摘要：高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是我們提倡的綠色環(huán)保型住宅體系。本文在闡述多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從不同方面分析了多高層鋼結(jié)構(gòu)的住宅體系構(gòu)造，提出了鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的創(chuàng)新進(jìn)行了思考。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；住宅體系；設(shè)計(jì)
1．多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)
多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅由于其所采用的建筑材料、適用范圍和產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)，使其建筑設(shè)計(jì)方法與于普通意義上的鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)有較大的不同。其自身的特點(diǎn)要求其建筑設(shè)計(jì)方法應(yīng)該滿足三個(gè)方面的要求。其一，以鋼結(jié)構(gòu)作為主要的結(jié)構(gòu)材料，其建筑設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度大的特點(diǎn)，盡量采用大空間的布局方式，保持室內(nèi)空間分隔的靈活性，在滿足近期不同使用需求的情況下，還可滿足遠(yuǎn)期改造的要求其二，由于其適用范圍為多高層住宅，其建筑設(shè)計(jì)必須符合多高層住宅設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，一方面必須滿足住宅設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范要求，另一方面，必須滿足當(dāng)前和日后市場(chǎng)對(duì)住宅設(shè)計(jì)的舒適性和審美要求其三，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)應(yīng)該符合產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化的特點(diǎn)，積極采用新技術(shù)、新材料，以促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。
2．多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系
我國(guó)目前多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅常用結(jié)構(gòu)選型及施工工藝我國(guó)目前所進(jìn)行的多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)和建設(shè)，雖然并不是完整意義上的產(chǎn)業(yè)化住宅，但其在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)選擇，樓板及外墻圍護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與具體施工工藝方面都是以國(guó)內(nèi)成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅具有較強(qiáng)的適用性。當(dāng)前的建筑發(fā)展水平，是鋼結(jié)構(gòu)體系建構(gòu)的基礎(chǔ)。同樣，建構(gòu)合理適用的多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，必須對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析。
2.1常用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
目前，國(guó)內(nèi)進(jìn)行多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)所采用的結(jié)構(gòu)體系主要分為四種：純框架形式，框架支撐形式，型鋼混凝土組合形式，鋼框架一混凝土抗震墻形式。對(duì)于純框架形式，梁柱材料采用型鋼，通過(guò)焊接或螺栓連接的方式進(jìn)行組合安裝。框架支撐形式同純框架形式類(lèi)似，只是由于抗震需要，在主體結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向布置斜撐，鋼斜撐與型鋼柱和梁連接組成豎向抗側(cè)力析架，從而取代傳統(tǒng)的混凝土剪力墻，安裝方式同樣采用焊接或螺栓連接。型鋼混凝土組合形式的特點(diǎn)是在鋼骨架梁柱外側(cè)另外澆筑一層混凝土，新澆筑的混凝土不僅起到結(jié)構(gòu)作用，同時(shí)有助于解決主體結(jié)構(gòu)的防腐、防火問(wèn)題。鋼框架一混凝土抗震墻形式，外部梁柱系統(tǒng)采用型鋼，同樣通過(guò)焊接或螺栓連接的方式進(jìn)行組合安裝，內(nèi)部核心筒或剪力墻采用現(xiàn)澆方式施工，通過(guò)預(yù)埋構(gòu)件同外圍鋼結(jié)構(gòu)框架相連接，共同組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
2.2常用樓板系統(tǒng)
鋼結(jié)構(gòu)住宅所采用的樓板系統(tǒng)主要分為兩種疊合式和整體現(xiàn)澆式。疊合式樓板的具體施工工藝較多，可以采用輕型混凝土預(yù)應(yīng)力板材，作為底部模板，現(xiàn)場(chǎng)再澆筑若干厚度的混凝土，形成疊合樓板也可以采用壓型鋼板襯底，現(xiàn)場(chǎng)再澆筑混凝土。這種施工工藝可減少現(xiàn)場(chǎng)部分濕作業(yè)，有利于產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)和施工。整體現(xiàn)澆式樓板的施工方法與普通的非鋼結(jié)構(gòu)的住宅相同，設(shè)計(jì)與施工都非常成熟。
2.3常用外墻圍護(hù)系統(tǒng)
相較于梁柱和樓板系統(tǒng)，外墻圍護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工都更為復(fù)雜。從具體的施工工藝分為填充和外掛兩大類(lèi)。填充類(lèi)常用的材料為砌塊和輕質(zhì)墻板，內(nèi)嵌至梁底或樓板底部形成外圍護(hù)系統(tǒng)。外掛類(lèi)多采用輕質(zhì)墻板，按尺寸的大小可分為大板和小板，安裝在梁柱和樓板外側(cè)，形成圍護(hù)系統(tǒng)。砌塊填充類(lèi)的設(shè)計(jì)與施工較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用也很廣泛，掛板類(lèi)的圍護(hù)系統(tǒng)則較為復(fù)雜，通常情況下，建設(shè)方往往會(huì)委托專業(yè)公司進(jìn)行設(shè)計(jì)，同前期的建筑設(shè)計(jì)難以有效協(xié)調(diào)。
3．鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的設(shè)計(jì)
3.1結(jié)構(gòu)分段優(yōu)化設(shè)計(jì)
按照體系化的設(shè)計(jì)方法，鋼結(jié)構(gòu)住宅使用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，是應(yīng)該在相關(guān)的適用結(jié)構(gòu)材料列表中選用。舉例而言，需要建造一棟六層高的鋼結(jié)構(gòu)住宅，那么通過(guò)查表就可以得到它所需要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的具體尺寸，而不是再通過(guò)單體的結(jié)構(gòu)計(jì)算得到結(jié)果。而這樣的適用結(jié)構(gòu)材料列表的建立則是建立在整個(gè)體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上。體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化同一般意義上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最大的區(qū)別在于其需要適用于大批量建造的建筑，而不是針對(duì)某一個(gè)單體建筑，因此，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的也不能用單一的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)衡量，而需要考慮整個(gè)體系的綜合效益。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化影響較大的因素有以下兩點(diǎn)體系的整個(gè)經(jīng)濟(jì)性因素并不僅僅是建造一棟建筑的成本，它還包括工業(yè)生產(chǎn)的成本，運(yùn)輸?shù)某杀镜纫蛩�。體系所需要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是由工業(yè)化生產(chǎn)的，其產(chǎn)品種類(lèi)只有盡可能的減少以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的要求，這樣才能發(fā)揮工業(yè)化的優(yōu)勢(shì)，降低生產(chǎn)的成本。
鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)件是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝，過(guò)多的構(gòu)件種類(lèi)會(huì)導(dǎo)致施工過(guò)程繁瑣，增大施工難度，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)約工期的優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮。由此，鋼結(jié)構(gòu)住宅的體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化不能以用鋼量作為衡量?jī)?yōu)化的單一指標(biāo)，而應(yīng)該優(yōu)先考慮建筑部、構(gòu)件的通用化應(yīng)用和多樣化組合，從而使體系的綜合效益有效發(fā)揮。舉例而言，為保證整個(gè)體系的簡(jiǎn)便易行，將一層的住宅所需要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件歸為同一種類(lèi)，為滿足結(jié)構(gòu)的安全性要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸是按照層住宅的要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣的構(gòu)件在體系中會(huì)應(yīng)用于層的住宅。
對(duì)于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅而言，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化則較為復(fù)雜一點(diǎn)，高層住宅底層的結(jié)構(gòu)柱和梁，以及樓梯核心筒剪力墻的厚度均會(huì)和上層的相應(yīng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)要求不同，在垂直方向上進(jìn)行優(yōu)化是必要的，如某層鋼結(jié)構(gòu)住宅，可以在垂直方向分段進(jìn)行優(yōu)化，以四層為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，承重構(gòu)件逐次減小，上部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)先選用在多層住宅中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，住宅的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，這樣的優(yōu)化還是可行的。
3.2模塊化設(shè)計(jì)
在體系化的建筑設(shè)計(jì)中采用模塊化的設(shè)計(jì)，即盡可能的將建筑中的不同構(gòu)、部件進(jìn)行優(yōu)化組合，形成相同的單元，以利于工業(yè)化的生產(chǎn)和安裝。在普通的住宅設(shè)計(jì)中，通常情況下最小的模塊化單元是以套型為最小單位，體系化的要求不僅僅需要套型的簡(jiǎn)單一致，同時(shí)模塊的外部尺寸應(yīng)盡量滿足模塊間平接、錯(cuò)接、對(duì)稱連接、凹凸連接等多種拼接的可能性拼接處構(gòu)件的定位應(yīng)有利于模塊間的銜接，并滿足拼接后結(jié)構(gòu)的合理性和建筑平面變動(dòng)的可能性。
如圖套型所示住宅房型模塊化設(shè)計(jì)與模塊拼接示意，仍是以套型作為最小的模塊，但中的標(biāo)準(zhǔn)單元模塊通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，不僅僅考慮了對(duì)稱拼接的可能，同時(shí)在凹凸拼接，錯(cuò)接等不同的拼接方式上，都具備較強(qiáng)的可行性。從而在套型拼接上，突破了以往單元式呆板的組合方式，具有較強(qiáng)的靈活性，為建筑造型及空間構(gòu)成提供了多重的選擇。模塊化的設(shè)計(jì)作為一種設(shè)計(jì)方法，其目的是將體系的靈活性得以充分的發(fā)揮。在具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，在建構(gòu)模塊的同時(shí)，需要根據(jù)具體的項(xiàng)目情況，因地制宜的靈活應(yīng)用。
4．鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的創(chuàng)新思考
任何的建筑體系都具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，其適用性也會(huì)根據(jù)具體的情況而發(fā)生改變。在前面所述的多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的闡述中，此類(lèi)的多高層鋼結(jié)構(gòu)是一種重型的鋼結(jié)構(gòu)體系，采用的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為框架結(jié)構(gòu)或者框架一抗震墻布置方式，從建筑空間的角度來(lái)分析，雖然它便于創(chuàng)造大開(kāi)間的空間模式，但卻難以處理較為復(fù)雜的空間細(xì)部。由于采光、通風(fēng)的規(guī)范要求，住宅平面往往會(huì)出現(xiàn)較多的凹槽，采用重型的鋼結(jié)構(gòu)體系來(lái)處理這樣的問(wèn)題，其代價(jià)較高。如果采取另一種結(jié)構(gòu)形式，即剪力墻的結(jié)構(gòu)布置方式，則可以突破框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，更加靈活的進(jìn)行空間劃分。同時(shí)，由于重型鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸成本較高，對(duì)于交通狀況不佳的基地，工廠化生產(chǎn)的便利就會(huì)給運(yùn)輸?shù)睦щy所抵消，無(wú)法發(fā)揮整個(gè)建筑體系的優(yōu)越性。
總之，住宅產(chǎn)業(yè)化是社會(huì)發(fā)展的大勢(shì)所趨，多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展也必然會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。雖然在其成長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)較多理論和實(shí)踐問(wèn)題，相信最終會(huì)得以解決。具有時(shí)代特色的多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系必然會(huì)走向成熟。
參考文獻(xiàn)：
1．張慶風(fēng)，張小玲，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)和施工技術(shù)[M]，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003
2．劉錫良，國(guó)外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用概況[J]，浙江建筑，2001
3．金磊，鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)發(fā)展看好[J]，中國(guó)建材報(bào)，2002
4．劉軍，趙元祥等天津市鋼結(jié)構(gòu)試點(diǎn)住宅設(shè)計(jì)探討[J]，上海鋼結(jié)構(gòu)住宅研討會(huì)，2002
