谈钢结构住宅建筑设计研究

李昂 李楠

摘要：钢结构住宅不同于传统的砌筑式住宅, 具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工快等优点, 钢构件以工厂加工为主, 易实现标准化、模数化、系列化, 同时, 其结构体系及维护体系也有别于传统的住宅。本文探讨了钢结构住宅建筑设计。

关键词：钢结构；住宅；建筑；设计

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

钢结构住宅的建筑设计是钢结构住宅设计的重要组成部分。钢结构住宅不同于传统的砌筑式住宅, 具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工快等优点, 钢构件以工厂加工为主, 易实现标准化、模数化、系列化, 同时, 其结构体系及维护体系也有别于传统的住宅。为了配合工业化住宅的建设, 钢结构住宅作为一种新型的住宅建筑类型,需要针对钢结构建筑的特点, 在建筑设计方面进行研究,并对一些特殊问题进行深入探讨。

一、钢结构住宅体系的优点

钢结构绿色节能住宅主要是指在房屋建筑的过程中主要以钢结构为主要的建筑结构形式，以建筑节能、节水、节约材料、环保以及可以节约用地等特点，并且可以为人们提供健康、舒适、以及高效的使用空间。钢结构绿色节能住宅体系主要是从材料节能、建筑节能、设备节能以及可再生能源的利用等特点入手，从而实现绿色节能的目标。钢结构的优点具体如下：

1、绿色节能的特点

刚结构住宅体系对环境破坏小、污染小，并且住宅体系在改建或者拆迁的材料可以回收利用以及再生利用率比较高，所以钢结构建筑达到了绿色建筑的要求，并且与钢结构相配套的技术的轻质材料主要采用的是符合节能建筑要求的新型材料，原材料可以循环使用，而且还有环保、节能的作用，因此，在建筑行业采用钢结构是推进我国绿色建筑的发展的重要方式。

2、建筑成本低、工期短

钢结构的建筑模数的协调统一标准不仅可以实现建筑工业大规模的生产，而且可以提高建筑的预工程化，使不同的建筑结构的配件具有一定的互换性和通用性。并且钢结构建筑的预工程化可以实现材料加工、建筑安装的一体化，不仅可以降低建筑的成本，而且可以提前完成施工时间，从而加快了建筑工程的效益。

3、承载能力强、抗震性能好

钢结构的材料是一种承受载荷量大，强度高，并且抗震性能比较好，钢结构本身是一种用料少、体型小，自重轻，因此在建筑的过程中，采用钢结构住宅体系时，不仅可以节约材料，提高空间的利用率，并且由于钢结构的构件可以制作成各种形状，所以在设计的过程中，灵活多变、可以满足人们的需要和要求，从而达到建筑艺术的特点。在抗震设防的地区，由于钢结构的重量轻，本身所受的地震作用比较小，并且钢材具有一定的延伸性，所以钢结构的安全性高，抗震能力好。

二、钢结构住宅建筑设计

1、 钢结构住宅中的建筑构思

钢结构住宅的建筑更着重于构思的技术可行性。钢结构住宅设计中力求达到建筑构思与结构构思的结合。钢结构住宅的构思一方面体现了常规意义上的建筑构思成果, 另一方面更是对钢材这种材料灵活运用的表现。设计钢结构住宅的建筑师必须同结构工程师、设备工程师、甚至机械工程师密切配合, 以保证建筑构思能够在特定的技术条件下得以实施。建筑师只有在深入了解材料的特性、材料所能创造的结构形式及相应的技术措施以后, 才能有更广泛的构思能力, 才能使自己的构思更具有独特性和创造性, 而且方案的可实施性才能更强。

2、钢结构住宅的节点设计

节点设计是钢结构建筑区别于其它结构体系建筑的一大特色, 在很大程度上影响着建筑设计的成败。钢结构建筑的大多数节点是露明的, 露明的钢结构节点类似于中国传统木结构建筑的榫卯结构。复杂的节点处理显示出结构的合理性, 具有基于建筑技术之上的特有的结构美感。为了钢结构防火的需要, 有些建筑师会在钢结构节点处辅以一定的防火措施, 比如用防火涂料涂刷, 或是将节点用防火板材封闭。后者把钢结构特有的节点封闭了起来, 难以体现钢构件节点的结构美; 而前者既起到了防火的目的, 又保持了钢格连接节点的原有特点, 应当得到进一步的推广采用。

3、钢结构住宅中“以人为本”的设计理念

运用钢结构这一新的结构形式, 居住者对于居住空间的感受也将会有一定的变化, 而他们的认同,才是新的住宅建筑结构形式是否得到承认的关键。相比于其他的建筑类别, 住宅更应该体现“以人为本”的设计理念。

钢结构住宅中要运用新技术、新材料、新的构造形式来满足使用者的各项生理和心理需求。各类住宅是为特定人群度身定做的建筑类别, 其建筑风格和形式要贴切反映使用者使用方式、生活方式、审取向等。现行的建筑设计趋势即是要求住宅遵循“以人为本”的宗旨和根据使用者特征而细腻设计这一特点。

4、钢结构住宅的模数化设计

钢结构住宅有进行模数化设计的需要。模数化设计是现代建筑产业化和工业化生产的特殊要求,摒弃传统的手工作业的局面, 提高建筑业从业人员的就业环境质量, 降低劳动强度, 为此在设计阶段就采用建筑模数化设计。模数化设计带动了配套构件的工业化生产, 改变了相关产品的生产模式, 是促进建筑业及相关产业生产发展的动力。

三、钢结构住宅的关键技术要求及保证措施

1、防火

钢材本身是不燃烧的建筑材料。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常450~650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因大的形变而不能继续使用。因此，防火对于钢结构住宅的设计是非常重要的。

按照我国防火规范要求，一般建筑钢结构必须涂刷防火涂料或采取其他措施。由于住宅对防火的要求更高，因此主体钢结构就必须有更加可靠的防火措施:一般可用满足消防要求的防火涂料喷涂主体钢结构，再在钢结构外包石膏板，也可用混凝土外包主钢结构。然而各种方法均有其天然缺陷:防火涂料耐久性远远低于建筑物本身，其后期维护非常重要。而且，传统防火涂料质量较差，这些将会增加工程造价;外包混凝土虽简单实用，但浇捣混凝土施工时间增加，使钢结构失去优势。

另外，采用耐火耐候钢是近年来提出的新思路，但尚属理论研究，无法大量应用于工程实践。

2、 防锈

钢结构经过温度的不断变化及水汽、电解质的影响，生锈老化的可能性在任何部位都可能发生，而由此导致强度、稳定性降低而最终坍塌的工程事例时有发生。长期以来，我国基本采用油漆（涂料） 防锈或石油沥青防锈，但这些防锈措施有效期不长，频繁的维修还需要大量维修费。目前国内行之有效的中长期表面防锈处理方法有:防锈油漆层；热浸锌；玻璃钢防锈层；热喷涂长效防锈；无机涂层。但是要注意的是，这些防腐措施对于钢结构住宅来说是远远不够的，还需要经过不断的研究，发现更好的，更科学的防腐措施，保护钢结构，延长钢结构的适用年限。

综上所述，由于钢结构住宅体系具有很多的优点，并且也符合绿色节能环保的特点，在我国的建筑行业中将得到广泛的应用。随着科学技术的不断发展，钢结构住宅体系将向可持续建筑方向发展，可持续建筑不仅可以满足当代人的需要，而且对后代人也不会造成危害。

参考文献：

[1] 单银木. 推动钢结构住宅发展 引导住宅建设方式转变[J]. 住宅产业, 2011,(01)

[2] 周金祥. 研发工业化住宅体系 促进住宅产业现代化[J]. 住宅产业, 2004,(09)

[3] 资源节约型住宅将成主流[J]. 中国建设信息, 2000,(17)

[4] 刘伟, 王若竹. 钢结构住宅的现状与发展[J]. 吉林建筑工程学院学报, 2008,(03)

[5] 蒋彦涛, 白洪源. 钢结构住宅技术体系研究及其产业化道路[J]. 建筑技术, 2011,(06)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。