多高层钢结构住宅体系的选型及优越性

文章编号：１００９—９４４１（２００７）０２—００２９—０２　多高层钢结构住宅体系的选型及优越性　口口王克青　，列、凌志　，同　飞　（１．中国矿业大学（北京）力学与建筑学院，北京东科技大学土木建筑学院，山东青岛２６６５１０）　等形式。　／＼　／＼　／＼　／＼　／＼　１０００８３；２．山　摘要：概述了多高层钢结构住宅的结构体系，分析了高层　钢结构的优越性能。　关键词：高层建筑；钢结构；结构体系　中图分类号：ＴＵ　９７３　文献标识码：Ｂ　引言　随着我国在大中城市住宅建筑中禁止使用黏土　砖，钢结构受到了工程界的青睐，已成为较有竞争力　的民用建筑结构体系之一。与传统的住宅建筑结构　体系相比，钢结构不仅具有环保、节能、产业化等特　征，而且还具有强度高、自重轻、节约能源、抗震性能　好等优点。国家建筑钢结构产业“十五”计划和　２０１５年发展纲要（草案）提出，“十五”期间应以多　ｆ　图１框架一支撑结构体系　该结构体系对纯框架结构体系抗侧力能力较弱　的缺点进行了改进，但支撑体系尤其是偏心支撑体　系的施工难度较大，且支撑的存在必然会影响门窗　洞口的开启位置，给建筑的布局带来不便。　１．３框架一剪力墙结构体系　高层钢结构房屋为突破点。　在框架结构中设置剪力墙，将框架和剪力墙二　者结合起来共同抵抗水平荷载，就组成了框架一剪　力墙结构体系。采用该结构体系，建筑的竖向荷载　全部由钢框架承担，水平荷载引起的水平剪力由钢　框架和墙板共同承担。　该结构体系的结构自重较轻，可以减轻地震的　作用力；占用建筑面积小，能增大建筑物的使用空　１钢结构住宅的结构体系…　１．１纯框架结构体系　纯框架结构是指沿房屋的纵、横两个方向均由　框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构件所组成　的结构体系。框架结构可以分为半刚接框架和全刚　接框架两种，框架结构的梁柱宜采用刚性连接。与　其他的结构体系相比，框架结构体系可以使建筑的　使用空间增大，适用于多类型使用功能的建筑。其　结构各部分的刚度比较均匀，构件易于标准化和定　型化，构造简单，易于施工，常用于不超过３０层的高　层建筑。但该结构体系的弹性刚度较差且属于单一　抗侧力体系，抗震能力较弱。　１．２框架一支撑结构体系　间；墙板具有较强的抗推刚度和受剪承载力，适用于　超过４０层的高层建筑。但该结构体系在受力初期，　由于其剪力墙刚度较高，地震时易产生应力集中现　象，从而导致建筑物出现斜向裂缝。　１．４钢框架一混凝土核心筒结构体系　钢框架一混凝土核心筒结构体系是指由钢筋混　凝土芯简与外圈的刚接或铰接钢框架共同组成的混　合结构体系。混凝土芯筒是结构体系中主要的抗侧　力竖向构件。当楼面外圈为刚接框架时，芯筒承担　着绝大部分作用于建筑物的水平荷载，一小部分则　由钢框架承担；当楼面外圈为铰接框架时，芯筒则承　担建筑物的全部水平荷载。　该结构体系在我国的应用极为广泛，目前新建　的高层、超高层建筑几乎均采用这种结构体系。混　凝土简体的抗侧力效果较好，具有节约钢材、降低造　・２９・　框架一支撑结构体系是指以楼房的框架体系为　基础，沿房屋的纵、横两个方向均布置一定数量的竖　向支撑所组成的结构体系。其结构体系如图１所　示。框架一支撑结构体系具有良好的抗震特性和较　大的侧向刚度，支撑结构起到剪力墙的作用，承担着　大部分的水平侧力，宜用于３０～４０层的高层钢结构　建筑。支撑框架有中心支撑、偏心支撑、嵌入式墙板　建材技术与应用２／２００７　维普资讯 http://www.cqvip.com

价、施工方便等优点，但缺点是核心筒与钢外框架的　构，平均每６　ｄ完成１层，而高层钢结构平均每４　ｄ　完成１层，可以缩短结构的施工周期。　（４）高层建筑中的管道较多，采用钢结构可以　在梁上开孔用以穿越管道。因此，在楼层净高相等　的情况下，钢结构的楼层高度低于混凝土结构的楼　延性、刚度不匹配，在强震作用下，作为第１道防线　的核心筒很容易被破坏，而作为第２道防线的钢框　架基本上也不具有抵抗地震作用的能力。　１．５交错桁架结构体系　交错桁架结构体系是麻省理工学院于２０世纪　６０年代中期开发的一种新型结构体系（见图２）。　该结构体系的基本结构组成是柱子、平面桁架和楼　层高度，因而可以减小外围护墙的面积，降低建筑的　维护费、使用费。　２．２优越的结构性能　（１）在梁高相等的情况下，钢结构建筑的开间　面板，柱子设置在房屋的外围。桁架的高度与层高　相等，长度与房屋宽度相等。桁架的两端置于外围　柱子上，桁架在相邻柱子上为上、下层交错布置，楼　面板一端安置在桁架的上弦，另一端则安置在相邻　桁架的下弦。　八／＼／＼八　为混凝土结构建筑开间的１．５倍。　（２）由于钢结构的延性比混凝土结构的延性　好，因而钢结构比钢筋混凝土结构的抗震性能好。　（３）自重轻，易于采用ＴＭＤ、ＴＬＤ等结构振动控　制措施，以提高结构的抗风、抗震能力。　／　、／＼／ｌ，　厂＼／＼／＼／＼　／＼／＼／＼／＼　广——］ｆ‘‘‘‘・・・‘一１　（４）钢结构的构件由工厂加工制作而成，其加　工精度高、质量有保证，与混凝土结构的现场施工相　比，更符合结构设计的要求。此外，在高层建筑建造　过程中，经常会发生设计的变更，采用钢结构更容易　满足设计变更的需要。　２．３优越的环保性能　（１）钢结构的施工方式为干式施工，避免了湿　式施工所造成的环境污染。此外，钢结构材料可以　夜间运送，可缓解在建建筑周围地区的交通压力。　ｆｒ＿＿—　Ｊ　‘‘　’一一一‘一．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．＿＿Ｊ　１　八／＼八／＼　图２交错桁架结构体系　该结构体系由于无中间柱，比其他的结构体系　建筑具有更大的开间；与混凝土结构及其他的钢结　构相比，交错桁架结构体系的优点是施工速度快。　（２）混凝土结构建筑拆除后，混凝土只能作为　废料处理。而钢结构建筑拆除后，钢构件仍可以直　接利用或冶炼后利用，对环境的污染很小。　但由于该结构体系较为复杂，对桁架与钢柱的连接　节点构造的要求较高，桁架与填充墙不易配套等原　因，目前尚不能大量推广。　１．６筒体结构体系　３　结语　通过对钢结构住宅的分析可以看出，钢结构住　宅体系是我国高层建筑发展的必然趋势。由于其特　有的结构优势和自身的经济价值，在未来的建筑行　业中，钢结构必将占有很大的比重。　参考文献：　［１］《钢结构设计手册》编辑委员会．钢结构设计手册（下　册）［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４．　［２］李国强．多高层建筑钢结构设计［Ｍ］．北京：中国建筑工　业出版社，２００４．　筒体结构体系是以立体构件为主的结构体系，　结构中纵、横两个方向的构件均参与结构整体的抗　弯，从而可以满足高层建筑、超高层建筑对结构抗倾　覆能力的要求。根据构成元素的不同，筒体结构体　系又可以分为框筒体系、筒中筒体系、成束筒体系、　巨型支撑外筒体系及巨型框架体系。　２多高层钢结构的优越性能　２．１优越的经济性　（１）自重轻。高层钢结构的自重一般为高层混　凝土结构的１／２～３／５。由于其结构自重的降低，可　以减轻地震的作用力，从而减小结构设计内力，降低　工程造价。　作者简介：王克青（１９８ｌ一），女，山东东营人，硕士研究生，　２００４年７月毕业于山东科技大学土木建筑学院土木工程专　业，现在中国矿业大学力学与建筑学院攻读硕士学位，主要　从事钢结构方面的研究。　收稿日期：２００６一ｌ２一Ｉｌ　（编辑郭云凤）　（２）强度高。与混凝土结构相比，钢结构柱的　截面面积小，可以增大建筑的使用面积。　（３）施工速度快。对于一般的高层混凝土结　・３０・　Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ