鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為材料做成受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)住宅依其自重輕，基礎(chǔ)造價低，適用于軟弱地基，安裝容易，施工快，周期短，投資回收快，施工污染環(huán)境少，抗震性能好等綜合優(yōu)勢而受到各方的重視。
鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)――磚混結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計、施工，以及綜合經(jīng)濟(jì)方面都具有優(yōu)勢，在住宅建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
一、能合理布置功能區(qū)間
利用鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn)，設(shè)計可采用大開間布置，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便，創(chuàng)造開放式住宅。而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（磚混結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)）由于材料性質(zhì)限制了空間布置的自由，以往開間一般常在3.2米、3.4米、3.6米，如果過大，就會造成板厚、梁高、柱大，出現(xiàn)'肥梁胖柱'現(xiàn)象，不但影響美觀，而且自重增大，增加造價，購房者在二次裝飾時，經(jīng)常由于自行改變墻體位置，增加隱患。
二、自重輕、抗震性能好
相同建筑面積的建筑樓層，鋼結(jié)構(gòu)自重輕，根據(jù)比較，六層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的重量，僅相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)住宅的重量。而且鋼材具有延性，能比較好的消耗地震帶來的能量，所以抗震性能好，結(jié)構(gòu)安全度高。
三、施工方便、工期短
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可以實(shí)行工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝。由于現(xiàn)場作業(yè)量小，對周圍環(huán)境污染少，同時，施工機(jī)械化程度高，加快了施工速度。根據(jù)統(tǒng)計，同樣面積建筑物，鋼結(jié)構(gòu)比砼結(jié)構(gòu)工期，可縮短三分之一，而且可節(jié)省支模材料。
四、綜合造價低
由于自重輕，基礎(chǔ)費(fèi)用降低，總體用料減少，直接成本降低，建設(shè)工期短，間接費(fèi)又可減少，所以綜合造價低。
五、符合產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求
鋼結(jié)構(gòu)適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，并且能將節(jié)能、防水、隔熱、門窗等先進(jìn)成品集合于一體，成套應(yīng)用，將設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化，提高住宅產(chǎn)業(yè)化的水平。
綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)是適合創(chuàng)新的住宅結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)可隨著人們審美觀的不同，使用功能要求的不同，設(shè)計各種造型、尺度、空間的新型房型。生產(chǎn)廠家能高精度、高質(zhì)量、高速度完成，使建筑物達(dá)到既美觀又經(jīng)濟(jì)的效果。隨著高科技的發(fā)展，人們的觀念與生活方式也將不斷更新與變化，對住宅總體質(zhì)量的要求也將不斷提高，為此，住宅設(shè)計必然需要考慮與這些不斷變化的因素相協(xié)調(diào)、相適應(yīng)，從而出現(xiàn)彈性設(shè)計的新天地。而鋼結(jié)構(gòu)又是最適合住宅彈性設(shè)計的結(jié)構(gòu)體系。
結(jié)構(gòu)方案的選取
下面以廣州遠(yuǎn)洋公寓大廈為例，說明一下鋼結(jié)構(gòu)高層建筑方案的選取。
廣州遠(yuǎn)洋公寓大廈是遠(yuǎn)洋賓館新建的一棟兼汽車庫、辦公公寓為一體的高層建筑。地上30層，地下3層，建筑面積20000m2，總高度為103m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.20m，地上1~10層為可以停放200輛汽車的立體汽車庫，11層以上為公寓，頂部有餐飲及娛樂設(shè)施。建筑外形與二十年前建造的遠(yuǎn)洋賓館互相呼應(yīng)成為一體。
由于遠(yuǎn)洋公寓大廈建地窄小，地處交通要道，混凝土結(jié)構(gòu)施工很不方便。同時，為了提高建筑面積的使用率，增強(qiáng)抗震性能，加快建造周期，由開始的混凝土結(jié)構(gòu)方案改為鋼框架——鋼筋混凝土剪力墻方案。按照這個方案已于2000年底封頂，成為廣州市第一棟高層鋼結(jié)構(gòu)。
1. 鋼框架——鋼筋混凝土剪力墻混合結(jié)構(gòu)
由于原來是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，保留了鋼筋混凝土剪力墻，這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是較全鋼結(jié)構(gòu)造價低，樓電梯的墻既是承載又是分割墻；缺點(diǎn)是施工復(fù)雜，尤其是由于本工程的建筑平面特點(diǎn)混凝土墻不能先于鋼結(jié)構(gòu)施工，影響鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)度。在原混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布局條件下，利用鋼結(jié)構(gòu)大柱網(wǎng)的特點(diǎn)，將1、3、4軸上的四排柱改為三排柱，1/4軸上僅保留g軸上一個柱，減少了柱子，減小了柱截面，發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，為租售樓創(chuàng)造了有利的條件。
2.鋼框架——支撐體系的純鋼結(jié)構(gòu)方案
這個方案也可以較好地滿足建筑平面的要求。結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是自重輕、地震作用小、減小了鋼——混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)平面的剛度偏心影響，有較好的延性。缺點(diǎn)是較鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)造價高。經(jīng)過竣工后的實(shí)際比較，為了使鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)施工合理，實(shí)際用鋼量與純鋼結(jié)構(gòu)已相差很少。
3.鋼骨混凝土剪力墻的采用
1. 為什么本工程中采用鋼骨混凝土剪力墻：
1) 合理的施工流水作業(yè)，加快工期。本工程建筑平面中剪力墻未形成獨(dú)立的筒形結(jié)構(gòu)，不可能先行施工，國內(nèi)很多鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)是筒中筒結(jié)構(gòu)，筒體可以先于鋼結(jié)構(gòu)6~10層澆注混凝土墻體，而后安裝鋼結(jié)構(gòu)。如果本工程采用一般混凝土剪力墻，鋼結(jié)構(gòu)與墻各層需同步施工，必然影響鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)度，失去了鋼結(jié)構(gòu)快的優(yōu)勢。因此，本工程在混凝土剪力墻中設(shè)置鋼柱梁及斜撐，組成臨時穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，與鋼框架同時安裝形成整體框架——支撐結(jié)構(gòu)，安裝之后逐層澆注鋼筋混凝土墻。這樣安裝鋼結(jié)構(gòu)與混凝土作業(yè)分別進(jìn)行，相互沒有影響。
2) 鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)在施工中由于鋼梁的安裝誤差與混凝土墻的施工誤差相差近十倍，由于混凝土墻的偏斜經(jīng)常發(fā)生鋼梁很難就位的情況。在本工程中于墻內(nèi)設(shè)置鋼骨后，與鋼梁連接的預(yù)埋件和墻內(nèi)鋼骨柱相連，可以控制鋼結(jié)構(gòu)誤差之內(nèi)使鋼梁準(zhǔn)確的就位，不會再發(fā)生鋼梁難安裝的問題。
3)一個工程十層以下為停車庫，由于需滿足200輛車位，面積很緊張，按照車輛布局要求，1軸剪力墻不可能上下貫通，需結(jié)構(gòu)作局部轉(zhuǎn)換，上部墻內(nèi)的鋼骨在下部形成鋼骨混凝土柱作為支承構(gòu)件之一，較好的滿足上下轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的要求。
4）鋼骨的設(shè)置使鋼骨混凝土剪力墻提高了承載能力及延性。增加鋼骨柱可以減小混凝土截面及豎向鋼筋，提高墻體抗壓彎的承載能力。
2．鋼骨混凝土剪力墻的構(gòu)造及施工： 鋼骨設(shè)置于墻端及轉(zhuǎn)角處，在外接鋼框架梁處挑出鋼牛腿并連接預(yù)埋件，上邊再焊接連接板與鋼框架梁腹板用高強(qiáng)度螺栓相連。 由于墻內(nèi)鋼骨柱及梁較小，作為臨時支撐結(jié)構(gòu)，在該狀態(tài)下按6層鋼框架——支撐結(jié)構(gòu)承受風(fēng)及常規(guī)荷載計算，可以滿足側(cè)向位移限值要求。因此，在施工時要求安裝鋼結(jié)構(gòu)與澆注灌混凝土相差不得超過6層。實(shí)踐證明，在施工中設(shè)鋼骨混凝土墻做法達(dá)到了預(yù)期效果。
小 議
1．一般高層建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計算分析方面設(shè)有明顯的特點(diǎn)。由于建筑平面決定，剪力墻較強(qiáng)，因此基本上是由剪力墻承受水平力。結(jié)構(gòu)的變形性能有明顯的剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。鋼框架主要承受垂直荷載。不起擔(dān)負(fù)第二道防線的作用。因此，設(shè)計中保證剪力墻的較好抗震性能是非常重要。
2．建筑高寬比為6，正好為限值，層面積較小，剪力墻偏心，平面及豎向的形狀對抗震不利，如果采用純鋼結(jié)構(gòu)的鋼框架——支撐體系對加強(qiáng)抗震性能更為有利。
3．本工程相對于結(jié)構(gòu)計算分析來說，結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、連接節(jié)點(diǎn)、焊接質(zhì)量及材料的選取更為重要。是保證結(jié)構(gòu)安全、施工質(zhì)量進(jìn)度的重要環(huán)節(jié)。本工程在設(shè)計中對這些方面給予了充分的重視，均采取了相應(yīng)的措施。
4．鋼框架部分采用大柱網(wǎng)，構(gòu)件數(shù)量較少，標(biāo)準(zhǔn)層僅有9根柱。對于窄小的施工現(xiàn)場，減少構(gòu)件吊次可以提高安裝效率。
5． 鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)中使用鋼骨混凝土剪力墻或是在混凝土墻中放構(gòu)造鋼骨。對鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)的施工，提高承載能力，加強(qiáng)延性都是有利的。