钢结构住宅体系选型研究
摘要:目前多层钢结构住宅体系已进入多层民用建筑，该体系尚处于探索阶段。

本文通过分析和比较四种常见的钢结构体系的特点，为多层钢结构住宅选型提供一些理论依据。

关键词:钢结构住宅体系结构选型节能
钢结构住宅体系是一种新型建筑体系，起源于欧美并在日本得到了进一步的发展。

由于其一系列的优越性，在国外已经得到广泛的应用，在国内起步相对较晚目前，我国的钢结构建筑仅占全部建筑总量的1％～2％，[1] 远远低于世界先进国家水平，与我国的经济技术水平和综合国力明显不符，这也是国家一再强调发展钢结构建筑及钢结构住宅的重要原因。

1 钢结构的特点及优势
钢材是一种理想的生态建筑材料，它具有强度高、耐久性好、兼具绿色、环保的特点，尤其是具有良好的可重复性，顺应了可持续发展的要求。

与传统的钢混、砌体结构住宅结构形式相比，钢结构住宅具有以下优点：①结构自重轻、强度高，造型活跃、房子面积利用率高；②耐震性能好。

钢梁、钢柱组成的框架是柔性的，可以吸收部分地震能量；③施工速度快。

和混合结构相比，工期可缩短一倍；受天气的影响程度较小；施工临时用地小，且多为预制构件不用模板；④工业化程度高，符合住宅产业化要求，建造质量易于保证；⑤可回收、
再利用，符合我国的可持续发展要求。

钢结构住宅对环境污染小，其节能指标高，属于绿色环保建筑体系。

综合考虑工期缩短、上自重轻对地基的影响、劳动密度低等有利因素，以及由于钢材自身的优越性所带来的社会效益，钢结构在多层及高层住宅造价也易于接受。

因此，钢结构节能住宅具备广阔的前景。

2 四种常见钢结构住宅结构体系特点
钢结构有钢框架、钢框架一支撑、钢框架一混凝土筒及钢框架一剪力墙等不同常用结构体系。

这四种结构体系各有特色，多层钢结构住宅的选择何种结构体系需综合考虑适用、耐久、经济等多方面因素，进行优化设计，确定更好的方案。

2.1 钢框架体系
钢框架体系是指房屋的横向和纵向均采用框架作为承重和抵抗侧力的主要构件所形成的结构体系[2]。

框架体系较早的应用于钢结构住宅一般适用于低层、多层建筑。

该结构体系有如下几个特点：（1）这种结构体系不设置柱间竖向支撑,可以采用较大的柱距和获得较大的使用空间,可充分满足建筑设计上的要求。

（2）结构简单，受力明确，抗震性能较好。

（3）由于其整体刚度小，在地震作用下会产生较大的层间位移，
可能会造成非结构构件破坏，因此高度受到严格限制。

（4）框架构件截面尺寸较大，会占据一定空间；室内可能会出现棱柱，不易装修。

2.2 钢框架—支撑体系
为了加强多层房屋钢结构的侧向刚度，抵抗水平风荷载和地震作用，框架体系中部分框架柱之间设置支撑, 形成钢框架—支撑体系[2]。

该种结构体系的特点为：
（1）与同刚度的框架—剪力墙结构相比，自重减小很多。

（2）抗侧移刚度大，所适用的高度范围比框架结构体系大了很多。

（3）因为设置了很多支撑，节点数量也相应增加很多，加大施工量，在防火上尤其是节点处对防火要求高，增加施工难度。

2.3 钢框架一混凝土筒结构体系
该体系是框架结构与筒体结构的组合形式。

一般在卫生间、电梯间、管道井等公共区域布置现浇钢筋混凝土核芯筒，四周布置钢框架，核芯筒与钢框架之间的连接可采用两端铰接或一端铰接一端固接，但是由于该结构由核芯筒与钢框架组合而成，在发生地震作用是易破坏，因此在设计上要注意钢框架的所能分担的水水平剪力。

2.4 钢框架—剪力墙结构体系
近年来钢框架—剪力墙结构在我国住宅中有推广之势。

竖向荷载主要有钢框架柱承受，剪力墙增加了整体结构的抗侧移刚度，承担大部分的水平荷载，同是也增加结构的整体稳定性。

另一方面, 有大量的试验和理论分析也表明，节点柔性将加大框架结构的水平位移，其原因是节点柔性减少了钢框架结构的层间抗侧刚度，在设计剪力墙时需综合考虑。

3 住宅结构选型分析
在选择住宅结构体系时，应根据各种结构体系的特点分析其适用范围，在满足建筑功能的基础上，在考虑各种可能荷载，经济性、建筑环境条件下，尽可能满足人们在住宅上的心理需求。

框架结构因其适用高度的局限性，使用的越来越少。

但在 6 层左右的住宅任然有很强的竞争力[4]。

框架- 支撑结构有着较好的抗侧刚度，较轻的自重，较大适用高度范围，在高层住宅中应用较广。

钢框架—核芯筒结构在国内是应用比较多的混合结构，技术相对成熟，有效的利用了纯框架与核芯筒两种结构的优势，在多高层建筑特别是些公共场所比较适用。

钢框架—剪力墙结构抗侧刚度与适用高度都比较大，但因钢框架与剪力墙采用两种不同的材料，需要很好的协同工作，其技术难度较大。

但随着技术进步，该种结构体系有着良好的应用前景。

4 住宅节能设计
住宅的节能设计是不可忽视的，首先从建筑材料用量的角度来
看，要合理布置户型，钢结构要求柱网整齐，可以减小建筑物的体形系数，明确梁柱传力关系，既要要满足结构本身的特点，同时又要符合住宅市场的需求。

其次是从居民入住后能减少电量使用的角度来看，选择保温隔热性能好的材料。

外墙最好采用外保温，保温性能好，且避免保温材料少量有害物质散发到室内，保温材料可用挤塑聚苯板，俗称XPS 板，或者膨胀聚苯板，俗称EPS 板。

选择适当的内墙材料。

内墙根据分户墙和户内墙分别选择合适的墙板类型，ALC 内隔墙有良好的保温性能, 满足分户热计量的要求。

对屋面进行保温隔热处理。

可以采用玻璃棉毡或现喷硬质聚氨酯发泡保温屋面。

通过材料选择来保持室内适宜温度，从而尽可能减少电器使用而达到相同效果。

选择合适的门窗、控制窗墙面积比，在满足建筑采光与外观要求的同时，门窗也尽量采用保温隔热好的材料。

5 结语
我国的实际国情是钢结构的住宅的发展的步伐相对较慢，钢结构在国内住宅体系中应用还不广泛。

通过对几种典型的钢结构体系进行分析，发现与传统结构形式的住宅相比，钢结构还是有很大的优势，但由于在这方面的技术还不够成熟，因此使得钢结构住宅的使用受到限制。

因此对钢结构住宅结构体系的选择进行研究，不仅能够较大程度上降低工程造价，同时又确保结构经济安全，避免不必要的材料浪费。

参考文献
[1] 郭奇，董凤举. 钢结构节能住宅建筑体系设计及研究—以济南“黄金时代”三期为例[J]. 华中建筑，第25 卷.
[2] 李筱华，尹志明．我国钢结构住宅的现状与发展[ J]. 住宅科技，2001.
[3] 朱俊民. 钢结构住宅不同结构体系的对比分析[ J]. 浙江建筑，2007.。