高层住宅钢结构设计探讨

　　摘 要 钢结构具有强度高、自重轻、塑性好、结构可靠度高以及密封性好的特点，因此在高层住宅结构中广泛应用。本文笔者将结合具体的高层钢结构住宅结构设计实例，简要探讨结构体系的设计、结构平面和立面布置以及主要构件设计等，希望能对类似工程起到借鉴作用。

　　关键词 高层住宅；钢结构设计；结构体系

　　中图分类号TU98 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）116-0040-02

　　1 工程概况

　　本工程为某市一住宅小区结构设计工程，该小区由9 幢二梯八户12 层钢结构住宅组成。建筑物的总高度37.35m，每幢建筑物地上部分为12层，局部有13层。地下部分为1层的地下室，高度为4.2m，作为停车场。地上部分其中1层为商铺，高度为3.9m；层2～12则为居民住宅层，高度为3m；而局部的存在13层，为楼、电梯机房，高度为4.5m。建筑室内外的高差为0.45m。每一幢建筑物的长度为54.6m，宽度为17m。

　　2 结构、构件以及地下室设计

　　2.1 结构体系的设计

　　在我国，大部分的高层钢结构住宅的结构体系均是采用钢框架—混凝土核心筒结构，这种结构体系相比于混凝土结构具有构件尺寸小、结构自重轻以及抗震性能好等特点，相比于钢框架—支撑结构具有侧移小、居住舒适度好以及耐火性能好等优点。因此本工程采用钢框架—混凝土核心筒结构，不仅能够较好的实现本工程住宅结构的使用功能，同时在本工程的底部可以作为大型商场，地下室可作为停车场的作用。

　　2.2 结构平面和立面布置

　　在高层结构的设计中，结构的平面形式和立面布置对工程的成本影响很大，因此为了有效的做好工程成本的控制，应从结构专业和建筑专业出发综合考虑，做好结构平面和立面的合理设置，并反复进行优化。在结构平面的布置上，尽量确保柱网纵横两方向的对齐，同时保证柱与柱的间距尽量相近。核心筒布置在结构平面的中心位置，这样可以确保结构的传力简单。对于结构立面的布置，应确保剪力墙、钢柱以及支撑能够连续布置，不布置转换结构。对于结构的高宽比和核心筒的宽度应做到符合设计和规范的要求。

　　本工程结构平面布置较为规则对称，立面结构刚度变化均匀，核心筒布置在结构平面的中心，因此结构的质量和刚度中心基本重合在一起。本工程在进行结构平面设计时，应特别注意结构的扭转效应，因此采取的设计措施为：在轴1～轴11处和布置一列单斜杆支撑，同时在层1对应上部斜杆支撑位置布置1道剪立墙，剪力墙的厚度为250mm，这样的设计可以有效的提高层1核心筒的抗剪承载力，从而实现平面扭转效应的控制。建筑结构的高宽比为2.19，核心筒的高宽比为4.85。

　　2.3 主要构件设计

　　1）钢管混凝土框架柱。通常情况下，在钢框架-混凝土核心筒结构中，应采用钢管混凝土柱作为框架柱。钢管混凝土柱中主要为钢材和混凝土两种材料。在混凝土的外围包裹着钢管，钢管的作用使混凝土处于三向受压的状态，因此混凝土的抗压强度得到了有效的提高，同时也使混凝土具备了塑性的特征；而内部混凝土的存在，提高了外围钢管的局部抗屈曲能力，从而有效的确保了钢材的强度；钢管还兼作为框架柱的纵向钢筋、箍筋以及混凝土模板的作用。钢骨混凝土施工较为复杂，而且尺寸较大，而采用钢管混凝土框架柱，能够有效的解决这些问题，同时具有整体刚度较大、强度高以及稳定性强等特点。本工程所采用的钢管混凝土柱具体钢管型号和混凝土等级为：钢管的型号主要有三种，分别为350×12，350×10，350×8，钢材的强度等级为Q345B；而混凝土的强度等级有三种，从高到底以次为C40、C35、C30，根据荷载和部位的不同，选择不同的钢管型号的混凝土强度。

　　2）楼面体系。本工程采用的楼板为普通钢筋混凝土楼盖，尺寸有两种，分别为100mm厚和120mm厚的。采用抗剪栓钉将楼板和钢梁紧密的连接在一起，从而形成组合楼盖的形式。地下室采用的钢筋混凝土楼板的厚度为180mm，楼板和屋面梁所采用的材料为轧制H型钢，钢梁的型号有较多，有H450×180×8×12、H450×150×8×12以及HN248等。而地下室所采用的框架梁材料为钢骨混凝土，次梁采用的则为普通钢筋混凝土。

　　3）钢骨混凝土剪力墙。在本工程中，经过结构整体计算，在层1～4楼面钢梁与核心筒交接处布置有钢骨混凝土柱。在结构的整体计算中，由于核心筒连梁的高跨比较大，这会引起连梁抗剪强度的不足，因此，根据规范的规定，应采用钢骨混凝土连梁，在连梁内设置适当的钢骨，从而提高连梁的抗剪承载力。而当在核心筒楼面处不存在钢骨混凝土连梁时，应设置钢骨混凝土暗梁，暗梁中钢骨的设计根据构造要求即可。

　　在剪力墙混凝土的浇筑施工时，连梁和暗梁中的钢骨会给施工造成一定的影响，因此为了减小这种不利影响，采用窄翼缘钢梁作为连梁和暗梁中的钢梁。窄翼缘钢梁的面积主要集中在腹板，这样可以有效的提高钢骨的抗剪能力。在本工程中，所采用的连梁钢骨的型号有两种，分别为H400×75×10×10、H300×75×10×10，而采用的暗梁钢骨的型号则为HN150。底部核心筒的周边墙厚最大，为350mm，而上部最小，则为200mm，内墙墙厚则从下到上均为200mm。

　　4）围护结构设计。在结构的工程造价中，围护墙的造价占有很大的一部分，因此应尽量采用较轻的墙体材料，同时减小墙体的厚度，同时填充墙的强度直接影响着维护结构的安全。在进行围护墙材料的选择时，应尽量满足容重小、强度高、隔音效果好等。经过各种可行材料的综合对比，本工程采用的内隔墙材料为蒸压加气混凝土砌，而外墙和卫生局隔墙的材料则为混凝土空心砌块。

　　2.4 地下室和基础设计

　　在进行地下室的设计时，根据规范的相关要求，基础埋深、钢管柱脚埋深等各方面都有相应的构造要求，同时综合考虑地下室的工程造价和建筑的使用要求等，笔者认为在高层钢结构住宅结构适当的修建地下室不仅能够满足建筑的使用的要求，同时也能实现一定的经济效益。

　　对本工程施工现场的地质情况进行勘察，根据所得地质勘察报告，可以知道本工程的场地地质条件较好。本工程如果采用浅基础的话，可以采用建筑室内地面以下2m左右的土层作为基础的持力层；而如果采用深基础的话，可以采用建筑室内地面以下8m左右的土层作为持力层。本工程场地地质情况均满足浅基础和深基础的条件。经过分析，本工程在地下设一层地下室，基础则采用静压预制管桩。

　　3 结论

　　从工程实施效果表明，钢结构具有强度高、自重轻、塑性好、结构可靠度高以及密封性好的特点，逐渐被广泛地应用到高层住宅结构中。

　　参考文献

　　[1]张述诚.钢结构住宅设计的难点探讨[J].工程设计与建设，2010（7）.