钢结构装配式住宅结构设计

秦立忠

山东天元建设机械有限公司  山东临沂  276000

摘要：钢结构装配式住宅是一种集成了现代设计理念和工程技术的创新型建筑，其具有快速施工、高度预制、质量可控等优势，广泛应用于现代城市建设。本次对钢结构装配式住宅结构设计内容进行分析，提出钢结构装配式住宅结构设计原则与设计思路，希望能给相关设计人员参考。

关键词：钢结构；装配式；结构设计

引言

    钢结构是非常重要的建筑结构形式，在当前建筑领域内应用比较广泛，其主要优势是重量轻、强度高、抗震性好、节能性高，并且材料可以重复利用，具备较高的环保价值。当前我国建筑领域发展速度加快，钢结构建筑水平日益提升，施工规模不断的扩大。与此同时，很多先进技术应用到建筑钢结构施工中，能够满足当前施工的要求，具备较高的应用价值。钢结构装配式住宅建筑结构设计时，遵循钢结构建筑设计的要求，落实各项国家标准以及技术规范，进而满足钢结构装配式住宅建筑运行功能，符合我国建筑领域应用要求，促进建筑行业的全面发展。

1钢结构装配式住宅结构设计原则

钢结构装配式住宅是一种快速、低成本建造方式，它具有良好的抗震和防火性能、整体性能优异、可重复利用等特点，在建筑工程领域中得到了广泛应用。然而，钢结构装配式住宅的结构设计是实现优质住宅建设的关键环节。

1.1安全可靠性原则

设计钢结构装配式住宅的结构时，首要的原则应该是安全可靠。通过对建筑物设计和研发都能够确保住宅的质量和稳定性。因此，会根据特定的环境、风险和使用要求来选择合适的钢材、建筑布局、构件连结和建筑材料，并且通过数值模拟和建筑物负荷试验来验证和评估其抗震、抗风等性能数据，以确保住宅的安全性。

1.2高效节能原则

在建筑设计中，高效节能是一个十分重要的原则，钢结构装配式住宅的结构设计也不例外。建筑设计师需要根据气候、地理等因素，选择合适的建筑布局、建筑用材和光照等策略，通过合理配置建筑外墙保温、窗户、门等部位的热工性能，以降低住宅的能耗，降低住宅的运行成本，同时减少对环境造成的负面影响。

1.3生态环保原则

作为一种绿色、环保的建筑方式，钢结构装配式住宅要在结构设计时重视环保。例如，使用可重复利用和可循环的材料，以减少对环境的污染和碳排放；采用可持续的水利系统，以收集和回收水资源，降低用水和污染。因此，住宅结构设计中还应考虑白色环保、生态原则。

1.4空间灵活性原则

钢结构装配式住宅具有良好的抗震性和整体性能，这意味着可以通过简单的结构调整和转换来改变住宅的用途和功能。因此，住宅结构设计应满足未来使用的变化或扩展功能的需求，达到空间灵活性原则。

2钢结构装配式住宅结构设计思路

2.1结构选型与结构布置

钢结构设计环节选用框架结构形式，平面次梁设计的环节，根据需求调整系统的荷载传递方向，确保运行功能符合标准。为了减小钢结构建筑的截面尺寸，短向设置次梁结构，但是这样会导致主梁截面尺寸增大，净高度尺寸减小较为明显，顶层边柱的承载力受到较大的影响。对于该问题来说，通常可以将次梁设置在比较短的主梁结构上，使得主梁、柱子的性能、尺寸达到要求，运行功能性合格。该结构层设计的环节选用7.5m跨的次梁，横向跨设置主梁。确定钢结构设计方案之后，执行设计方案开展静力参数计算，明确结构部件连接的方案，出具施工图。确定施工图的环节，明确各结构部件的连接状态，并且确定标准图，该项目执行《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》的要求。与此同时，针对于高层钢结构建筑设计的环节，选用轻质材料提升结构性能，比如加气混凝土板，该项目进行隔墙结构的设置，选用发泡轻质墙板，其导热系数λ=0.148[w/（m.k），蓄热系数S=2.841[w/（m.k）。外墙表面材料选择应用M20水泥砂浆涂抹处理，顶棚选用M10砂浆抹平处理，窗台、洞口等选用M5水泥砂浆施工。该办公楼项目的高度为21.60m，选用钢结构框架形式，具备较高的灵活性，平面布置具备多样化。因为该项目选用的钢结构中，柱体距离比较大，内部空间布置较为灵活，并达到功能性的标准。除此之外，该结构形式组成简单，现场施工难度较小，应用价值较高。施工图设计环节应用PKPM软件设计，嵌固混凝土结构内提升结构性能。

2.2预估截面并建立结构模型

钢结构设计完成之后，技术人员根据建筑使用需求确定截面尺寸参数。经过对建筑荷载、支座形式的分析，钢梁结构的高度设计为跨度的1/50~1/20。建筑翼缘设计的阶段，梁体侧向间距根据1/b的限值确定，通常不需要考虑到稳定性方面的复杂计算。设计人员确定截面高度、翼缘宽度等参数，即可对板件厚度评估与分析。该项目的7.5m跨无梁搭接设计中，截面尺寸按照H320X150X5X10设定；主梁截面H400X150X8X14。虽然该方案能确保截面高度、板厚达到标准，但是施工的环节计算确定挠度参数比较大，计算值为18mm，实际挠度28mm，超出量较大。因此，设计的环节应合理的增大梁体高度，并采用预先起拱的方式处理。

2.3结构分析与工程判定

根据目前钢结构设计的要求，确保结构的剪力、层间位移角等符合标准，再对各个钢结构受力条件计算分析，确保刚度达到标准。该部分计算之后并未超出设计标准，说明符合钢结构装配式建筑的使用要求。如果设计环节该参数不合格，需要及时改进和调整，当数据达到要求后即可投入施工。计算确定强度不足的情况，适当的增大截面组件的厚度；抗弯能力不合格，可适当的增大翼缘厚度；抗剪强度不合格，可适当的增大腹板厚度。对于变形严重超出理论计算值的情况下，适当的增大板件厚度，确保梁高满足标准，否则极易造成成本升高。

2.4构件设计

主体结构设计的环节，应用单一钢种提高管理水平，施工管理更加方便。从经济性方面展开分析，选择应用强度性能较高的钢材进行截面组合设计。应用Q345钢材制作，稳定性达到要求后，将材料更换为Q235。该项目施工的环节，主体框架结构选择使用Q345钢材，采用焊接方式连接形成整体。

（1）框架梁通常选择应用的是非组合梁件形式，利用PKPM软件计算分析，利用系统工具菜单即可验算确定截面强度尺寸，然后设置组合梁的连接件，比如栓钉等。该项目应用的是焊接H型钢，合理应用以达到性能标准。对于选择应用的轧制H型钢的情况，不需要考虑到屈曲强度。因为该项目采用的是钢筋混凝土组合楼板的形式，楼板与主梁利用栓钉连接，合理进行栓钉布置以达到连接稳定性效果。

（2）两端铰接的次通常应结合组合梁的方式展开设置，节约钢材实现成本降低。组合梁设计需要考虑到极限条件下，承载力符合标准，所以选用塑性理论极为重要。但是钢梁无法达到要求的情况下，根据技术标准分析翼缘板以及腹板板件的厚度，通过弹性理论确定设计方案。

（3）框架柱设计时，遵循框架梁设计标准实施，具体包含如下两点：

①对于普通钢柱结构来说，长度系数根据《高层民用建筑钢结构技术规程》的相关标准进行。该项目应用的是混钢管混凝土柱，柱体长度依据《高层建筑混凝土结构技术规程》确定。

②轴压比：分析钢结构建筑的抗震设计要求，结构进入到塑性变形阶段后，钢柱轴压比设计执行《高层民用建筑钢结构技术规程》，保持在0.6以下。

2.5节点设计

节点设计根据《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》的要求，并结合现场的具体情况做出改进以及调整。

3 结语

钢结构装配式住宅结工程，在快速施工、资源节约和环保方面的优势，更为住宅建设的现代化和可持续发展提供了切实可行的解决方案。钢结构装配式住宅结工程设计过程中，需要根据实际情况做好设计方案确定，同时精确计算各个结构的参数，这样才能提升钢结构装配式住宅结工程设计效果。

参考文献：
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