1、第2章 多层及高层房屋结构 2.1 多、高层房屋结构的组成 2.2 多、高层房屋结构的分析和设计计算 2.3 楼盖的设计 2.4 柱、支撑及节点柱脚设计 21 多、高层房屋结构的组成 多层和高层房屋建筑之间并没有严格的界线。根据房屋建筑的荷载特点及其力学行为，尤其是对地震荷载的反应，大致可以12层(高度约40m)为界。P344（多层412层 或高度不超过40m）高层与多层钢结构房屋的区别在于：高层钢结构房屋的水平荷载起主要作用，它引起的弯矩和侧移是与高度的二次方和四次方成正比。因此选择好的抗侧体系、平面和竖向布置规则的结构、风荷载较小的建筑外形以及地震作用较小的结构体系很重要。避免房屋的“先天
2、”缺陷。因此，高层钢结构房屋更重视概念设计。一、多、高层房屋结构的类别 钢结构房屋中，侧向荷载的影响显著。按抵抗侧向荷载作用的功效可分为：框架结构、框剪或框支结构、筒体结构。框架结构体系由于在柱子之间不设置支撑或墙板之类的构件，建筑平面布置灵活。体系的抗侧力能力依赖于梁柱构件及其节点的刚度与强度，梁柱节点必须做成可靠的刚接。结构刚度分布均匀，延性较大，自振周期较长，对地震作用不敏感，但侧向刚度小。柱距一般控制在69m范围内，次梁间距以34m为宜；地震区的钢框架结构房屋一般不超过12层。1.框架结构：2.钢框架-支撑（剪力墙板）体系 在框架的一部分开间中设置支撑，支撑与梁、柱组成一竖向支撑桁架体
3、系（如图），并通过楼盖与无支撑框架共同抵抗侧力，称为钢框架-支撑体系。若用钢板剪力墙代替钢支撑，嵌入钢框架，即为钢框架-剪力墙板体系。这种结构体系，钢框架的刚度小，承担的水平剪力小。竖向支撑桁架（剪力墙板）的刚度大，承担的水平剪力大。与混凝土框架-剪力墙结构相似，钢框架-支撑（剪力墙板）体系为双重抗侧力体系，其整体侧移曲线一般呈弯剪型。上海锦江饭店分馆，采用带支撑和钢板剪力墙的框剪结构。3.框-筒结构：钢框架-混凝土核心筒或钢框筒-混凝土核心筒体系，钢框架与钢框筒的区别是：钢框筒将框架柱加密(不超过3m)，用深梁将其相互刚性连接，使外层框架在侧向荷载的作用下，具有悬臂箱形梁的力学行为。内筒及其
4、他竖向构件主要承受竖向荷载，刚性楼面作为框筒的横隔，增强筒的整体性。钢框架-混凝土核心筒或钢框筒-混凝土核心筒体系，核心混凝土筒体的抗侧刚度大于钢框架或钢框筒，核心混凝土筒体承担大部分水平力，但混凝土核心筒延性差。实际要求设计成双重抗侧体系，要求混凝土核心筒延性要好，地震水平力作用达到弹塑性变形限制时，还能承担不少于75%的水平力，钢框架或钢框筒作为二道防线承担不少于25%的水平力。为了避免剪力滞后造成角柱的轴力过大，可控制框筒平面的长宽比不宜过大(平面迎风面的长度超过45m时筒体效果降低)；加大框筒梁和柱的线刚度比。框筒结构横向刚度较大，可适用的建筑高度超过90层。P425 剪力滞后:由于剪
5、力作用产生变形的影响，柱内轴力不再是线性分布，角柱的轴力大于中部柱。高411m(110层)的原美国纽约世贸中心大厦是带有裙房的框筒结构，其平面尺寸为240根柱子组成的正方形，柱距1.02m；内筒由中央电梯井的47根柱子组成。阵风作用下实测到的屋顶最大横向位移仅为0.46m(不足计算值102m的50)，约为其高度的1950，证明框筒结构具有良好的抗侧力性能。马来西亚双塔楼马来西亚双塔楼：88层，450米，框筒结构，2019年建成。框筒结构是筒体结构的一种，称为筒中筒结构。深圳发展中心大厦 主楼由钢筋混凝土剪力墙和钢 结构组成。钢结构部分占主楼平面3/4，是地上43层、高165.30m的钢架结构。
6、P425 束筒结构是由各筒体间共用筒壁的一束筒状结构组成，是为了减缓框筒结构的剪力滞后效应而提出来的。利用第35、66、90三个设备层，设置一层楼高的桁架，提高框筒抵抗竖向变形的能力。束筒结构方案可灵活地组成平面形式，也可将各筒体在不同的高度中止，以获得丰富的立面造型。筒体可用密柱深梁的钢结构形成，也可采用钢筋混凝土筒体，不过常以内筒出现。高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ9998)第1.0.2条：根据地震设防烈度，对各类结构形式所适用的高度作出了规定，如下表。P426 表7-1 做了修改。框架、框支、框筒是多、高层房屋结构的最基本型式，由此可衍生出多种多样的型式。4.悬挂结构称芯筒体系或悬挂
7、结构 在内筒(通常是钢筋混凝土结构)具有足够的抗侧力刚度时，可把框筒的外层框筒去掉，将整个建筑物悬挂在内筒上。它打破了密柱深梁对建筑设计的桎梏，充分发挥钢结构抗拉强度高的优势及钢筋混凝土结构抗压性能好的长处，实现优势互补。5.巨型结构 P421 一般结构的梁、柱、支撑为一个楼层和一个开间内的构件。巨型结构是将梁、柱、支撑由数层和数个开间组成。特点：抗震性能和抗侧刚度较好，内部空间分隔较自由。巨型结构上海证券大厦 位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易，占地面积11871m2,总建筑面积为98061m2。建筑物地下三层,地上二十七层,第二十七层以上为三层设备层,建筑高度为1209m;加上高耸的天线塔,
8、最高达18015m，是我国第一座结构暴露型建筑。结构有四大部分：第一部分：36m21m的南、北两座，高27层,钢筋混凝土核芯筒体与钢结构框架组成的框筒体系结构的塔楼;第二部分：31m高(共8层),63m跨度的钢结构天桥,位于南、北两座塔楼之间的第19层至第27层处;第三部分：9层(局部10层)钢结构裙房,位于南、北两座塔楼之间首层至第十层处,其中包括一个3620m2的无柱证券交易大厅;第四部分：钢结构天线塔,位于南、北两座塔楼中间,从第十层裙房屋面穿过钢天桥直至180m高空。主 框 架次 框 架 3次 框 架 2次 框 架 1上海信息枢纽大楼 位于浦东陆家嘴金融贸易区，是一座具有高度智能化通讯
9、信息枢纽的建筑。大楼地下3层、地上41层，建筑面积约87756m2，建筑高度达287m(到天线塔顶端)，在一侧塔楼的屋面上，耸立着一座高92m的钢结构天线塔，整个建筑雄伟壮观，在高楼林立的陆家嘴地区，仍不失为一大标志性建筑(见图1)。整幢建筑呈门型结构，左右两侧为钢框架与混凝土核心筒组成的混合结构塔楼，两塔楼相距43.2m，其间为架空的全钢结构框架(以下简称连廊)，连廊从7层开始一直到屋面(设备1层)。大楼结构上最大的特点表现在连廊部分，在连廊的7一11层、2628层与40一PHI层设置了3道巨型钢桁架。桁架筒体系 用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架布置在建筑物的周边，构成桁架筒体系，解决密柱深梁
10、的问题。钢桁架筒体系的柱距大，支撑斜杆跨越建筑物一个立面的边长，沿竖向跨越数个楼层，形成平面巨形桁架，四片平面巨形桁架围成空间桁架筒，形成整体空间悬臂结构。钢桁架筒体系的侧向刚度大，比框筒结构更能充分利用材料，适合于建造更高的建筑。香港中国银行大楼 高315m(70层)的香港中国银行大楼为大型支撑筒结构体系。八片支撑的平面位置图 四根角柱是由H型钢与混凝土的组合结构。非抗震设防的多层(12层)钢结构房屋，可不设双重抗侧力体系，可采用单纯框架或斜撑(或剪力墙)结构体系。采用框架体系时，不一定把所有的梁都和柱刚性连接，只要侧向刚度够大，可以只取一部分柱参与抗侧力工作。采用斜撑体系时，只在少数柱间加
11、设斜撑，梁和柱的连接都可做成铰支柔性连接。少数柱参与抗侧力体系，和多跨门式刚架的中柱做成摇摆柱一样。梁柱刚性连接构造复杂，制作和工地安装工作量；抗侧力体系也可混合使用，如纵向用框架，横向用斜撑体系。有抗震要求时，可采用偏心支撑体系。纯框架具有很好的延性和耗能能力，但侧向刚度较弱。轴线交汇的支撑体系侧向刚度很好，但支撑设计的在强烈地震作用下不屈曲，则造成地震力过大，不经济、合理；若允许支撑屈曲，则屈曲后性能退化，影响它的耗能能力。中心支撑 中心支撑框架中的支撑斜杆，在强烈地震的反复作用下，受压时容易发生屈曲，反向荷载作用下受压屈曲的支撑斜杆不能完全拉直，而另一方向的斜杆又可能受压屈曲，如此多次压
12、屈，致使支撑框架的刚度和承载力降低。若支撑设计的在强烈地震作用下不屈曲，则造成地震力过大，不经济、合理；若允许支撑屈曲，则屈曲后性能退化，影响它的耗能能力。因此，中心支撑框架一般用于抗风结构，抗震设计时对于不超过12层的钢结构房屋亦可采用。(a)单向斜杆支撑、(b)十字交叉支撑、(c)人字支撑、(d)V形支撑、(e)K形支撑。K形支撑斜杆的尖点与柱相交，受拉杆屈服和受压杆屈曲会使柱产生较大的侧向变形，可能引起柱的压屈甚至整个结构倒塌，所以抗震设计时不宜采用K形支撑。偏心支撑 偏心支撑框架是在梁上设置一较薄弱部位，如图10.1.3中的梁段l，称为消能梁段。结构在弹性阶段有较好的刚度，在强震作用下
13、，消能梁段在支撑失稳之前进入了弹塑性阶段，具有很好的延性和耗能能力。试验研究表明，消能梁段腹板剪切屈服，通过腹板耗散地震能量，具有塑性变形大、屈服后承载力继续提高、滞回耗能稳定等特点。设置偏心支撑的开间内，构件之间的相互连接均为刚接。建筑抗震设计规范规定，超过12层的钢结构应采用偏心支撑框架，顶层可采用中心支撑；不超过12层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏心支撑。框架-支撑体系中的竖向支撑 通常是在框架的同一跨度内支撑沿竖向连续布置，如图（a）所示。在水平荷载作用下，支撑部分由于其宽度较小，整体弯曲变形所引起的顶部侧移较大，且柱脚受到很大的轴向拉（压）力，设计中难以处理。如将竖向支撑
14、布置在两个边跨图b或根据结构侧向刚度上小下大的实际需要，上面几层布置在中跨，下面几层布置在两边跨图c，则其侧向刚度均比常规的沿中跨布置图a大得多，而且柱脚处的轴向拉（压）力亦相应减小。二、结构布置 P3471.平面布置 为了减少风压作用，应首选由光滑曲线构成的凸平面，减小风载体型系数。圆形或椭圆形平面比矩形平面能显著降低风压的整体作用；尽可能采用中心对称或双轴对称的平面，减小或避免在风荷载作用下的扭转振动；避免狭长形平面。（1）有抗震设防要求时，平面尺寸关系应符合高层民用建筑钢结构技术规程第3.2.1条如下列的要求。结构在水平荷载下是否会出现扭转，不仅和平面图上的外形有关，还和抗侧力构件设置部
15、位有关。抗侧力刚度中心应和水平合力线尽量接近。偏心率是度量抗侧力构件布置状况的力学参量，任一楼层相应于x和y方向的偏心率x和y可由下式计算：x=ey/rex y=ex/rey ex、ey 分别为x和y方向水平作用合力线到结构刚心的距离。rex 、rey 分别为x和y方向的抗扭弹性半径；rex=（KT/Kx）1/2 ，rey=（KT/Ky）1/2 KT=（Kx y2）+（Ky x2）KT所计算楼层的扭转刚度；Kx、Ky分别为所计算楼层各抗侧力构件在x和y 方向的侧向刚度之和；x，y以刚心为原点的抗侧力构件坐标。当任一层的偏心率0.15时，称平面不规则结构，结构绕刚心扭转。（2）平面不规则结构 建
16、筑抗震设计规范GB50011-2019 第3.4.2条，教材 P347 大量建筑震害表明：防震缝设置不当导致高层建筑在地震时相互碰撞的破坏后果很严重的；高层建筑在发生地震时具有很大的侧向位移，防震缝的合理设置很困难的，一般不宜设置防震缝。对地震区多高层建筑应当建立精细的力学模型，作较精确的地震分析，并采取相应的措施提高其薄弱部位和构件的抗震能力。高层钢结构建筑，一般不设置温度缝，因为建筑的平面尺寸通常不会超过90m。2.竖向结构布置 (1)竖向结构布置的原则：1）使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心尽可能重合；2）各层的刚度中心应尽可能在同一竖直线上；3）建筑开间、进深的尺寸尽可能统一。(
17、2)竖向结构布置应满足的要求：多高层房屋的横向刚度、风振加速度与其高宽比有关。一般认为高宽比超过8时，结构效能不佳。建筑结构抗震规范(GB50011)规定：对于钢结构的高层建筑，其高宽比不宜大于下表的限值。(3)竖向布置的不规则结构 P347 表6-2：3.楼层平面支撑布置 P349 保证其平面内有足够刚度，传递水平力。压型组合楼板、现浇或装配式楼板与楼面梁可靠连接时，可不设水平支撑。楼板开大洞口时，应在洞口周围的柱网区格设水平支撑。5.钢框筒结构体系的布置原则(常用）P426 1）框筒结构高宽比不宜小于3（4），可发挥框筒的立体作用；2)框筒平面宜接近方形、圆形或正多边形；矩形长短边比不宜超
18、过1.5.为了避免剪力滞后，框筒平面的边长不宜超过45m。3）框筒应做成密柱深梁，柱距一般为1.03.0m，不宜大于层高或4.5m，框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50。4）框筒柱截面刚度较大的方向宜布置在框筒的筒壁内，角柱一般为非角柱截面积的1.52.0倍；5）框筒的筒壁内，深梁与柱的连接应采用刚接。6）内筒尺寸不宜过小，内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的13；内外筒间的进深一般控制在1016m之间；核心筒的高宽比不宜超过15。7）内筒也为框筒时，柱距宜与外框筒柱距相同，且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接，保证角柱有足够的截面积，控制其不产生严重的剪力滞后。外框筒为矩形平面时，作成切
19、角矩形，以削减角柱应力；为提高内外筒的整体性能，缓解剪力滞后，可设置帽桁架和腰桁架。腰桁架一般布置于设备层。帽桁架和腰桁架由相互正交的两组桁架构成，等距满布于建筑物的横(纵)向，并贯通建筑物的纵(横)向。4.基础埋深 (1)高层建筑基础设宜设地下室，起补偿基础的作用，增大结构抗侧倾的能力，(2)抗震设防时，基础埋深宜一致，不宜采用局部地下室。（3）采用天然地基时，基础埋深不宜小于H/15；采用桩基时，不宜小于H18。基础埋深指室外地坪至基础底面；是室外地坪至屋顶檐口（不包括突出屋面的屋顶间）的高度。4.当有可靠根据时，基础埋深可适当减小。5.地下室通常取钢筋混凝土剪力墙或框剪结构。6.在地下室
20、与上层钢结构之间可设置钢骨(型钢)混凝土的过渡层，以平缓过渡抗推刚度。过渡层一般为23层，可部分位于地下。7.采用框架-支撑体系时，竖向连续布置的支撑桁架，在地下部分应该用钢筋混凝土剪力墙并一直延伸到基础。8.采用框筒体系，外框筒宜在地下部分用钢筋混凝土剪力墙，并一直延伸到基础；内框筒在地下部分最好改为钢骨(型钢)混凝土框筒或钢筋混凝土筒，并一直延伸到基础。实际工程分析上海信息枢纽大楼 位于浦东陆家嘴金融贸易区，是一座具有高度智能化通讯信息枢纽的建筑。大楼地下4层、地上41层，建筑面积约103442m2，建筑高度达288m(到天线塔顶端)。工程平面基本为矩形,长87m、宽57m。地下结构为钢筋
21、混凝土结构,地上部分两侧为劲性钢筋混凝土筒体,中央为钢结构,在711层、2628层、40屋面1层处设钢桁架,与筒体抗震墙连接,使整幢建筑物形成一个巨大的框架结构。外墙采用金属玻璃单元式幕墙。两塔楼相距43.2m，其间为架空的全钢结构框架(以下简称连廊)，连廊从7层开始一直到屋面(设备1层)。大楼结构上最大的特点表现在连廊部分，在连廊的7一11层、2628层与40一PHI层设置了3道巨型钢桁架。为使3道桁架受力明确，连廊的所有荷载均通过这3道桁架传递到左右两塔楼上，设计要求在连廊的22与35层处，所有钢柱的轴力为零。也就是说整个连廊沿高度方向，要分为相互脱离的三大块，其断层(是形式上的断层)就在
22、22与35层，这样可使每道桁架只承受其中一块的荷载。由于荷载明确，从而有利于巨型桁架的设计，可以降低整幢建筑的含钢量指标。钢柱轴力为零的施工 1根上下统长的钢柱，安装后要做到某几个区段的轴力为零，最容易的施工办法是:先安装3道桁架，然后以22层与35层为分界线，将钢柱分别挂在或安装在相应的桁架上，等楼板混凝土浇捣完成后，再把22层与35层的钢柱接通，这样，钢柱的轴力肯定为零，从而满足了设计的要求。但是按照这样的顺序吊装，会产生以下的弊病:a 由于3道桁架必须先行安装，这样，桁架安装如同架桥，而且是在100200m的高空架桥，难度相当大，其安全与质量不容易控制，工期也会受到影响。b.有相当一部分
23、柱、梁必须采用悬挂吊装的方法，这样非但塔吊会失去优势，且会增加吊装柱、梁的危险性，同样也会影响工期。鉴于上述原因，我们决定改用顺装的方法，即充分利用原结构的钢柱，在22层与35层轴力为零处设一个断口，先把断口用高强螺栓接通(安装悬挂部分的柱、梁与上道桁架)，等上道桁架安装完成后(包括电焊完成)，再把断口处的高强螺栓松开，这样悬挂柱梁的荷载就转移到上道桁架上，断口处的钢柱轴力就变为零。其施工顺序如下:把位于22F的钢柱断口用高强螺栓接上，用常规工艺安装2228F的钢框架，其自重传递到第1道桁架(见图2顺序1)第2道桁架吊装结束后，脱开22F处的钢柱断口(见图2顺序2)把位于35F的钢柱断口接上，
24、用常规工艺安装35PHI层的钢框架，其自重传递到第2道桁架(见图2顺序3)第3道桁架吊装结束后，脱开35F处的钢柱断口(见图2顺序4)在整个楼层，除了活荷载以外的所有荷载(混凝土楼板荷载、楼板表面找平荷载、设备配管等的荷载)均处于加载状态后，再连接22F与35F的柱节点(见图2顺序5)。采用顺装法具有以下优点:a.所有悬挂部分的柱、梁都可以采用顺装的方法，可以充分发挥塔式起重机的优势，有利于安全、质量与工期。b.第2、3道巨形桁架的安装，无需采用悬臂架桥式的施工方法，与常规构件吊装一样，同样也有利于安全、质量与工期。c.由于利用了原结构中处于悬挂状态的受拉钢柱，作为上道桁架高空安装时的支架，大
25、大减少了辅助用钢，降低了施工成本。d.必须根据上、下道桁架在施工各阶段的垂直位移，计算断口的间隙，间隙小了，就达不到轴力为零的目的，但也不能太大，那样会增加断口最终复原的难度。此外，采用顺装法施工还必须解决荷载如何从下道桁架平衡转移到上道桁架的问题。每道桁架由3一5榀桁架组成，其中第1道为4榀，第2道为5榀，第3道为3榀。每道桁架中各榀桁架互不交叉，桁架之间仅用简单钢梁连系，因此荷载转移时，可以以榀为单元，由中间向两侧逐榀完成。每榀桁架都有5个支承点(也就是5个断口)对称排列。由于起拱的关系，中间的断口间隙最大，离中心越远，间隙一也越小，因此在转移荷载时，必须遵循以下原则，即:由中心向两边对称
26、进行;一次的下降值控制在5mm以内，循环操作，直到完全放松为止。4.解决钢桁架起拱对混凝土楼面影响的措施解决钢桁架起拱对混凝土楼面影响的措施 早在工程招标投标阶段，设计方就给出了钢桁架最大起拱值为9.23cm的数据，当然，在桁架荷载不断增加的同时，桁架起拱值会不断减小;就算允许混凝土楼面跟着桁架一起起拱，但很难保证混凝土楼面不被破坏，为此我们设计了一套预应力施工法，此法能圆满解决混凝土楼层的起拱开裂问题。中标后，我们对钢桁架的起拱值进行了复算，结果最大值仅为3.5cm，与设计方提出的数据相差甚远，故放弃了预应力法，改用了留后浇带的施工方法，即在楼面混凝土浇捣时，在跨中留条约50cm宽后浇带，待
27、起拱值减至10mm时再补浇混凝土。施工效果施工效果 2019年10月底，信息枢纽大楼钢结构工程顺利封顶。3道巨形桁架保质保量地安装就位，节点对接偏差无超标现象;桁架制作、拼装、安装均顺利通过质检;国内首次采用的轴力为零的施工也圆满完成，该施工法操作方便，1榀桁架有5个断口，每个断口设两只100t级千斤顶，10只千斤顶轮番作业，不到半天就可完成1榀巨形桁架的荷载转移，且相当平稳，满足了设计要求。中高层钢结构住宅多高层钢结构住宅设计探讨 王亚,刘坤,赵军2.(1.山东省冶金设计院有限责任公司,济南;2.山东中天能源工程咨询有限公司,济南)【摘要】钢结构住宅具有节约能源、施工迅速、抗震性能好,符合环
28、保及适应产业化生产等优势。以多高层钢结构住宅设计为主,阐述了钢结构住宅设计中结构选型、构件、节点、楼板、墙板以及钢结构防护设计等需要注意的问题。【关键词】住宅设计;钢结构体系;结构选型;节点设计;围护结构。钢结构住宅是以工厂化生产的H型钢梁、钢柱（包括H 型钢柱、钢管柱、箱形柱、钢骨混凝土柱或圆、方或矩形钢管混凝土柱）为承重骨架，同时配以新型轻质的保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构，并与功能配套的水暖电卫设备和部品优化集成的节能和环保型住宅。同传统的砖混和混凝土结构住宅相比，钢结构住宅是一种更符合“绿色生态建筑”特征的结构形式。它具有自重轻、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观、
29、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等优势，具有较好的综合经济效益。近几年来，建设部有关部门推出了钢结构住宅体系及关键技术的研究课题，出台了钢结构住宅的相关规范和标准，并且在北京、上海、天津、新疆、湖南、安徽、山东等地建成一批钢结构住宅示范试点工程，使钢结构住宅稳步，健康地发展。钢住宅结构体系大致可分为钢框架体系、钢框架支撑体系、钢框架墙板体系、钢框架混凝土剪力墙（核心筒）体系。钢框架体系刚度比较均匀，自重较轻，对地震作用不敏感，且具有较好的延性，是一种较好的抗震结构形式。但钢框架体系抗侧刚度小，在强震作用下弹塑性变形大，会致使非结构部分严重破坏。与钢框架体系相比较，钢框架支撑体系具
30、有较大的抗侧刚度，更适用于高层钢结构住宅。1.结构体系选型 根据支撑杆件的布置形式不同，钢框架支撑体系可分为为钢框架中心支撑体系和钢框架偏心支撑体系。中心支撑构造相对简单，但在强烈地震作用下，中心支撑斜杆反复拉压，容易导致结构进入弹塑性状态，引起周围构件的严重破坏，最终导致结构整体失稳破坏。因此，在8 度及其以上抗震设防地区，超过 12 层的钢结构住宅不宜采用钢框架中心支撑体系。钢框架偏心支撑体系在弹性阶段的刚度接近钢框架中心支撑体系，而在弹塑性阶段的的延性和耗能能力接近延性钢框架体系，是一种新型的高层钢结构抗震体系。但钢框架支撑体系中的斜撑杆受杆件长细比限制，受压时也易发生整体失稳。在强风和
31、高烈度地震区的住宅钢结构，既要满足结构的刚度要求，又要保证结构在罕遇地震下具有足够的延性，这时可以在框架中嵌入墙板作为等效支撑，即形成钢框架嵌入式墙板体系。嵌入式墙板主要有钢板剪力墙板、内藏钢板支撑的混凝土预制剪力墙板和带竖缝的混凝土剪力墙板。钢框架混凝土剪力墙（核心筒）体系在原有钢框架体系的基础上，设置部分剪力墙（核心筒），使框架和剪力墙（核心筒）两者结合起来，取长补短。这种结构体系的用钢量低于纯钢结构，施工速度介于纯钢结构和混凝土结构之间。但钢与混凝土材料的刚度和延性相差较多，目前主要在低烈度地震区的高层钢结构住宅中采用。钢结构住宅设计时应根据安全可靠、经济合理、施工方便等原则，并结合建筑
32、使用功能、建筑模块和建筑维护结构以及抗震设防烈度等要求合理择优选用抗震和抗风性能好的结构体系，以保证结构具有足够的抗风、抗震能力和满足住宅特点的使用功能。钢结构住宅中，多层框架柱宜选用热轧（或焊接）宽（或中）翼缘 H 型钢。在非抗震区或 6、7 度抗震设防的低、多层框架柱，当满足设计计算和构造要求时，按建筑设计要求可采用异型柱组合截面，柱截面由热轧或焊接H型钢与部分T型钢组成，其柱翼缘宽度不宜大于200mm 或墙厚。中高层住宅的框架柱可选用冷弯方（矩）钢管或焊接箱形截面，当技术经济合理时也可采用钢骨混凝土柱。在高层住宅钢结构中，框架柱一般采用承载力较高的钢骨混凝土柱或圆、方以及矩形钢管混凝土柱
33、。2 构件与节点设计 钢结构住宅中的框架梁和次梁一般情况下宜采用热轧或焊接窄翼缘H型钢。大跨度梁和承受扭矩的梁，以及要求具有很大抗弯刚度的框架梁，宜采用焊接箱形截面，不宜采用钢骨混凝土梁。次梁宜考虑钢梁和混凝土楼板的共同作用，形成钢混凝土组合梁，以减小梁截面，这时也可以采用上翼缘窄、下翼缘宽的不对称截面，翼板与梁翼缘间宜按完全抗剪连接设置抗剪连接件。框架梁不宜按组合梁设计，但应按部分抗剪连接设置抗剪连接件，以加强与楼板的整体性。节点设计中应注意节点的合理构造，使节点必须具有良好的承载力与抗震性能，并应能满足各种不同结构体系相应的强度、刚度和延性的要求。同时节点构造和设置位置，应与建筑设计相协调
34、。梁柱节点宜避免采用过大的外环板、外肋板等构造；当采用梁端加强型构造时，不应采用梁端加腋的构造。3 楼板设计 在钢结构住宅体系中，楼板除了满足建筑设计要求和便于施工等一般性的原则外，还要有足够的刚度、强度，并且还要具有一定的抗裂性，以满足建筑功能抗渗、抗漏的要求，以及较好的隔声、防水和防火性能。目前主要采用的楼板形式有：现浇钢筋混凝土楼板、压型钢板组合楼板、预应力钢筋混凝土叠合楼板。现浇钢筋混凝土楼板整体性好、装修方便，但模板较费，施工周期较长，采用钢梁或钢桁架作为模板支撑架可以大大提高现浇钢筋混凝土楼板的施工速度。压型钢板组合楼板中的压型钢板可以作为混凝土模板，省去了支模板的不便，当考虑压型
35、钢板受力时，对防火要求较高，若不采用防火保护措施，应有消防部门认证。当仅作为浇筑混凝土永久性模板，对压型钢板没有防火要求。预应力钢筋混凝土叠合楼板机械化程度高、工期短、可采用预应力技术及高强度钢材，预制部分体积小、质量轻、运输吊装方便。但预制部分的混凝土与现浇混凝土存在着龄期上的差别，两者之间存在收缩应力，且板缝之间易于出现裂缝。设计时应比较选结构性能、使用与施工条件、防火、隔音要求及工程造价等因素，合理选用楼板形式。4 内外墙设计 为减轻结构自重，满足建筑节能要求，围护墙体结构住宅不宜采用传统的黏土砖或其它自重较大的材料，而应采用轻质材料，充分发挥钢结构住宅的优势。目前经常使用的有：自承重式
36、的空心砌块、加气混凝土块、轻钢龙骨石膏板、蒸压加气混凝土墙板（ALC板）、莱钢 LCC-C 型轻质保温复合墙板、玻璃纤维增强水泥板、汉德邦 CCA板以及玻璃幕墙等。钢结构住宅的外墙作为住宅基本维护结构，必须满足承载能力、热工、防水、隔声、防火、抗冻等方面的要求。作为钢结构住宅的外墙墙体材料，还必须考虑能够突出钢结构的优势，与结构连接的节点简单、有效，同时施工方法易于操作，以保证墙体风荷载或地震荷载能够可靠地传递给框架，并避免围护结构产生裂缝出现漏水等现象。同时应注意与建筑设计配合。内隔墙同传统住宅的要求一样，应有良好的隔声、耐火性能和足够的强度以及便于埋设各种管线。分室墙宜采用轻质墙板或轻钢龙
37、骨石膏板墙，如有条件，可采用易拆的隔墙墙板，以便于住户改造，满足灵活隔断的要求。5.防腐和防火设计 钢结构住宅应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件和使用寿命，以及施工条件和工程造价等因素。还应按现行规范要求，合理选用钢材表面原始锈蚀等级、除锈方法和等级，以及涂装设计技术要求等。钢结构涂装采用的底漆和面漆除应相互配套外，还应与钢材表面的除锈等级相匹配。住宅建筑中湿度较大的部位（如厨房、卫生间等）不应有外露钢结构。当不可避免时，宜外包混凝土隔护。钢结构的防火措施主要有外包混凝土、外涂防火涂料和外包防火板三种。外包混凝土是解决钢梁及钢柱防火、防腐的最好措施，这种方法利于防火层的耐久性及今后
38、的维护。但该方法会增加建筑物的总重量和施工工期；外涂防火涂料只需根据各种防火涂料的耐火性能及耐火极限要求，满足厚度相应的厚度，但防火涂料的耐久性远远低于建筑物本身，需要后期维护。防火板可以根据梁柱的不同形状，对钢梁进行包裹，使其达到所需的耐火极限。防火板的耐久性比防火涂料更长，后期维护也较为方便，但价格较高。设计时应根据具体情况合理选用防火措施。6 结语 从当前钢结构住宅发展情况来看，我国生产的钢材品种和规格越来越多地适合于钢结构住宅的使用；先进防锈、防火材料及新型的耐火耐候钢的不断开发，从某种程度上弥补了钢结构的不足；新型墙体材料及其它建材的不断开发，也促进了钢结构住宅的发展；越来越多的工程技术人员在从事钢结构工程的设计，设计水平在不断提高；通过最近几年钢结构住宅工程的施工，也积累了许多宝贵的实践经验；我国政府也十分重视钢结构住宅的发展。随着住宅产业现代化的不断推进，钢结构住宅发展前景非常广阔。
