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钢结构在高层住宅建筑中的应用与发展蔡顺

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第11期作者：蔡顺张丽

[导读] 摘要：本文介绍了国内外对于钢结构在高层建筑中的研究现状，通过与传统的混凝土结构体系的对比分析，详细介绍了高层钢结构建筑住宅的优点及其应用，并且指出了当前高层钢结构现存的一些问题以及建议，预估了高层钢结构建筑住宅在国内推广的综合效益和发展前景。

        山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛 266590
        摘要：本文介绍了国内外对于钢结构在高层建筑中的研究现状，通过与传统的混凝土结构体系的对比分析，详细介绍了高层钢结构建筑住宅的优点及其应用，并且指出了当前高层钢结构现存的一些问题以及建议，预估了高层钢结构建筑住宅在国内推广的综合效益和发展前景。
        关键词：高层钢结构；建筑特点；建筑设计；应用；发展前景
        引言
        钢结构由于抗震性能良好，材料的性能和强度比较高，并且可以重复利用，节约资源，保护环境，符合可持续发展的理念，当前我国正在全面快速推进钢结构产业化的进程，钢结构在我国建筑行业的地位也是越来越高。
        1钢结构住宅的发展状况
        1.1国外钢结构住宅的应用与发展状况
        装配式钢结构建筑符合我国建筑产业化发展的需要，它具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修，信息化管理等特点，同时装配式钢结构建筑具有工期短，自重轻，工厂加工，可持续发展的优势，是全寿命周期内的绿色建筑，现已成为欧洲、美国、日本、澳大利亚等发达国家建筑的重要形式，将成为未来中国建筑发展的主要形式之一。
        1.2国内高层钢结构住宅的应用与发展现状
        我国钢结构的兴起是源自上世纪80年代，引进了多层钢结构住宅这一概念，经过近几十年的发展以后，直到目前为止，钢结构住宅建筑已经在我国所占的比例越发增多。我国的钢结构住宅建筑已经取得了较大的发展，但是就整体水平来说，仍然是处于粗放型发展阶段。因此对于我国的钢结构高层建筑住宅要进行进一步的研究开发，更加促进促进我国住宅产业化的迅速发展，对我国钢结构高层建筑住宅的发展产生积极的影响。
        2高层钢结构住宅的优势
        钢结构住宅代表了未来的住宅发展新模式,它与传统的砖混结构和钢筋混凝土框架结构相比,在使用功能、设计、施工、综合经济效益等方面具有明显的优势。
        2.1钢结构自重比较轻、抗震性能良好
        高层钢结构建筑住宅骨架主要是以在工厂预制生产的钢梁、钢柱为主要承载骨架，在骨架外侧配以轻质墙板等新兴建筑材料，作为骨架的围护结构。高质量钢结构能保证1.2以上的强屈比。按《建筑抗震设计规范》规定高层结构弹性计算阶段的层间位移限值，对普通钢筋混凝土结构规定值为h/800，而对钢结构的位移限值则可放宽到h/250，二者相差3.2倍。可见在地震作用下，由于钢结构具有良好的延性的特点，不仅因为能吸收和削弱地震作用，且属于理想弹塑性结构，具有很强的适应抗震变形的能力。
        2.2钢结构自身的占地面积比较小，空间布置灵活
        对于传统的钢筋混凝土住宅，由于砌块、混凝土等建筑材料的占用空间比较大，在进行钢结构高层建筑住宅设计时，设计范围具有一定的局限性，经常会出现墙体厚度过大、房屋净高过低等情况。钢结构由于自身的材料强度高，空间占地面积小，在钢结构高层建筑中布局灵活，极大地提高了钢结构高层建筑住宅的利用率，可以满足各种不同人民的住宅需求。
        2.3钢结构住宅的综合效益高于传统的住宅体系
        对于钢结构高层建筑住宅来说，无论材料是钢材或者是混凝土，材料成本占整个施工造价的比例还不到10%，使用钢材可以大大地降低其综合造价。由于钢结构施工工期比较短，在于资金周转方面可能更加灵活，有利于减少基础资金的投资，减少建筑地基的费用，施工机械化程度高，使得钢结构住宅的发展具有极强的竞争力和良好的市场前景。
        2.4符合可持续性发展理念
        钢结构住宅以其特有的环保性而备受推崇，传统建筑使用实心粘土砖,因大量浪费土地资源、在施工过程中会产生粉尘，建筑垃圾，废水废渣等污染物，占用土地资源等，现在已经禁止使用，相反钢结构是装配化生产，在工厂就可以进行预制，到了施工现场可以直接进行进行拼装，方便快捷。整个过程基本对环境没有什么污染。因此，符合我国对于国家建设可持续发展的各项要求。

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        3高层钢结构存在的问题
        3.1结构的构件和连接节点存在的问题
        钢结构的延性，抗震性能良好，但是如果施工方为了某种原因强行降低钢结构住宅建筑的抗震等级，肯定会带来较大的隐患，钢结构的构件特别容易损坏，在设计过程中一定要充分考虑到钢结构的塑性设计等问题。在选择钢结构内部结构层时，一定要选择合理的结构层，如果内部结构层有薄弱层或者结构的选择方式不正确，会导致钢结构在使用过程中产生破坏，进而影响到结构的整体，甚至会产生坍塌现象。
        3.2建筑的结构空间布局不灵活，缺乏一定的人性化
        在建筑设计过程中，我们设计高层住宅建筑时，本身就是为了满足不同人的生活需求，人性化设计是我们设计的重点。建筑的设计人员在进行设计之前，一定要进行实地勘察，提前了解周围的环境和公共资源的设置分布，进行一个全方面的设计了解。在进行设计时，即使是遇见相似的设计方案，一定要具体情况具体分析，切勿根据以往经验妄加猜测。建筑结构的不够人性化，可能会使成本大大增加、抗灾害能力不足等一系列问题。
        3.3在建筑的设计过程中过分追求经济效益
        经济性是设计时需要考虑的一大问题，在建筑物建成的过程中，需要购买大量的建筑材料。钢的用量多少对于整个建筑结构具有很大的影响，如果为了节省成本而大量减少用钢量，不仅会使建筑的安全储备不足，还会削弱建筑物抗震抗冲击的性能。过分追求经济性，减少用钢量，会缩短建筑物的使用寿命。而且一旦天灾人祸降临，这座建筑就尤为危险，会严重威胁到人的生命和财产的安全。有时尽管在设计计算时满足了一些常规的要求，但是在一些特殊的载荷下，还是有可能会产生梁柱的损坏甚至结构的坍塌现象。
        4改进的建议
        4.1加强钢结构建筑住宅的抗震性能
        对于钢结构高层建筑住宅来说，关乎人和财产安全的重要性能就是建筑的抗震性能。在进行钢结构抗震设计时，对于不同的抗震地区带，我们要选择合理的抗震系数，根据实际的情况选用合理的抗震构造措施。为了使住宅建筑发挥其承载力功能，尽量选择强度较高的钢材。要选择合理正确的截面，尽可能地分散受力，减少不必要的磨损。在节点的使用上，采用双排螺栓，使设计精度进一步提高。
        4.2在进行建筑住宅设计的过程中，要始终贯彻坚持以满足人民的需求为根本原则
        设计建筑的最根本目的就是满足人民的需求，为人民服务，建筑师不仅需要拥有专业的素养、灵活的思维、丰富的想象力，而且还要把人民需求放在自己的设计理念里，这才可以称为一个合格的建筑师。设计全程过程中要始终贯彻坚持以满足人民的需求为根本原则，选用合理材料和设计形式，尽可能的延长建筑结构的使用寿命，减少安全隐患。
        4.3建筑设计人员应不断学习专业知识与素养，并且学习新的技术
        建筑设计规范虽然对于建筑设计进行了指引，但这些规范仍然存在很大的局限性，设计人员可以根据之前的经验，做出一些适当的修改。建筑从业人员要意识到建筑业是一项需要牢固知识和长期经验的事业，不断更新自己的知识库，勇于接受、学习新的科学技术。设计人员不仅要学习本专业的知识，还要深入了解设计计算分析软件，以求如何在不影响建筑安全性的条件下降低成本。
        5总结
        根据上述的分析，可以看出钢结构住宅建筑不管是在综合经济效益，住宅质量还是在使用方面都有着良好的效益，钢结构自身有着很好的综合优势，产生的效益长期持续不间断，有利于国家和社会的发展，同时也符合我国的可持续发展的理念。
        参考文献
        [1]王琼,王喆,王力,李利民.国内多高层钢结构住宅的发展现状[J].中国住宅设施,2015(04):18-23.
        [2]刘学春,商子轩,张冬洁,徐路,崔小雄,和心宁.装配式多高层钢结构研究要点与现状分析[J].工业建筑,2018,48(05):1-10.
        [3]黄展华,徐邹影.论多高层钢结构住宅优势与发展前景[J].中国住宅设施,2017(05):107-108.
        作者简介
        蔡顺（1995—），男，汉族，山东济南人，工学硕士，单位：山东科技大学土木工程与建筑学院,研究方向：结构工程。邮编266590