哈尔滨达城绿色建筑技术开发股份有限公司
摘要：多层住宅结构中钢结构的使用较多，其中钢结构设计水平对整个项目的发展而言至关重要。本文针对钢结构住宅结构设计要素、设计要求等进行了分析。并从钢结构实际使用价值和应用发展等方面进行了探讨，旨在为实际操作提供一定的理论借鉴价值。
关键词：多层钢结构；住宅结构；设计要点；性能
引言
为了响应国家生态保护政策要求，当下建筑行业中的钢结构房屋比例不断增加。钢结构住宅的经济效益、性能保障和生态保护方面更符合绿色建筑要求，与传统建筑结构相比更具优势。加强钢结构住宅结构设计的合理分析已经成为当下重要问题。实践经验表明钢结构住宅需要加强推广力度，同时不可忽视钢结构住宅应用中的特殊问题。如投资方理念问题、钢结构住宅体系的标准缺失、规范不健全；国内钢结构设计人员方面存在专业性差、技术人员稀缺的局面，相比于传统混凝土结构施工而言，钢结构设计技术团队的整体水平较差。为此设计环节中，相关技术人员需要结合现场实际情况、施工图等进行全面设计，保证项目施工的合理性、安全性。
1钢结构住宅的平面设计
住宅的平面功能是住宅建筑设计的出发点与归宿点。从社会学的角度看，住宅平面组织应该是居民生活方式的反映。钢结构住宅建筑设计约束因素除应遵守国家建筑法规和技术规范外，还应注意以下方面。
1.1规则化进行柱网布置
多层钢结构住宅的结构大多采用框架结构体系，不适宜轴线错开较多，形心和质心距离较大和易于产生较大扭转的住宅平面，柱网布置应满足规则性要求，宜以住宅单元或套型为单位实现模块化，以模块的平接、错接、对称接、凹凸接等多种拼接适应总平面布置的变化。
1.2考虑柱距经济性
过小的柱距将导致柱子数量增加，致使结构用钢量增加；而过大的柱距，将导致需采用较大的梁截面高度，除可能影响设备管道的通行外，尤其会增加建筑的层高，从而使建筑的造价及使用维护费用的增加。一般框架结构较适合的柱网尺寸为6m~12m。
1.3住宅模数的布置
住宅功能的多样性要求房间的开间、面宽均有较大的变化,反映到结构构件上,会带来结构构件如梁、柱的用料等的不同。与传统砌体结构建筑不同,钢构件不能在现场自由加工、任意增加其长短,同时钢节点所用的连接件的用料、尺寸变化也比较多样,这增加了工厂加工制作的难度,而且提高了制作成本。因此,在钢结构住宅的设计中既要考虑到房屋功能方面的要求,又要考虑到钢结构的施工和加工方面的要求,使钢结构住宅设计向模数化、体系化的方向发展。对房间跨度进行模数规定,有利于钢结构计算,因而最终有利于钢结构住宅的生产与施工。
1.4灵活进行平面布置
由于钢结构具有强度高、可以实现大开间、高净空的特点，因而在住宅设计时可以将传统砖混结构住宅的很多承重墙改为轻质隔墙。由于隔墙的轻质化和可拆改化，居住空间的大小可以灵活布置，能够最大限度地满足住户对住宅的功能和设备的高品位的需求。除了楼梯间、厨房、卫浴等部分的功能确定之外，住宅中的其他部分均可由轻质隔墙来完成分区，在有限的不变体限定下，可以创造出无限的自由户型，满足了人们对住宅多样化功能的需要。一般来说，砖混结构住宅的灵活性设计只能达到一级，一般粱柱体系的钢筋混凝土空间结构体系的住宅的平面灵活性可以达到二级，而钢结构住宅的灵活性则可以达到五级。从上述灵活性的分析中，我们不但了解到钢结构住宅比砖混结构住宅和钢筋混凝土框架结构住宅在平面设计上，有着无法比拟的灵活性的优点。
1.5厨房、卫生间的布置
研究开放住宅的关键问题就是厨房卫生间的设计。第一，厨房、卫生间的位置应靠近混凝土核心筒或混凝土剪力墙，避开钢结构承重构件，以利于钢构件的防火防腐处理。第二，为了达到同层检修的目的，让厨房、卫生间地面整体下沉，再用轻质材料回填。如果是整体厨房、卫生间盒子间，已包括了厨房、卫生间的6个面，原有的地面也应该下沉。厨房、卫生间地面整体下沉的做法，并不仅是钢结构住宅的特殊要求，其他结构形式的住宅的厨房、卫生间设计也应该朝这个方向发展，它可以解决上下楼层之间渗水的矛盾。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第三、厨房、卫生间应采取整体化设计,厨卫设备应符合模数协调原则。
2立面设计
2.1体型设计
目前我国大多数的钢结构住宅由于结构跨度的需要，多采用一些简单体型，往往使整个体型比较呆板。但这一特点恰恰符合节能建筑设计技术，平整的墙面可以增加南向敞开度，加大日照面积；窗户的设置有利于组织良好的室内通风，并保证夜晚室外凉爽的气流进入洞口后能“覆盖”室内平面，在人体高度范围内通过。因此，应将钢结构住宅建筑体型塑造的重点放在屋顶、门窗、雨篷、檐口等的形式上，用以追求变化。这是区别于其他建筑结构的。
2.2立面设计
钢结构住宅在建筑立面没计中，可以利用外围护结构自身材料质感的不同并配合个性墙体色彩，将钢结构住宅处理得更丰富；也可以根据建筑造型的需要，在建筑入口、阳台、雨篷及楼梯间顶部架设结构钢架，再配以符合建筑个性的装饰材料，精心设计可以获得较为理想的造型效果。
2.3加强外墙板和平面开间关系的有效处理
钢结构住宅外墙除需满足各项技术要求外,还应采用与住宅平面相协调的模数体系,以有利于建筑外立面的洞口设置(包括门洞及窗洞)。设计过程中需要考虑采光窗与外墙墙板的模数关系,采光、通风及立面造型方面能够达到建筑设计要求,同时使外墙板之间、外墙板与钢构件之间的连接安全合理、构造方便,并为构件制作、运输、吊装创造条件。
3剖面设计
由于钢材的材料特性,使得同样跨度时的钢梁、柱断面尺寸都比混凝土梁、柱小,这样有利于建筑室内空间的设计。但钢结构梁、柱与楼板的连接方式与混凝土梁、板的连接有所不同,住宅按照2.8m的层高,除去钢梁截面高度0.5m(以跨度最大钢梁截面高度计),在减去楼板厚度,室内净高小于2.2m，按照原有的住宅层高标准不能很好地满足居住要求，因此建议住宅方案的层高定为3.0m。
4节能要求
虽然钢结构住宅相较于传统建筑材料住宅而言有着非常多的优势，但是钢材的热导率却是混凝土的30多倍。所以钢结构住宅在保温节能上需要进行更为细致的设计与建设。当前钢结构节能构造基本都是从以下几个方面出发。
4.1建筑朝向
住宅建筑的朝向选择很重要，以南北向或接近南北向为好，冬季应有适量的阳光射入室内，并尽量避免冷风直接吹袭；夏季则尽量减少太阳直射室内及外墙面。主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位，减小围护结构的散热量。
4.2围护结构性能分析
建筑空间内热环境的优劣，取决于室外自然环境和围护结构的热工性能。据统计，建筑物通过围护结构散失的热量大约占整个热量损失的70％左右。因此，建筑节能设计应通过控制窗墙比和改善外墙、屋面、楼地面、门窗、楼梯间等建筑围护结构的热工性能，来实现节能65%的目标。
4.3结构设计需要规避热桥现象
热桥是钢结构住宅中应该着重注意的地方。所谓热桥就是在建筑中因为多种构造因素，使得建筑围护结构的局部位置导热率增大，与建筑总体导热率不匹配，从而出现热量大量流失的部位。通常情况下，热桥在建筑的结构当中很难完全回避，譬如T型拐角处、建筑楼板层处。
5.结语
钢结构住宅在我国的发展将近二十年，本文所及仅为冰山一角，钢结构住宅结构设计中需要解决的问题还有很多，如住宅钢结构体系的防火问题、住宅钢结构体系的耐腐蚀问题、隔墙板材的布置、板材生产的系统化、标准化研究、钢结构住宅施工方法等方面的问题，需要在实践中研究解决。
参考文献：
[1]吴海英,范建洲.多层钢结构住宅结构设计的要点分析[J].四川建筑,2014(4):187-189.
[2]陈超.多层钢结构住宅的结构设计要点分析[J].门窗,2014(3):199-199.
论文作者:周实
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/14
标签：住宅论文; 钢结构论文; 建筑论文; 结构论文; 卫生间论文; 外墙论文; 平面论文; 《防护工程》2018年第24期论文;