談鋼結構住宅建筑設計研究

李昂 李楠

摘要：鋼結構住宅不同于傳統的砌筑式住宅, 具有自重輕、強度高、抗震性能好、施工快等優點, 鋼構件以工廠加工為主, 易實現標準化、模數化、系列化, 同時, 其結構體系及維護體系也有別于傳統的住宅。本文探討了鋼結構住宅建筑設計。

關鍵詞：鋼結構；住宅；建筑；設計

中圖分類號：TU391文獻標識碼：A 文章編號：

鋼結構住宅的建筑設計是鋼結構住宅設計的重要組成部分。鋼結構住宅不同于傳統的砌筑式住宅, 具有自重輕、強度高、抗震性能好、施工快等優點, 鋼構件以工廠加工為主, 易實現標準化、模數化、系列化, 同時, 其結構體系及維護體系也有別于傳統的住宅。為了配合工業化住宅的建設, 鋼結構住宅作為一種新型的住宅建筑類型,需要針對鋼結構建筑的特點, 在建筑設計方面進行研究,并對一些特殊問題進行深入探討。

一、鋼結構住宅體系的優點

鋼結構綠色節能住宅主要是指在房屋建筑的過程中主要以鋼結構為主要的建筑結構形式，以建筑節能、節水、節約材料、環保以及可以節約用地等特點，并且可以為人們提供健康、舒適、以及高效的使用空間。鋼結構綠色節能住宅體系主要是從材料節能、建筑節能、設備節能以及可再生能源的利用等特點入手，從而實現綠色節能的目標。鋼結構的優點具體如下：

1、綠色節能的特點

剛結構住宅體系對環境破壞小、污染小，并且住宅體系在改建或者拆遷的材料可以回收利用以及再生利用率比較高，所以鋼結構建筑達到了綠色建筑的要求，并且與鋼結構相配套的技術的輕質材料主要采用的是符合節能建筑要求的新型材料，原材料可以循環使用，而且還有環保、節能的作用，因此，在建筑行業采用鋼結構是推進我國綠色建筑的發展的重要方式。

2、建筑成本低、工期短

鋼結構的建筑模數的協調統一標準不僅可以實現建筑工業大規模的生產，而且可以提高建筑的預工程化，使不同的建筑結構的配件具有一定的互換性和通用性。并且鋼結構建筑的預工程化可以實現材料加工、建筑安裝的一體化，不僅可以降低建筑的成本，而且可以提前完成施工時間，從而加快了建筑工程的效益。

3、承載能力強、抗震性能好

鋼結構的材料是一種承受載荷量大，強度高，并且抗震性能比較好，鋼結構本身是一種用料少、體型小，自重輕，因此在建筑的過程中，采用鋼結構住宅體系時，不僅可以節約材料，提高空間的利用率，并且由于鋼結構的構件可以制作成各種形狀，所以在設計的過程中，靈活多變、可以滿足人們的需要和要求，從而達到建筑藝術的特點。在抗震設防的地區，由于鋼結構的重量輕，本身所受的地震作用比較小，并且鋼材具有一定的延伸性，所以鋼結構的安全性高，抗震能力好。

二、鋼結構住宅建筑設計

1、 鋼結構住宅中的建筑構思

鋼結構住宅的建筑更著重于構思的技術可行性。鋼結構住宅設計中力求達到建筑構思與結構構思的結合。鋼結構住宅的構思一方面體現了常規意義上的建筑構思成果, 另一方面更是對鋼材這種材料靈活運用的表現。設計鋼結構住宅的建筑師必須同結構工程師、設備工程師、甚至機械工程師密切配合, 以保證建筑構思能夠在特定的技術條件下得以實施。建筑師只有在深入了解材料的特性、材料所能創造的結構形式及相應的技術措施以后, 才能有更廣泛的構思能力, 才能使自己的構思更具有獨特性和創造性, 而且方案的可實施性才能更強。

2、鋼結構住宅的節點設計

節點設計是鋼結構建筑區別于其它結構體系建筑的一大特色, 在很大程度上影響著建筑設計的成敗。鋼結構建筑的大多數節點是露明的, 露明的鋼結構節點類似于中國傳統木結構建筑的榫卯結構。復雜的節點處理顯示出結構的合理性, 具有基于建筑技術之上的特有的結構美感。為了鋼結構防火的需要, 有些建筑師會在鋼結構節點處輔以一定的防火措施, 比如用防火涂料涂刷, 或是將節點用防火板材封閉。后者把鋼結構特有的節點封閉了起來, 難以體現鋼構件節點的結構美; 而前者既起到了防火的目的, 又保持了鋼格連接節點的原有特點, 應當得到進一步的推廣采用。

3、鋼結構住宅中“以人為本”的設計理念

運用鋼結構這一新的結構形式, 居住者對于居住空間的感受也將會有一定的變化, 而他們的認同,才是新的住宅建筑結構形式是否得到承認的關鍵。相比于其他的建筑類別, 住宅更應該體現“以人為本”的設計理念。

鋼結構住宅中要運用新技術、新材料、新的構造形式來滿足使用者的各項生理和心理需求。各類住宅是為特定人群度身定做的建筑類別, 其建筑風格和形式要貼切反映使用者使用方式、生活方式、審取向等?，F行的建筑設計趨勢即是要求住宅遵循“以人為本”的宗旨和根據使用者特征而細膩設計這一特點。

4、鋼結構住宅的模數化設計

鋼結構住宅有進行模數化設計的需要。模數化設計是現代建筑產業化和工業化生產的特殊要求,摒棄傳統的手工作業的局面, 提高建筑業從業人員的就業環境質量, 降低勞動強度, 為此在設計階段就采用建筑模數化設計。模數化設計帶動了配套構件的工業化生產, 改變了相關產品的生產模式, 是促進建筑業及相關產業生產發展的動力。

三、鋼結構住宅的關鍵技術要求及保證措施

1、防火

鋼材本身是不燃燒的建筑材料。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。鋼結構通常450~650℃溫度中就會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因大的形變而不能繼續使用。因此，防火對于鋼結構住宅的設計是非常重要的。

按照我國防火規范要求，一般建筑鋼結構必須涂刷防火涂料或采取其他措施。由于住宅對防火的要求更高，因此主體鋼結構就必須有更加可靠的防火措施:一般可用滿足消防要求的防火涂料噴涂主體鋼結構，再在鋼結構外包石膏板，也可用混凝土外包主鋼結構。然而各種方法均有其天然缺陷:防火涂料耐久性遠遠低于建筑物本身，其后期維護非常重要。而且，傳統防火涂料質量較差，這些將會增加工程造價;外包混凝土雖簡單實用，但澆搗混凝土施工時間增加，使鋼結構失去優勢。

另外，采用耐火耐候鋼是近年來提出的新思路，但尚屬理論研究，無法大量應用于工程實踐。

2、 防銹

鋼結構經過溫度的不斷變化及水汽、電解質的影響，生銹老化的可能性在任何部位都可能發生，而由此導致強度、穩定性降低而最終坍塌的工程事例時有發生。長期以來，我國基本采用油漆（涂料） 防銹或石油瀝青防銹，但這些防銹措施有效期不長，頻繁的維修還需要大量維修費。目前國內行之有效的中長期表面防銹處理方法有:防銹油漆層；熱浸鋅；玻璃鋼防銹層；熱噴涂長效防銹；無機涂層。但是要注意的是，這些防腐措施對于鋼結構住宅來說是遠遠不夠的，還需要經過不斷的研究，發現更好的，更科學的防腐措施，保護鋼結構，延長鋼結構的適用年限。

綜上所述，由于鋼結構住宅體系具有很多的優點，并且也符合綠色節能環保的特點，在我國的建筑行業中將得到廣泛的應用。隨著科學技術的不斷發展，鋼結構住宅體系將向可持續建筑方向發展，可持續建筑不僅可以滿足當代人的需要，而且對后代人也不會造成危害。

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注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。