装配式钢结构住宅体系的优化研究

殷朋

摘要：现今时代，我国建筑结构形式越来越新颖，功能越来越全面。传统结构设计和预装装配式钢结构设计无论从结构体系、基本模数的确定、平面的定位方式、设计的指导思想等方面都存在着很大的区别，钢结构是天然的装配式结构，钢结构、围护系统、设备与管线系统和内装系统做到和谐统一才能为装配式钢结构。装配式钢结构以其独特的设计要求和理念在社会各行业中的应用体现出其建筑工业化的优势，装配式钢结构在社会各领域中得到广泛性的应用，并逐渐在市场经济体制下显露出及其重要的社会价值。

关键词：装配式;钢结构;住宅体系

我国正处于社会经济转型时期，在这一阶段，国家综合经济实力不断提升，这推动了信息化网络社会的发展。通过对装配式钢结构建筑的深化设计，有利于推动社会整个建筑行业的可持续性发展，以满足人们的多元化生活需求。

一、装配式钢结构住宅优势

（一）重量轻、抗震效果好

在钢结构中常用的钢构件有薄壁钢管和热轧型钢，截面形式受力合理，在惯性矩相同时其重量较轻，既能够满足强度要求又可以减少结构自重，因此适合用作装配式钢结构的主要承重部件。另外，装配式建筑中的外墙、隔墙、楼面板都可以采用质量较轻的建筑材料，荷载较小，减少对主要承重构件的影响。此外，装配式钢结构建筑可以充分发挥钢结构强度高、塑性和韧性好的特点，大大地提高了建筑的安全性、稳定性和可靠性，增强建筑的抗震性能。

（二）综合效益较好

由于装配式钢结构的建筑构件承载能力强、截面面积较小，节约了大量的钢材和混凝土，并且可以降低建筑工程基础建设费用。此外，装配式钢结构建筑中的钢构件和混凝土预制构件都可以在工厂预先加工完成，在很大程度上加快了施工进度，节约了时间成本，构件的质量也可以得到保证，减少了施工过程中由于构件质量不达标造成的返工费用，所以装配式钢结构建筑具有较好的综合效益。

二、装配式钢结构住宅施工常见问题

（一）裂缝问题

①焊件材质中含碳量较高，导致了材料本身的刚度不能满足建设需求，导致焊接中出现了开裂的问题;②施工人员在进行施工操作中，操作方法不规范，造成了裂缝问题;③施工中使用的焊条质量没有达到低层装配式钢结构住宅施工建设的要求，从而导致了焊接过程中明显的裂缝问题;④施工人员在操作中，随意增加焊肉，导致了应力集中作用下焊肉过量变形问题，进而引发裂缝问题;⑤施工建设中，工作人员组队焊接期间，也比较容易产生焊接裂缝问题。这一问题的产生，主要是组队焊接时，出现了位置不平衡的问题，焊件的应力释放导致了开裂和变形等问题。

（二）侧弯问题

①施工中，工作人员没有搭设相应的建设辅助平台，导致了基准面产生侧弯的现象，进而造成了焊接施工之后产生了严重的弯曲问题;②施工建设中，如果材料的运输地点、材料的起吊地点、材料堆放位置不合理，均容易导致材料的管理不到位，会产生弯曲问题;③因为构件的组装中可能存在着间隙不均匀的问题，导致了焊接施工中，会有一侧出现严重变形问题;④施工建设中，如果构件的拼装中能够采用了强行焊接的方法，则构件在焊接后还会留有参与应力，引发构件侧弯问题。

三、装配式钢结构住宅体系优化策略

（一）梁柱及节点优化

1、柱

柱截面综合考虑使用功能、防火性能、经济性后，采用矩形管内灌混凝土柱，这种做法能够充分发挥钢材的抗拉以及混凝土的抗压性能，六层住宅经试算后柱截面为200×8方钢管，内灌C35混凝土，钢柱的尺寸和墙面的厚度正好吻合，避免了框架结构室内突柱的问题，增大了室内的使用面积，且内灌混凝土后钢柱的防火性能得到提高，钢柱空腔隔音问题得到解决。

2、梁

钢梁采用热轧H型钢，梁腹板局部开孔。对于钢梁腹板开孔的位置应避开受力的高峰区，将塑性铰的位置向内偏移，防止连接节点的梁根部出现脆性破坏，而达到延性设计的目的。

3、半刚性梁柱节点

半刚性节点尚具有以下优点：不存在焊接处的三向应力区，可以缓和节点的应力集中;采用半刚性节点进行结构分析，相对于基于完全刚性或铰接的分析而言，则更接近于结构的真实受力状态。合理设置的半刚性节点在承载力下降不多的情况下，能够最大限度地增大延性，在地震荷载作用时，节点部位能量耗散作用可降低位移反应。取消了梁柱节点的横隔板，采用外套筒的形式加强节点，并在钢梁腹板处开孔，使节点塑性铰外移，达到强节点弱构件的要求。对于加强节点的套筒有如下要求：套筒的壁厚应大于钢管柱壁厚与梁翼缘板厚较大值的1.2倍;套筒的高度应高出梁上、下翼缘外60mm～100mm;除套筒上、下端与柱焊接外，还应在梁翼缘上下附近对套筒进行塞焊，塞孔直径不宜小于20mm。对于闭口截面构件，常用螺栓安装有一定困难，开设安装手孔既繁琐费时又可能破坏构件的整体性，因此提出采用对穿螺栓将角钢与钢柱连接，而后再用角钢与钢梁连接的方式。

（二）楼盖体系优化

1、承载能力

根据对新型蜂窝组合扁梁-钢筋桁架叠合板试件SD1的试验破坏过程以及应变曲线的分析得知，试件SD1受力破坏的过程经历了弹性、弹塑性、塑性这几个阶段，在整个加载过程中，试件承载性能的主要情况如下：在最终混凝土翼板破坏时，SD1试件的承载力还在继续上升;蜂窝梁与钢筋桁架叠合板通过钢筋和现浇层连接成一体，翼板给钢梁提供稳定的侧向支撑和约束，协同作用良好，这对防止蜂窝组合扁梁的屈曲和失稳有积极的作用，整个加载过程中没有达到整体失稳临界荷载，试件没有发生局部屈曲和平面外失稳;同时由于混凝土填充了钢梁腹板的孔洞，改善了腹板开孔的削弱作用，且加载过程中混凝土板的受压区混凝土及钢筋也参与工作，与内部钢梁共同抵抗外力作用，提高了试件整体的屈服和极限承载能力;由于试件制作安装时考虑到叠合板表面拉毛、附加钢筋、板内侧钢筋弯锚等众多构造措施，使得预制叠合板与现浇层始终没有脱离，裂缝贯穿和发展都比较连续，整体性较好;由于加上混凝土翼板，导致组合梁试件的中和轴位置产生变化，SD1的变化稍大，向下偏移，但都在混凝土截面高度以内，最终破坏都是混凝土板下部裂缝迅速发展、上部被压碎。

2、变形能力

试件在加载弹性阶段，荷载-跨中挠度曲线的走势都保持较好的线性，进入屈服之后，荷载增长开始缓慢，挠度增速加快，斜率不断减小，直至破坏。但直到试件破坏，两个试件都未达到极限承载力，没有出现像普通蜂窝梁那样的下降段。在弹性阶段，两根试件挠度增长幅度较小，且变化比较均匀，试件屈服之后，梁中各点的挠度开始迅速增加;整个加载过程中试件两端支座处位移计的数据很小影响可以忽略不计;布置在两根试件预制叠合板和现浇层端部截面中点的两个位移计在加载全过程的差值始终未超过0.18mm，可以认为叠合板与现浇层界面没有明显滑移，连接可靠。

四、结语：

本文提出的蜂窝扁梁-钢筋桁架组合楼盖体系通过试验证明能够满足现行规范的要求，且具有良好的抗震性能，并有效解决了梁柱构件防火及楼板保温隔音问题，优化后的节点构造做法使装配率大大提高，具有广泛应用于普通低多层住宅、政府主导的公租房、保障房以及新农村建设等领域的潜力。

参考文献：

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