多层住宅结构设计汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇多层住宅结构设计范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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Abstract: with the diversity of the building with, in the structural design of the problems will meet, we will follow in various standards to solve some flexible structure scheme difficulties. This paper discusses the multilayer residence structure design key points of the authors.

Keywords: with; Multistory buildings; Structure design; Indoor combination

中图分类号： TU318文献标识码：A文章编号：

一、多层住宅单元组合

1.1 单元设计的组合层次

单元设计的组合层次一般有三类：即“单元―幢”、“套型―单元―幢”。 “基本间―套型―单元―幢”。“单元―幢”的组合层次简单明了，但可能作出的组合体类型受单元尺寸制约，组合变化的灵活性不如其他两种。“套型一单元―幢”的组合方法是以套型为最小组合单位。同一个套型可以在不同的组合单元中重复出现，因而设计几种套型就可能作出多种组合单元。由于这些单元都是在统一的套型基础上形成的，相互组合的灵活性较多，能形成比较多样的组合体的成套设计。以套为基本单位定型的做法使套与套的界限明确，适于在工业化住宅中采用。“基本间―套型―单元―幢”的组合方法是对户的组成进行再分析，提炼出几种重复的单位即“基本间”。这种方法可以使套型的组成更具规律性，适合在小开间横墙承重的成套住宅设计中采用。这对简化平面参数，减少构件规格十分有利。

1.2 单元组合方式

将若干个单元组合拼接起来就形成一幢住宅。其组合方式可分单向组合和多向组合两

类。单向组合一般可采用平接、错接、转角接等不同的组合方式，在单向组合体中一般设计有尽端单元、中间单元、转角单元。中间单元是标准单元，尽端单元则由于山墙提供了直接采光的外墙而不同于中间单元。就是采取尽端单元与中间单元组合的设计。转角单元是供组台体转变方向组合使用的。它局限性大，而且要增加构配件类型，目前多采用中间单元作转角组合的方法代替复杂的转角单元。沿街布置的住宅，建筑朝向常受到街道走向的限制。为了获得良好的建筑朝向，常进行锯齿形锗接组合，这样不仅满足了朝向要求，而且又变化了建筑体形。这种组合可以用锯齿形单元错接，也可以用平直单元作锯齿形锗落组。多向组合单元的设计要使单元具有几个方向组合的可能性，必须使每个方向可能拼接的部位的尺寸相互协调以适应多向组合的单元平面一般是多肢的。

二、多层住宅结构设计

2.1 多层住宅的户内组合

（1）户内各部分的功能关系。多层住宅户内各部分的组合必须符合功能关系要求，要为家庭提供尽可能好的使用条件，如厨房应尽量靠近户门入口，使带进家里的蔬菜和副食品直接送入厨房，餐室应靠近厨房，便于联系；卧室与分户门之间应有一个过渡空间，避免开门就把卧室一览无余，尤其北方要防止冬季冷风直接吹入卧室；卫生间从使用上看应靠近卧室，但卫生间易使墙面受潮，且水箱噪声和气味也会影响卧室，所以应适当隔离等等。户内组合应满足日照、通风、采光、隔声等基本要求。良好的朝向可以提供良好的日照和通风条件，因此选择合理的朝向是保证住宅能有舒适卫生的居住环境的重要因素。户内气流可以分为清、浊两种，厨房、卫生间的污浊气流应尽量不通过居室，以保证居室微小气候的卫生质量。当气流由南向北时，浊气流对居室无影响；气流由北向南时，则浊气流影响一个居室。组织好穿堂风是炎热地区户内设计的重要内容，为有利于形成穿堂风，应尽量使进风口与出风口相对，使气流通畅。在具体设计中，常常不可能面面俱到，而应综合考虑各种因素，以次要矛盾服从主要矛盾。

（2）户内组合特点。户内组合可分为居室的非套间组合和居室之间相套的套间组合两类，非套间组合能使各房间独立，使用上不会相互干扰。非套间组合一般用走道来组织户内交通。但走道所占交通面积比例较大，不太经济。如将走道适当放宽形成过厅 (一般除满通外还能放下一组餐桌椅)，不但可以组织户内交通，还兼有进餐等起居功能，面积利用率可大大提高，如果过厅内能放下一张单人床，则交通空间将变成兼有交通和居住功能的综合空间―――居住过厅。由于居住过厅除组织交通外，可以进餐，可以会客，还可在必要时设床解决临时留宿问题，等于增加了一个居住空间。因此在近阶段，有无居住过厅成了户型的一种标志。常见的“二室一厅”户型是目前在不可能大幅度提高三室户比例的住宅建设中很受欢迎的一种户型。由于住户的经济地位、人员构成以及生活习惯各不相同，因而对户内的平面布局要求各异；即便是同一住户，不同时期对户内布局的要求也会有所改变。为了满足住户的不同需求，住宅设计中应充分考虑户内组合即空间分限的灵活性和可变性。

2.2 动态型住宅建设方式的设计

近年来，住宅设计中灵活可变性的问题越来越受到人们的重视。各地都在探索一些行之有效的方法。大开间住宅要求板跨较大，在一定程度上受到施工条件的限制，对有些地区不一定适合。有的方案是在小开间结构体系的基础上加以探索。它通过变动户间某一道墙的位置可变化出多种套型，可改变相邻两套的面积和户型，具有一定的适应性，尤其适合商品住宅的需要。根据近年来对商品住宅的调查，绝大多数的买主都是在住宅建设过程中或基本建成后前来商购，他们对面积和户型的需求各异。这个方案设在户间的某一道墙，可以在施工过程中或基本建成后，根据买主的需求确定其位置，由此可变换出 8 种户型。还有一种被称为“支撑体住宅”的设计方法。其特点是由建设单位建成住宅骨架支撑体部分，即设计和建造住宅的“外壳”，其内部让住户根据自己的经济条件和要求进行房间分厢和装修，将半成品住宅变成成品。目的是最大限度地满足居住者的意愿。但这必须要有专门的室内设计和装修单位为之服务，要有性能良好的隔培配件、厨卫设备、门窗系列和住宅内各种配件与之配套，以满足住户的需求。

2.3 多层住宅建筑给排水设计

（1）立管管道敷设。立管管道敷设在管道井内，使厨、卫整洁美观，缺点是占用了厨、卫的面积，但比例不大。在中高档商品房建筑方案设计时应优先考虑这种方式，即可以提高厨、卫的使用质量，又可以降低排水管的水流噪声，提高住房的环境质量；对于厨、卫面积较小的经济适用房和解困房，在南方天气较暖和地区可考虑明装在建筑物外墙阴角处，使空间得到最大利用；在其它地区可考虑明装在厨、卫的墙角处，但应以不影响住户厨、卫的使用为前提。

（2）地漏设置问题。地漏是排水管道系统中的一个重要附件，其作用就是及时排除地

面的积水。在住宅建筑中，一般只在卫生间地面设置地漏，而在厨房中则不设置。因为在实际使用中，厨房地面不会形成积水，如有少量溅水，用拖布即可解决。同时，由于长时间不用，使水分蒸发，破坏水封，管道中臭气进入室内，污染空气。故厨房不设置地漏，避免排水横管进入下层用户。

（3）家用热水器设置问题。住宅设计时应预留安装热水供应设施的条件，或设置热水供应设施。所以在没有集中热水供应的住宅，应考虑家用热水器的安装位置及冷热水管道布置。家用热水器一般有燃气、电、太阳能等三种。燃气热水器和电热水器一般安装在厨房或卫生间内，在建筑给排水设计时应预留出热水器的安装位置和冷热水管道的接口，便于用户装修时安装。太阳能热水器使用简便安全，无需燃料，运行费用低，使用寿命长，无污染，故已被作为一种节能措施，太阳能热水器一般安装在屋顶，这样就需要在卫生间与屋面热水器之间设置冷热水管道，所以在建筑设计时需预留太阳能热水器及冷热水管道的安装位置。

三、结语

住宅设计必须遵循自然辩证法，掌握和运用科学的思维工具去探索建筑与环境的内在自然规律。在建筑设计中要把握系统观，体现科技观，富有创新观，只有这样才能创作出优秀的设计方案。

参考文献

篇（2）

从住宅建筑的发展来看，钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性好、施工污染少、可循环再生、使用率高等一系列优点，发展钢结构住宅可提高住宅的产业化水平和居住功能水准。本文就多层钢构住宅最新发展中的问题进行探讨。

1结构体系选择与结构布置

多层钢结构住宅可以选用的建筑结构体系主要有纯框架体系、框架一支撑体系、交错桁架结构体系等。

1.1框架体系和框架―支撑体系

框架体系是由基础、柱、梁、板结构件组成。框架结构体系平面布置灵活，可提供较大的室内空间，结构各部分刚度均匀，结构有较好的延性，自振周期较长，延性较好;但框架结构的侧向刚度较小，在水平荷载作用下位移较大，易引起非结构构件破坏。在房屋层数较多时，为增加横向抗侧移刚度，同时减小柱子的计算长度，增强稳定性，可采用框架一支撑体系。框架一支撑体系在梁柱框架基础上沿竖向布置抗剪支撑构件，水平剪力主要由腹杆轴力的水平分量承担而不是由柱承受。

多层住宅框架体系和框架一支撑体系的梁柱截面可采用轧制或焊接H形截面、方钢管等，支撑构件多采用角钢或部分T型截面，在7°抗震设防区多层住宅的用钢量多在35~40Kg/m2。在结构平面布置上宜采用大柱网、大开间的结构布置形式，柱距5~8m较常见。框架柱在房屋横向、纵向成列布置、不宜错开太多，若设置支撑构件时，应注意避让门窗洞口或设在无孔口的分户墙中。

1.2交错桁架结构体系

交错桁架结构体系的基本组成是柱子、桁架、梁和板。柱子仅布置在房屋周围，不设中间柱。

桁架跨度等于建筑全宽，高度等于楼层高度，桁架两端支承在柱上，在相邻柱轴线上为上、下层交错布置。而楼板一端支承在桁架的上弦杆，另一端悬挂在相邻桁架的下弦杆。建筑纵向各柱通过连梁连接。建筑水平荷载主要被桁架中斜腹杆轴力的水平分量所平衡，水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层斜撑传至基础。桁架杆件截面可采用角钢、焊接T型、H型或方管截面。柱截面通常采用H型、钢管等。交错桁架结构体系中杆件受力合理，大部分杆件以受轴心力为主，用钢量节约，在7°抗震设防区，其用钢量较框架结构节约10%左右，当建筑横向尺寸较大，这一优势将更明显;桁架结构抗侧移刚度大，位移也较小，柱强轴可布置在纵向，以加大结构纵向侧移刚度。交错桁架结构体系结构布置时注意使一层桁架的斜腹杆落地(与基础梁连接)或通过底层斜撑传至基础，否则结构水平位移过大，难以满足规范要求。还应注意水平、竖向结构布置要做到规则对称。从结构布置上说，交错桁架结构体系可以提供两倍于框架结构体系的更大开间，进深也大大增加。可以提供更大的使用面积。此外，交错桁架结构体系柱子数目较少，所以基础数量较少，能够进一步节约材料。

在设计中采用何种结构体系，应综合考虑多种影响因素。除分析建筑高度、受力特点、合理柱网尺寸等结构因素外，还应该考虑施工的难易程度、用钢量、施工速度、造价、宜改变布置的大空间更适应现代生活等因素的影响。

2节点设计及结构计算

在钢结构住宅体系中，节点的设计相当重要。节点设计不仅应做到传力可靠连接方便，还应该注意节点的受力特征应和计算模型相吻合，这样才能保证结构的安全可靠。按传力特征来分，钢结构节点可分为铰接、刚接和半刚接节点。铰接节点构造简单，在受弯构件中引起跨中弯矩较大，用钢量增多;刚接节点连接可减小跨中弯矩，节约用钢，但构造较复杂。在框架结构多层住宅中，柱多采用H型截面，强轴布置在横向，横向梁柱通常为刚接节点。纵向腹板一般较薄，亦可采用铰接节点。框架―支撑结构中梁柱节点可以是铰接或半刚接。支撑与构件的连接、交错桁架结构中桁架杆件的连接、桁架与柱连接通常设计为铰接节点。交错桁架结构中纵向连梁与柱可设计为刚接。

在刚性连接中，应重视节点域的问题，节点域直接影响到节点的强度、刚度、变形及抗震性能。当节点域验算不满足时，不应该简单的调整构件截面尺寸，这样可能带来用钢量的大量增加，可以考虑采用在柱腹板处贴焊补强板、梁上下翼缘加楔形盖板、狗骨法等方法解决。

多层钢结构住宅设计计算可采用设计单位较普及的STS、MTS、SAP2000、ANSYS等钢结构设计软件。对计算结果要逐一审核，包含周期、位移、应力比等方面，应重视结构设计的优化以节约用钢量。

3围护墙体的选取

为突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅不宜采用传统的“砖”类或其它自重较大的材料。而多采用“板”“块”类墙体。在多层住宅中，可选择加气混凝土砌块、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、蒸压轻质加气混凝土(ALC)板、钢丝网水泥增夹芯板等墙体，ALC板是目前应用较多的一种墙体材料。内墙也可采用纸面石膏板、纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板等。

4楼盖体系

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中图分类号:TU398.2　文献标识码:B　文章编号:1008-0422(2010)04-0122-02

1、引　言

随着我国住宅建筑规模的不断扩大和住宅产业化的发展,建筑功能优于普通框架结构的钢筋混凝土异形柱框架结构应运而生。与传统砖混结构、框架结构相比,异形柱避免了房间边角因采用矩形柱时所产生的棱角突出,从而使房间平整、布置灵活,而且增加了使用面积,体现住宅的经济性。

异形柱指的是除了矩形、圆形以外的截面形式,如T形、十字形、L形等截面形式,它的优点是,柱肢基本与填充墙等厚,使室内不出现柱肢,便于室内灵活布置,又可增加使用面积。异形柱结构受力体系由异形柱或异形柱加剪力墙、框架梁组成,共同承受水平荷载和竖向荷载。目前,国标《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJl49-2006)在总结地方规程的基础上已经正式实施,下面着重对多层建筑采用异形柱结构设计进行分析探讨。

2、异形柱结构的受力机理分析

2.1　承载能力

异形柱的截面形式主要有T形、十字形、L形和Z形(较少采用)等,L形多用于墙转角,T形和十字多用于纵横墙交接处。由于截面的这种特殊性,其墙肢平面内外两个方向的刚度相差较大,各个方向的承载力也有较大差异。

2.2　变形特征

异形柱的肢厚一般为200-250mm,为了获得足够的承载能力,异形柱的肢长一般不会太小,由此会容易造成剪跨比过小,形成短柱。由于肢厚较小,为薄壁构件,剪切中心与截面形心往往不重合,变形以剪切为主,构件的变形能力下降。由于异形柱属于薄壁构件,也会因截面曲率M/日较小,使弯曲变形性能有限,延性较差。

2.3　破坏机理

异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面之外,受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土的协调变形。这种变形协调,使各柱肢内存在比较大的翘曲应力和剪应力。国内外大量的试验资料和理论分析表明,异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等。影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、剪跨比、配筋率以及箍筋间距与纵筋直径D的比值等。

异形柱由于其截面的特殊性及受力性能的复杂性,在设计中必须通过可靠的计算分析和必要的构造措施,来保证其强度和延性。

3、工程实例

湖南某行政单位宿舍楼,地上5层,总建筑面积为15200m2,建筑物总高度自室外地坪箅起为16.78m,宽度12.8m,高宽比为1.31,标准层层高为2.9m。地震设防烈度按6度考虑,抗震等级为3级,场地类别为Ⅲ类,基本风压为0.4kN/m2。平面布置如图1所示。

根据建筑使用功能要求,本工程采用现浇钢筋混凝土异形柱框架结构,在两个方向均有拉结。柱网均在5m以内,局部设置矩形柱,异形框架柱、梁宽均为200mm。砖砌填充墙采用190mm×190mm kMl型多孔砖,内墙采用加气混凝土砌块。

4、多层异形柱框架建筑结构整体分析

4.1　计算原理与参数

PKPM-SATWE采用数值计算原理和迭代方法,将受压区混凝土划分为若干个小单元,利用截面假定确定小单元各点的混凝土和钢筋应变,由混凝土和钢筋的应力应变关系曲线求得混凝土小单元和各根钢筋的应力,建立平衡方程,通过迭代方法求出所需配筋面积。

本工程结构混凝土强度等级采用C30,纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋

(D≤22mm),箍筋采用HRB235级钢筋。由于结构平面不规则性,考虑双向地震作用,地劈作用分析方法采用侧刚分析方法。

4.2　结构自振周期

结构的自振周期,如表1所示。

可以看出,水平地震力方向与坐标轴夹角为0°时,T3/T1=0.88

4.3　轴压比

异形柱不同截面形式的轴压比限值在文献中有详细的规定。表2列出了KZl、KZ3、KZ5、KZ7、I(Z8等有代表性的截面在水平力方向与坐标轴夹角分别为0°和45°时作用下的轴压比。

由于本工程建筑布置的特殊性,异形柱有少量一字形和z形柱,从表2的轴压比值可以看出,L形、T形、+形异形柱在水平力方向与坐标轴夹角为45。时的轴压比值较0°时的轴压比值均大,特别是L形柱,轴压比差值较大,轴压比公式为

μN=N/fcAc　(1)

其中:μN为轴压比;N为考虑地震作用组合的轴向压力设计值;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;Ac为异型柱截面面积。

从式(1)可知,同截面同混凝土标号的异形柱轴压比越大,则上部荷载越大,故本工程异形柱设计中应采用水平力方向与坐标轴夹角为45°时的数据作为依据。文献通过模型分析提出L形等肢异形柱应考虑45°和-45°地震作用方向的计算,这与本文研究得出的结论吻合。

4.4　底层剪力控制

通过异形柱受力机理分析可知,异形柱受力时,柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力,故异形柱受力计算除按轴压比控制进行双偏压计算外,还应计算抗剪应力。

从表3中可以看出,水平力方向与坐标轴夹角为45°时,5种不同形式的异形柱柱底剪力较水平力方向与坐标轴夹角为0°时大,特别是L形截面的异形柱。这与异形柱在不同方向水平力作用下获得的轴压比数值趋势相符。同时应考虑L形柱在45°和-45°地震作用方向的计算。

4.5　层间位移角

结构在水平力方向与坐标轴夹角分别为45°(曲线1)和0°(曲线2)作用下,x和y方向的最大层间位移角,如图2、3所示。从图中可以看出x和y方向下层间位移角均小于等于1/600,满足规范相应要求。曲线1对应楼层n各点层间位移角值均小于曲线2相对应值,说明结构在水平力方向与坐标轴夹

角为45°时抗侧力能力较好。

5、异形柱框架结构设St中的优化措施

5.1　异形柱框架结构设计中的优化措施

从以上分析可以看出,异形柱结构与矩形柱结构在性能上存在较大差异,设计过程中应重点控制和优化对异形柱结构整体性能影响较大的内容,具体如下:

1)调整异形柱平面框架布置形式,使其刚度中心尽量与形心重合,相应调整异形柱柱肢高,使其满足扭转与平动第1周期比T3/T1

2)异形柱的方向性较强,在进行整体计算分析时,应增加45°和-45°风和地震作用方向的计算,保证结构的安全度。

3)Z形柱本文未详细分析,其剪切中心与形心虽然重合,但框架梁往往布置在两翼,不可避免地产生翘曲应力,故设计时,建议将框架分析所得的截面弯矩乘以1.15-1.25的增大系数以考虑翘曲应力的影响。

4)异形柱受力后,柱肢端部会出现较大应力,加上梁作用于柱肢上,应力产生不均匀性。一般越靠肢端,应力越大,对柱肢形成偏心压力,因而在异形柱配筋时,应在肢端设置暗柱,离端部厚度范围内设2φ14的构造钢筋,箍筋同柱,可限制柱肢混凝土裂缝开展,提高异形柱局部抗压、抗剪强度及变形能力。

5.2　异形柱混凝土节点核心区处理措施

由异形柱的截面特性,决定了梁柱节点核心区域面积较小,而梁柱纵筋交汇使得箍筋配置不可能太多。为了满足抗剪承载力的要求,只能提高混凝土的标号,但随之带来的问题是构件变脆,同时与梁板混凝土强度的协调也成问题,有时了为个别柱的需要,而使全部柱的混凝土标号提高,也造成了投资上的浪费。

为了解决这一问题,设计时采用了在节点核心区的柱内加竖向钢板的方法,钢板伸过节点核心区上下一定的长度锚固,按钢板与混凝土协同工作来计算分析,确定钢板的截面尺寸。最终设计的结果是钢板截面尺寸较小,不影响梁柱钢筋的布置,且钢板设置灵活,哪里需要哪里加,从已建成工程使用来看,效果较好。

6、结　语

综上所述,异形柱结构由于具有不出现柱楞,不露梁,并能够增加使用面积等优点,以及民用建筑市场朝着大开间、太空间方向的发展,应用前景将日益广泛。结构设计时应根据其受力特点,充分了解其破坏机理,选用合理的结构形式,正确掌握分析方法,其结构才能有可靠的安全保证。

参考文献:

篇（4）

1 前言

近年来，在我国出现的钢结构住宅建筑形式有：普通钢结构住宅工程、国外引进的冷弯薄壁型钢低层住宅工程，还有自主研发的轻钢框架配套复合保温墙板的低层和多层钢结构住宅工程等等。

对低、多层住宅，目前国内外常用的轻钢结构体系主要有： 冷弯薄壁型钢体系和轻型钢框架体系。冷弯薄壁型钢体系轻钢构件通常由不同厚度的薄钢板冷弯滚压成型，通常截面形状为C型和槽型。轻型钢框架体系一般是指由H型、异形截面的型钢、方（或矩、圆）形钢管组成的纯框架及框架―支撑结构体系，楼板一般采用压型钢板组合楼盖等轻质楼板，并利用墙体在水平力作用下的抗侧力等有利因素，以达到减轻结构自重，节省用钢量的目的。

2 轻钢结构住宅的优势

近百年来，建筑钢材的应用已遍及世界，由于其强度高、塑性韧性好、重量轻等优点，初期主要用于高层建筑和桥梁建筑，随着我国国民经济的日益发展，从1949年的几十万吨到1998年的上亿吨，钢结构在住宅及轻重型钢结构厂房领域的发展极其迅速，越来越多的建设方开始认识到钢结构住宅的优越性，综合起来主要有以下几个方面：

1）钢构件强度高、塑性韧性好、自重轻，在地质条件较差的地区可以大大减少基础造价。

2）制作简便，施工周期短，可以缩短投资资金的占用周期，而且由于其连接特性，易于加固、改建、拆迁，更能保证资金的投资效益。

3）产业化、机械化的生产模式。钢构件制作产业化、相应配套技术可以在工厂完成制作；施工机械化，准确度及精密度更能保证产品质量。

4）从设计理念上讲，相比传统结构，可以更好的实现建筑大开间，适应灵活分隔的要求。

5）轻钢墙体自重轻，保温隔热性能比一般建筑砌体要优越得多，节能效果好；

6）绿色、环保，符合国家可持续性发展的要求。

3 轻型钢结构住宅体系

《轻型钢结构住宅技术规程》（JGJ209-2010）是我国第一部关于钢结构住宅的技术规程，对以轻型钢框架为结构体系，及配套轻质墙体、轻质楼板、屋面建筑系统，层数不超过6层的非抗震设防、抗震设防烈度为6～8度的轻型钢结构住宅的设计、施工及验收提供了标准及依据。

3.1 主要构件设计

轻型钢结构住宅的结构体系根据建筑层数和抗震设防烈度可选用轻钢框架体系，轻型钢框架一支撑体系或冷弯薄壁型钢体系。目前国内在多层钢结构住宅建筑中常采用轻钢框架体系。它的特点是可以做成大开间，充分满足建筑布置上的要求。

轻钢框架体系中，柱子可采用轧制H型钢、高频焊接或普通焊接H型钢、冷轧或热轧成型的钢管或冷弯型钢组合断面（两层以下），也可以采用钢异形柱（如图1）。主粱、次粱一般均采用热轧或焊接H型钢。

图1 钢异形柱

钢结构住宅的大开间设计使得框架柱在两个方向都可能承受较大的弯矩，因此对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱常采用双轴等强的钢管柱。

适用于低层住宅的冷弯薄壁型钢体系为板肋体系，楼面托梁、板肋墙体内的承重与非承重龙骨常采用C型冷弯薄壁型钢。

3.2 梁柱节点设计

轻型钢结构体系的梁柱连接节点，按梁对柱的约束刚度，一般可分为三类：铰接连接、刚性连接、半刚性连接，纯钢框架的梁柱节点由于结构受力特点一般应采用刚性连接。

钢结构梁柱连接的连接方法，主要有焊接连接、高强度螺栓连接和栓焊混合连接，具体讲主要有三种：（1）全焊接型节点，梁翼缘现场坡口全熔透焊缝，腹板现场围焊缝连接，螺栓起定位作用；（2）梁翼缘现场坡口全熔透焊缝、腹板摩擦型高强螺栓连接型节点；（3）全螺栓型节点，梁的翼缘、腹板均采用摩擦型高强螺栓与柱连接。

轻钢框架中常用的钢管柱与 H 型钢梁的刚性连接可采用柱带悬臂梁段式连接、柱横隔板贯通式节点。对小截面的方、矩形钢管柱，在梁柱连接节点处，当不方便加焊内横隔板时，可以采用外套筒式的节点加强方法进行梁柱连接。

梁柱刚性连接节点在设计中，其受力状态应满足：

1）在梁端弯矩和剪力共同作用下承载力满足设计要求。

2）保证梁翼缘与柱连接部位，不能产生局部破坏；并根据柱子截面特性设置相应的加劲肋或水平加劲隔板。

3）由柱翼缘板和水平加劲肋或水平加劲隔板所包围的节点板域，在弯矩和剪力共同作用下，其承载力和变形能力要满足现行国家规范的相应要求。

4）梁柱连接节点在抗震设计或按塑性设计的结构中，需保证梁或柱的端部在形成塑性铰时，该节点具有充分的转动能力。

3.3 楼板及围护结构

轻型钢结构住宅的楼板应采用轻质板材，如钢丝网水泥板、定向刨花板、轻骨料圆孔板、配筋的加气发泡类水泥板等预制板材，也可部分或全部采用现浇轻骨料钢筋混凝土板。对钢丝网水泥板或定向刨花板等轻质薄型楼板与密肋钢梁组合的楼板结构，在计算分析时，应根据实际情况对楼板平面内刚度作出合理 的计算假定。

墙体的材料是节能建筑的关键。根据我国国情，建议轻钢住宅的围护材料采用以普通水泥为主要原料的复合型多功能预制轻质条形板材、轻质块体或轻钢龙骨复合保温墙体等。国外研究证明，由轻钢住宅外墙体所导致的热能耗散（传递），可通过在轻钢龙骨外侧增加保温板来控制，其效率比加厚隔热层要有效得多。围护材料产品的干密度不宜超过800kg/m3，并以条形板为宜，便于施工安装。以保温为主要目的外墙板或屋面板，应选用密度较小的复合保温板材；以隔热为主要目的外墙板或屋面板，应选用密度较大的复合保温板材。

3.4 轻钢住宅的防护

轻型钢框架体系承重钢结构的寿命取决于防腐涂装施工质量，涂层的防护作用程度和防护时间长短取决于涂层质量，而涂层质量受到表面处理（除锈质量）、涂层厚度（涂装道数）、涂料品种、施工质量等因素的影响。在钢结构设计文件中应明确规定钢材除锈等级、除锈方法、防腐涂料（或镀层）名称、及涂（或镀） 层厚度等要求。除锈应采用喷砂或抛丸方法，除锈等级应达到Sa2.5，不得在现场带锈涂装或除锈不彻底涂装。

对于冷弯薄壁型钢体系，其表面镀锌量是一个重要指标，根据结构重要性及年限，规范规定的镀锌量会相应不同。与常用表层涂料防锈不同，冷弯薄壁型钢体系轻钢构件一般通过镀锌或镀铝锌合金以达到防锈的目的。金属表面（镀锌或铝锌合金层）可通过自身氧化来保护钢材施工及使用过程中都不会锈蚀。

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1 多层轻钢住宅的优点

由于我们自己的局限性的结构体系，为封闭的小开间住宅平面布局，不断地适应生活的要求不断变化的模式。与传统的住宅相比，多层住宅建筑具有明显的特点和优势，受到了越来越多人的关注。

（1）外形美观，建筑造型简洁，富有，截面尺寸小，使用的净面积的增加钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

（2）供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

（3）干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

（4）轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

2 结构体系的选择

建筑层数越多，高度越高，则由于风力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。因此，结构体系也就需要不断的发展。目前，多层和小高层钢结构建筑常用的结构体系有以下几种。

（1）框支结构体系。纯框架在风、地震荷载作用下，侧移不符合要求时，可以采用带支撑的框架，即在框架体系中，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接，形成一个支撑芯筒。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构，能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移。

（2）框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间和卫生间）周围设置，就形成框架多筒体结构体系。这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度，成为主要的抗侧力构件，承担大部分水平荷载，钢框架主要承受竖向荷载。

3 主要构件设计

3.1 柱

前已述及，钢结构住宅一般为大开间，框架柱在两个方向都承受较大的弯矩，同时应该考虑强柱弱梁的 要求。而目前广泛使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面，强弱轴惯性矩之比3～10，势必造成材料浪费。因 此对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱是适宜的。对于方钢管混凝土柱，不仅截面受力合理，同时可以提高框架的侧向刚度，防火性能好，而且结构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。因此，尽管平面受力结构中，选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的但总体上，箱形钢管柱尤其是方钢管混凝土柱应得到广泛应用。方钢管混凝土柱将是钢结构住宅发展的 主要方向，但由于缺乏相应的规范、规程，目前在住宅中应用还很少。尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂，不利于工厂制作和现场施工，应加大力度开发研究。

3.2 楼面屋盖结构

楼面和屋盖必须有足够的强度，刚度和稳定性，同时应当尽量减少楼板厚度，增加室内净高。压型钢板-混凝土组合楼盖是目前应用较为广泛的形式。它具有施工速度快，平面刚度大，增加房屋净高的优点。具体做法是在钢梁上铺设压型钢板，再现浇100～150mm混凝土。在钢梁上焊接足够的剪力连接件，使钢梁与混凝土协同工作构成组合楼盖。这种做法耗钢量较大，且需防火处理。可以用预应力钢筋混凝土薄板取代压型钢板。此外，预应力圆孔板、迭合板、组合扁梁也是常用形式。

3.3 支撑和剪力墙形式

多层框架钢结构体系的侧向刚度较弱，随着层数的增加，为了抵抗水平地震作用，减小层间错移，常在墙体内布置垂直支撑，为了方便门窗开洞，支撑形式可以灵活采用，如X型、单斜杆型、K型、M型、W型、V型和人型等。建议多采用偏心支撑，因其在地震作用下具有较好的延性和耗能性能。

剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。钢筋混凝土剪力墙刚度较大，地震时易发生应力集中，导致墙体产生斜向大裂缝而脆性破坏。为避免这种现象，可采用带缝剪力墙。钢板剪力墙是以钢板做成剪力墙结构，与钢框架组合，起到刚性构件的作用。

4 节点设计

在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。

连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。

具体设计主要包括以下内容：

4.1 焊接

对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235，E50对应Q345. Q235与Q345连接时，应该选择低强度的E43，而不是E50.

焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。

4.2 栓接

铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用。

普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。

高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12.常用M16～M30.超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。

自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中，也常用于主结构的连接。

4.3 连接板

可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等。

4.4 梁腹板

应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。

4.5 节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。

4.6 节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。

5 结束语

当前我国钢结构研究已进入一个新阶段，应及时把握其发展趋势，结合我国国情，积极借鉴并吸纳国外成熟技术，注意各专业间的相互配合，促进钢结构住宅产业化发展，相信我国钢结构住宅的发展前景是美好的。

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中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：

1.抗震结构体系的类型

关于多层轻钢住宅结构抗震体系的类型，根据抗侧力结构体系的组成方式划分，有如下几种类型：

1）纯钢框架结构。这种结构在水平作用力之下，有两部分的框架侧移，一是结构倾覆力矩造成柱拉压变形，引起整个结构的弯曲，二是结构剪力造成梁柱受弯之后，引起了部分的侧移。纯钢框结构具有比较好的延性体系，而且平面布置上各个部位的刚度都较为均匀，具有较长的自震周期。如下图1.1所示：

图1.1：纯钢框架结构

2）框架支撑结构体系，荷载力集中于结构的梁柱上，但抗侧的刚度比较小，如果结构的高度较高，结构的抗侧刚度不能满足设计的，而如果结构的梁柱截面设计得太大，又会增加结构设计施工的成本，因此框架支撑结构体系通常都均匀对称布置了支撑构成中心支撑框架结构。如下图1.2所示：

图1.2：框架支撑结构体系

3）伸臂及带状桁架。建筑物越高，其支撑系统的高度和宽度也会随之增大，但抗侧的刚度会明显下降，为了提高结构体系的刚度，可以在建筑物的顶部和中部位置设置伸臂及带状桁架结构，提高建筑结构体系的抗弯能力。如下图1.3所示：

图1.3：伸臂及带状桁架

4）钢框架混凝土剪力墙结构，在钢框架当中设置混凝土剪力墙，布置于住宅的建筑平面中心位置，以提高结构的抗侧力刚度水平。这种结构由钢框架和混凝土两种不同的材料组成，属于混合型的结构。如下图1.4所示：

图1.4：钢框架混凝土剪力墙结构

2.抗震结构体系设计的基本方法

地震的作用具有复杂性，在计算其作用力的时候要尽量简单化，常见的有底部剪力法：

根据结构水平地震作用的规律，确定结构总水平地震作用的分布状态，在计算的时候，需要考虑所有主轴方向的自由度。

总水平地震作用的标准值大小，可用公式2.1计算： （式2.1）

上式中

指的是结构体系的总水平地震作用标准值；

指的是水平地震影响系数；

指的是多层建筑的重力荷载。

当水平地震作用沿结构高度的方向分布，可用公式2.2计算： （式2.2）

上式中

指的是在第i层水平地震作用的标准值；

和分别代表第i层和第j层的计算高度；

和指的是集中在第i层和第j层的重力荷载代表值；

指的是结构顶部附加地震的作用系数。

3.抗震结构体系设计的内容

抗震结构体系的设计内容，可分为钢框架抗侧力体系、钢框架梁柱连接体系两种：

1）钢框架抗侧力体系

钢框架抗侧力体系包括偏心支撑框架、抗弯框架和中心支撑框架三种类型。如下图1.5所示：

图1.5：钢框架抗侧力体系

首先是偏心支撑框架，一端的支撑斜杆和梁连接，偏离梁柱轴线的交接点，另外一端在梁柱的交界处相连接。这种结构，能够在支撑梁和支撑柱之间形成耗能短梁，以消耗地震的能量，适用于地震频发地区的多层房屋。

其次是抗弯框架，组成部分是梁柱，不仅布置灵活，而且不占室内空间。其设计原理是利用梁端的非弹性变形特征，用塑性铰来消耗地震产生的能量，但其抗侧的刚度比较小，如果侧向力太大，需要增加梁柱截面的面积，会增加设计和施工成本。

再次是中心支撑框架，将斜向支撑构件设置于抗弯框架里面，使得支撑面、梁柱的轴心线连接成一体，以支撑承受水平的荷载，这种设计方法侧向刚度比较大，而且不需要使用太多的钢梁就能够抵抗侧向力，适合用于非地震区域的多层房屋设计。

2）钢框架梁柱连接体系

钢框架梁柱连接体系根据连接的刚度，可以分为以下三种，如下图1.6所示：

图1.6：钢框架梁柱连接体系

首先是刚性的连接模式。在设计当中，可以采用全焊连接和栓焊混合连接两种模式，完全熔透对接梁翼缘和柱翼缘的焊缝。

其次是半刚性的连接模式。包括顶底角钢连接、带双腹板角钢的顶底角钢连接、端板连接，将钢板焊接于梁端，然后再与梁腹板、梁翼缘焊接。而T型钢的连接则是在梁上和下翼缘的位置设置T型钢，然后将高强螺栓连接在梁柱上面。

再次是柔性连接模式。连接梁腹板和柱，常见的是承托连接，这种连接方法是在柱翼的承托件上设置梁，然后用小角钢与柱连接于梁端，这样就能控制住梁整体的稳定性。

4.结束语

综上所述，多层轻钢住宅的抗震结构体系，要求具备足够的强度、刚度和延性，是我国目前建筑设计环节的重点所在。我们一方面是提高体系的抗侧移水平，另一方面是确保体系在地震发生时的侧移限值。根据多层轻钢住宅结构体系的受力特点，我们可以找出这种住宅抗震结构体系受力的基本原则。多层轻钢结构的住宅设计抗侧力体系的研究，需要综合结构体系的布置模式、受力变形情况和结构体系的总体特点，通过多方案的比较选择，才能够设计出符合抗震基本要求的住宅结构方式。

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Abstract: a weight-light steel housing is a kind of new building system, it is also the domestic housing research and development direction. But its design method, structural system, structure characteristics, the common economic index is not for designers are familiar with, so a weight-light steel residential demonstration of the building design and construction is to promote the new system is the best way. This paper introduces the structure of the light steel housing system selection, component design, node design, etc.

Keywords: multilayer civil residence, light steel structure, structure system

中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号：

1 多层轻钢住宅的优势

过去我国大量开发的是以小开间砖混结构为主的住宅。这种住宅体系由于使用实心粘土砖，浪费土地资源，建筑物自重大，对抗震不利。另一方面，由于结构体系自身的限制，住宅平面布局多为封闭式的小开间，不能适应不断变化的居住模式的要求。与传统住宅相比，多层轻钢住宅具有明显的特点与优势，日益受到重视。

1.1自重轻，抗震性能好。采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，可以大量节约材料，减轻结构重量，降低基础，运输和安装费用。因此，对地震区，地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。

1.2外形美观，建筑造型简洁，丰富，构件截面尺寸小，净使用面积增加。钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

1.3供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

1.4干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

1.5轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

2 结构体系的选择

结构体系的选择，不仅要从满足建筑的使用功能出发，节约投资考虑，更主要的是取决于建筑的高度，即取决于建筑层数的多少。建筑层数越多，高度越高，则由于风力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。因此，随着建筑层数的不断增加，结构体系也就需要不断的发展。目前，多层和小高层钢结构建筑常用的结构体系有以下几种。

2.1纯框架结构体系

纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，因此不宜建的太高。

2.2框支结构体系

纯框架在风、地震荷载作用下，侧移不符合要求时，可以采用带支撑的框架，即在框架体系中，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接，形成一个支撑芯筒。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构，能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移。

2.3框架剪力墙结构体系

在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间和卫生间）周围设置，就形成框架多筒体结构体系。这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度，成为主要的抗侧力构件，承担大部分水平荷载，钢框架主要承受竖向荷载。

3 钢结构住宅主要构件设计

3.1楼面屋盖结构

楼面和屋盖必须有足够的强度，刚度和稳定性，同时应当尽量减少楼板厚度，增加室内净高。压型钢板－混凝土组合楼盖是目前应用较为广泛的形式。它具有施工速度快，平面刚度大，增加房屋净高的优点。具体做法是在钢梁上铺设压型钢板，再现浇100～150mm混凝土。在钢梁上焊接足够的剪力连接件，使钢梁与混凝土协同工作构成组合楼盖。这种做法耗钢量较大，且需防火处理。可以用预应力钢筋混凝土薄板取代压型钢板。此外，预应力圆孔板、迭合板、组合扁梁也是常用形式。

3.2支撑和剪力墙形式

多层框架钢结构体系的侧向刚度较弱，随着层数的增加，为了抵抗水平地震作用，减小层间错移，常在墙体内布置垂直支撑，为了方便门窗开洞，支撑形式可以灵活采用，如X型、单斜杆型、K型、M型、W型、V型和人型等。建议多采用偏心支撑，因其在地震作用下具有较好的延性和耗能性能。

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1. 轻钢住宅在我国的发展

我国轻型钢结构经过20多年的发展历史，虽然起步并不晚，主要由于经济与技术的原因使得多层轻钢住宅的发展受到制约。国内最早出现的轻钢结构住宅是94年11月建于上海浦东北蔡的8层钢结构住宅，采用冷弯成型的矩形钢管混凝土柱和U型冷弯型钢组合梁组成框架。其特点是采用稻草板作外墙和楼板的组件，单位面积用钢量34kg/m2。

天津经济开发区太平村是我国住宅产业化的探索基地之一，来自中国，日本，美国，加拿大等15个国家和地区的95名参展商展示了各自的产品，其中钢结构住宅均采用框架结构。楼板及墙体、屋顶均采用复合结构，工厂预制，现场安装，缩短了施工工期。

长沙远大集团建造的8层钢结构公寓，称之为集成化建筑。该建筑装有中央空调一体化机组，整体浴室，“五表”远传系统等现代化设备。室内设计考究，体现了钢结构住宅的风格和质量，表明了钢结构住宅的良好发展前景。表1为若干轻钢住宅经济技术指标。

当前，国家将住宅产业作为国民经济新的经济增长点。为居民提供高质量的符合市场需求的商品化住宅成为必然趋势。国家鼓励发展

表1 轻钢住宅经济技术指标

工程名称 马钢住宅试验楼 北京西三旗水电工程宿舍 涿州中铁紫荆关钢结构公司试验楼保定太行集团轻钢住宅示范楼

结构体系 12层框架－支撑体系 6层框剪体系 6层钢框架－砼核心筒体系 空间框架结构

结构型式 热轧H型钢 H型钢，压型钢板组合楼板焊接工型梁柱 H形柱，工形梁

用钢量(kN/m2) 52 63 46 52

单位造价（元） 1100 1100 1200 900

“新型建筑体系”，已将其列入优先发展的高新技术领域中。国务院1999年颁发的72号文件

提出要发展钢结构住宅产业，在沿海大城市限期停止使用粘土砖。建设部标准定额研究司正在编制与修改与多层钢结构房屋密切相关的技术规程。建设部科技司在今年上半年分别召开了“钢结构住宅产业化技术导则编制研讨会”和“钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题立项评审会”。通过了18个包括钢结构住宅建筑体系及其关键和试点工程的立项。国家政策为钢结构住宅开发创造了条件，钢结构产业化住宅有望在最近取得突破性进展。

2. 多层轻钢住宅的优势

过去我国大量开发的是以小开间砖混结构为主的住宅。这种住宅体系由于使用实心粘土砖，浪费土地资源，建筑物自重大，对抗震不利。另一方面，由于结构体系自身的限制，住宅平面布局多为封闭式的小开间，不能适应不断变化的居住模式的要求。与传统住宅相比，多层轻钢住宅具有明显的特点与优势，日益受到重视。

(1)自重轻，抗震性能好。采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，可以大量节约材料，减轻结构重量，降低基础，运输和安装费用。因此，对地震区，地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。

(2)外形美观，建筑造型简洁，丰富，构件截面尺寸小，净使用面积增加。钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

(3)供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

(4)干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

(5)轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

3.多层轻钢住宅的体系与结构特点

3.1抗侧力结构体系

主要应用于多层轻钢住宅的体系可分为：纯钢框架体系，框架－支撑体系，钢框架－混凝土剪力墙体系，周围抗侧力体系等。

(1)纯框架体系常用于4～8层住宅。它主要由宽翼缘的H型或箱形柱和工字型梁组成，亦可采用热轧H型钢。这种体系具有较为灵活的空间布局，但侧向刚度较弱。相对于框架－支撑体系，用钢量较大。纯框架体系多采用双向刚接，这样可以加大结构自身的侧移刚度，减少抗侧移构件内力，加强耗能机制，提高建筑物的延性。但节点形式较为复杂。由于建筑美观的要求，端板连接不宜于多层轻钢住宅。

(2)框架－支撑体系主要由焊接工字型梁柱组成。多数情况下，这种体系为横向承重。梁柱节点在横向上，为刚接；纵向为铰接。因此，结构在纵向相当于排架，抗侧移刚度很低，需设置侧向支撑抵抗水平荷载，限制结构的水平变形。支撑可用槽钢，角钢或圆钢杆，具体形式可结合建筑立面或门窗洞口需要采用单斜杆、X型、K型或偏心支撑。单斜杆简单明快，但必须设置两组不同倾斜支撑，以保证结构在两个方向具有同样抗侧力能力。X型支撑具有很好的侧向刚度，但是交叉点处的细部构造比较复杂。偏心支撑具有非常好的抗震耗能效果。它的工作原理是：在中、小地震作用下，支撑提供主要的抗侧力刚度，与中心支撑相似；在大地震作用下，保证支撑不发生受压屈曲，而让耗能梁段屈服消耗能量。它是专为抗震设计提供的支撑形式。

(3)框架－钢筋混凝土剪力墙（筒）体系。用钢筋混凝土剪力墙部分或全部代替钢支撑，就形成了框架－钢筋混凝土剪力墙（筒）体系。它适用于小高层住宅。一般将楼梯或电梯间设计成钢筋混凝土墙（筒）。这样即有效的加强了建筑物的侧向刚度，又解决了楼梯间的防火问题。如果结构刚心偏移过大，出现扭转的问题，可在适当部位设置钢支撑。

(4)周围抗侧力体系。这种体系在欧美国家的商业和民用建筑中十分流行。它的特点是刚架柱强轴与其相交的建筑轴线垂直，形成外筒，抵抗水平荷载，将之传递到基础。它适用于建筑外型接近于正方型的结构。可以将这种思路应用到框架－支撑体系中。把纵向的支撑去掉，将原有位置的刚架柱扭转90度，梁柱由铰接变为刚接。这样，刚架柱同时起到抗风柱与竖向支撑的作用。

对于多层轻钢民用住宅体系的选择，不必拘泥于某一种特定的体系。可以根据建筑平面设计的要求，灵活处理，综合使用不同的抗侧力体系。

3.2 楼面屋盖结构

楼面和屋盖必须有足够的强度，刚度和稳定性，同时应当尽量减少楼板厚度，增加室内净高。压型钢板－混凝土组合楼盖是目前应用较为广泛的形式。它具有施工速度快，平面刚度大，增加房屋净高的优点。具体做法是在钢梁上铺设压型钢板，再现浇100～150mm混凝土。在钢梁上焊接足够的剪力连接件，使钢梁与混凝土协同工作构成组合楼盖。这种做法耗钢量较大，且需防火处理。可以用预应力钢筋混凝土薄板取代压型钢板。此外，预应力圆孔板、迭合板、组合扁梁也是常用形式。

3.3 墙体结构

各种轻质墙体材料以其良好的保温、隔热、隔声性能受到开发商的青睐。目前，墙体主要分为自承重式和非自承重式。自承重墙体主要包括用于外围护结构的加气混凝土块、太空板、轻钢龙骨加强板等，以及用于内墙的轻混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。外挂的非自承重式墙体材料主要有彩色压型钢板、彩色压型钢夹芯板、玻璃纤维增强外墙板等。采用非自承重式墙体材料，需设置墙梁用以悬挂外围护结构。门窗洞口上下要布置。墙梁多采用C或Z型冷弯薄壁型钢，尺寸取决于跨度（刚架间距）和墙距（板跨）。

3.4 多层轻钢住宅的防火

钢材属于不耐火材料，温度为400 °C时，钢材的屈服强度将降为常温的一半，温度达到600 °C时，钢材基本丧失全部强度和刚度。所以，钢结构不仅要进行结构的抗火设计，还要采用防火措施保护。目前常用的防火措施有以下四种方法(1)防火涂料法。将具有一定厚度的防火涂料直接喷在钢结构构件上。防火涂料主要两类：涂层8～50mm，粒状表面，密度较小，耐火极限1～3h的为厚涂型防火隔热材料；涂层3～7mm，遇火膨胀增厚，耐火极限0.15～2h的为薄涂型防火隔热材料。喷涂法造价较低，操作简便，施工速度快，但是构件表面不平整，影响美观。（2）隔离法。将防火材料或防火砖沿构件的外围，将构件包裹，与外界隔离。这种方法美观，无污染，但施工速度较慢，适用于外露的构件。（3）实心包裹法。将钢构件浇注到混凝土中。（4）膨胀漆覆盖法。将具有一定厚度的膨胀漆喷涂、抹、刷在经过处理的构件表面。抗火极限最高达2h。覆盖法施工容易，但不适用于潮湿的环境，仅适用于干燥的室内。

4. 工程实例

4.1 工程背景介绍

某示范楼建筑面积4665m2，5层纯钢框架结构，长67m，宽13.5m，层高3m。焊接工字形梁，纵横双向刚接H形柱。楼面活荷载为2.0kN/m2，屋面活荷载0.3kN/m2，轻型屋面恒荷载0.3kN/m2；基本风压0.25 kN/m2；设计地震烈度为7度，Ⅱ类场地。屋面为冷弯薄壁C型檩条铺双层镀锌压型钢板夹100mm厚保温棉屋面系统，外墙采用200mm厚陶粒混凝土空心砌体墙，分户墙为180mm厚菱镁土板，户内隔墙为90mm厚菱镁土板。条型基础，柱与基础为刚接。

示范楼共有四个居住单元，两种建筑平面布置形式，建筑面积分别为143 M2，102 M2。一单元为大两室两厅，二、三、四单元为小两室两厅。一单元的大客厅使用了组合扁梁，从而实现了梁与楼盖的一体化，减少了结构层高。对于正常极限状态下的组合扁梁，将钢和混凝土两种材料组成的组合梁截面换算成同一种材料的截面，再按照弹性理论计算。为了楼板的放置，扁梁的下翼缘一般较宽，需验算施工时产生的偏心荷载。为了减少设计工作量，通常把扭矩简化为已对大小相等、方向相反的力分别作用于扁梁的上下翼缘。详细分析方法见文献。

4.2 计算方法与基本要求

对于多层轻钢住宅，尽管采用单向板，但由于纵横向均有墙体荷载分布，宜采用三维空间计算模型。本工程采用的是普通楼板，不考虑楼盖对钢架梁刚度增大的作用，忽略楼板的空间联系作用，空间模型为纯框架结构。计算分析是采用有限元分析软件ANSYS完成。在结构计算中采用三维梁单元，质量单元计算结构自振周期以及静力分析。

相对于工业建筑而言，多层民用建筑的荷载工况简单明了。主要考虑以下三种工况：

工况一：1.2×恒载标准值＋1.4×活荷载标准值

工况二： 1.2×恒载标准值＋0.85×1.4×（风荷载＋活荷载）标准值

工况三：1.2×重力代表值＋1.3×水平地震作用标准值

对于多层轻钢住宅地震荷载计算，由于楼层较低，结构布置对称，采用底部剪力法就可满足要求。

多层轻钢住宅侧向位移具体要求如下:

(1)在风荷载作用下的顶点水平位移与总高度之比不宜大于1/500。

(2)层间相对位移与层高之比不宜大于1/400。

(3)在常遇地震作用下，层间侧移不超过楼层高度1/250。

对于多层轻钢住宅，还要满足刚架柱构件稳定性与钢框架的整体稳定性要求。

表2 两种方案（空间模型）比较

柱截面（mm） 柱用钢量(t) 单位用量（kg/m2）纵向主自振周期(s) 地震作用下纵向最大层间位移 横向主自振周期（s） 地震作用下横向最大层间位移(mm)

方案一 300x300x12x8 92.91 51.96 1.657 1/426 1.232 1/633

方案二 300x300x10x10 114.55 57.46 1.140 1/700 1.231 1/632

方案比较 节省19％ 节省9.6％ 基本相同

4.3 计算分析

由于活荷载与基本风压较小，所以工况三为控制工况。计算设计时将两种方案进行了比较，不改变刚架梁的截面形式，只对刚架柱进行改动。方案一，刚架柱为工字形；方案二，刚架柱为箱形。表2给出两种方案空间模型的主要计算结果，可得到以下结论：

(1)两种方案的刚架柱在强轴方向惯性矩相同，即在横向结构的刚度相同，因此横向主自振周期以及地震作用下横向最大层间位移基本一致。

(2)本工程长宽比5，纵横双向刚接，因此对于方案一，当横向侧向刚度满足要求时，纵向刚度也能达到要求。

(3)在满足规范要求的前提下，方案一节约钢材用量，单位面积用钢量减少约10％，经济性好。因此，在设计中选择了工字形刚架柱。表3示范楼主要构件尺寸及其用钢量。但是由于轻钢体系刚架柱的腹板很薄，为了防止局部失稳引起的结构失效，刚架柱宜在纵向梁柱刚接处做成局部箱形柱。

表3 示范楼主要构件尺寸及其用钢量

截面尺寸（mm） 用钢量(t) 比例（％）

刚架柱（GJZ） I300x300x12x8 92.91 38.3

刚架梁（GJL） I400x180x8x6 78.52 38.4

扁梁（BL） I280x140x16x10x210 10.86 4.48

次梁1（CL1） I300x180x8x6 9.14 3.77

屋面梁 I300x160x8x6 10.56 4.36

篇（9）

中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：

剪力墙分为平面剪力墙和筒体剪力墙。平面剪力墙用于钢筋混凝土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系中。为增加结构的刚度、强度及抗倒塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，整体性好。筒体剪力墙用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中 ，由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成，筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体，其刚度和强度较平面剪力墙高可承受较大的水平荷载。此两类剪力墙比较复杂，最好采用有限元法借助于计算机进行计算。其计算判断过程是由整体参数来判断的有关计算方法有那些注意的问题,希望大家展开讨论.

还有个比较重要而且需要进一步理解的概念是:协同工作原理 基本的原理是这样的:框架结构和剪力墙结构，两种结构体系在水平荷载下的变形规律是完全不相同的。框架的侧移曲线是剪切型，曲线凹向原始位置；而剪力墙的侧移曲线是弯曲型，曲线凸向原始位置。在框架—剪力墙（以下简称框-剪）结构中，由于楼盖在自身平面内刚度很大，在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同。这使得框—剪结构的侧移曲线既不是剪切型，也不是弯曲型，而是一种弯、剪混合型，简称弯剪型。在结构底部，框架将把剪力墙向右拉；在结构顶部，框架将把剪力墙向左推。因而，框—剪结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些，比纯剪力墙结构的侧移要大一些；其顶部侧移则正好相反。框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时，二者之间为保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。

一、 框架抗震等级和机构高度的调整

抗震设计的细长框架—剪力墙结构，在基本振型地震作用下，其框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，框架部分的抗震等级应按纯框架结构采用，柱轴压比限值宜按框架结构的规定采用；其最大适灾高度和高宽比限值可比纯框架结构适当增加。

目前不论手算近似方法还是计算机方法，一般均采用了楼板平面内刚度无限大的假定，即认为楼板是平面内不变形的。在框—剪结构中，剪力墙的间距较大，实际上楼板是会变形的。在水平作用下，剪力墙部位水平位移较小；而在框架部位由于框架的刚度较小，楼板位移较大，相应地框架的实际水平力比计算值大。

更重要的是，剪力墙刚度较大，承受了大部分水平力，在地震力作用下，剪力墙会首先开裂，刚度下降，从而使部分地震力向框架转移，框架承受地震力会增加。此外，框架是框—剪结构抵抗地震作用的第二道防线，有必要提高其设计地震力，以使强度有更大的储备。

因此，在地震力作用下，框—剪结构中框架的剪力标准值应适当调整，

在钢筋混凝土中不使用垫块，将无法保证钢筋位置达到设计要求，严重时会出现钢筋笼歪斜、钢筋保护层大小不一、钢筋外露等严重质量缺陷，大大降低构件承载能力，严重影响施工质量。在剪力墙浇筑过程中，为防止钢筋移位，最好的办法是使用对拉螺栓，螺栓在模板内和钢筋焊接固定，在外由模板横向牵扯，既固定了钢筋又固定了模板，是最完善的方式，完全能替代垫块的作用。其实，对拉螺栓在建筑工程中非常常见，如果有人注意观察，如混凝土水池等结构的内外壁上有些钢筋露头，最后完工后会被割除，然后在其位置涂抹沥青漆防腐，这些就是对拉螺栓的痕迹。

二、 剪力墙的机构布置

1．平面布置。剪力墙结构中全部竖向荷载和水平力都由钢筋混凝土墙承受，所以剪力墙应沿平面主要轴线方向布置。

（1）矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；

（2）三角形及Y形平面可沿三个方向布置；

（3）正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。

单片剪力墙的长度不宜过大：

（1）长度很大的剪力墙，刚度很大将使结构的周期过短，地震力太大不经济；

（2）剪力墙以处于受弯工作状态时，才能有足够的延性，故剪力墙应当是高细的，如果剪力墙太长时，将形成低宽剪力墙，就会由受剪破坏，剪力墙呈脆性，不利于抗震。故同一轴线上的连续剪力墙过长时，应用楼板或小连梁分成若干个墙段，每个墙段的高宽比应不小于2。

2．每个墙段可以是单片墙，小开口墙或联肢墙。每个墙肢的宽度不宜大于8.0m，以保证墙肢是由受弯承载力控制，和充分发挥竖向分布筋的作用。内力计算时，墙段之间的楼板或弱连梁不考虑其作用，每个墙段作为一片独立剪力墙计算。

2.1边缘构件的设置

一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件。对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7%，一般部位0.5%。对于短肢剪力墙，控制配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。

(1)考虑梁约束作用时，结构刚度特征值 增大，自振周期T1减小，地震力增大，因而总底部剪力增大；剪力墙承担的剪力加大，但除底层外，墙弯矩反而有所减小；框架承担的剪力减小；建筑物顶点位移减小，但层间位移加大。

（2)在求得总剪力墙、总框架、总连梁内力以后，常根据各构件刚度进行第二步分配，计算构件控制断面的内力。

篇（10）

工程概况：

以某住宅小区为例，建造在斜山坡地带。占地面积约18000m2，总建筑面积约20000m2，小区内拟建5幢6+1层砖混住宅建筑。根据原地形的特点和场地工程地质条件，本着尽可能少挖土方、降低造价的原则。5幢建筑物顺山坡地形布局，将原斜山坡修整为七个台阶地，每个台阶地高差2．7 m。按照设计总体要求，5幢建筑物均采用跌落法的建筑设计手法。即将台阶地间的高差设于两个单元之间的横墙处（图1）。由工程地质勘察报告揭示的场地土层分布自上而下依次为：冲填土，粉质粘土和全风化泥岩。

一、边坡稳定性分析与处理

在斜山坡上兴建多层砖混住宅建筑，除了有位于建筑物边缘以外的室外边坡外，还有因台阶开挖形成的位于建筑物下部的边坡。位于建筑物边缘以外的室外边坡可按常规方法设计处理。但当边坡位于建筑物下部时，这种边坡已不是独立的土质边坡，而是与建筑物相关联的边坡，其建筑物的上部荷载和基础形式将对边坡的稳定性产生重要的影响。本文着重阐述这类位于建筑物下部边坡的稳定问题。在进行该类工程的结构设计时，场地的稳定性主要包括三个方面：场地的整体稳定性、台阶处边坡及挡土墙的稳定性和基础的稳定性。

1．1 整体稳定性

该小区建筑场地为山区地貌，建筑场地位于江南隆起的东南缘与华南活动带的拼贴复合部位，场地内无较大的区域性构造通过，建筑场地范围内各层岩土体较稳定，未发现溶洞、土洞等不良地质作用．场地稳定。但经人工开挖平整后，破坏了原有的平衡状态，建筑物荷载作用亦会对场地的稳定产生一定的影响。结构设计时，应对场地的整体稳定性进行分析、计算。

1．2 局部稳定性

(1)场地开挖形成的多级临空台阶破坏了原有场地的稳定平衡状态。台阶的开挖、填筑和堆载也可对边坡的稳定产生一定的影响。开挖边坡使坡体内土的初始应力状态改变，坡脚附近出现应力集中带，坡顶和坡面的一些部位可能出现张拉应力区，导致边坡失稳。

(2)场地内建筑物下部的临空台阶在建筑物的上部荷载作用下具备坍塌条件。建筑物对坡体的稳定性影响主要取决于通过基础传到坡体内的荷载，这些传到坡体内的建筑荷载作用在滑动土体上，增加了滑动土体的下滑力，对边坡稳定产生一定的影响。斜山坡地建筑荷载是不能忽视的影响因素。

(3)基础回填土未经压实固结处理可能造成的固结沉降；堆填土在雨水或施工用水渗入软化后可能导致边坡局部失稳。

1．3 基础稳定性

基础的稳定性强说明地基承载力可靠，不产生过大的不均匀沉降及倾斜，满足建筑物正常使用极限状态的要求。

1．4 建筑物下部边坡稳定的作用力分析

在分析建筑物下部的边坡稳定时，需考虑上部建筑荷载及基础形式对边坡稳定的影响。作用于斜山坡地建筑物下部土体上的作用力除了土体自重外，还包括建筑物通过基础传到坡体内的荷载。

建筑物通过基础传到坡体内的荷载包括水平荷载、竖向荷载和弯矩三项。水平荷载指向坡体内时，对边坡稳定性有利，指向坡体外部时，则是不利荷载。水平荷载作用可由风荷载或地震作用产生；竖向荷载如结构自重、使用荷载、雪荷载等；弯矩对边坡的稳定性影响不大，可忽略。

建筑物通过基础传到坡体内的荷载对边坡稳定的影响与基础形式有关，当建筑物采用浅基础时，由于基础埋深较浅，通过基础传到坡体内的荷载大部分会作用在滑动土体上，增大了山坡土体向下的滑动力，容易使坡体失稳或产生滑坡。

1．5 建筑物下部边坡稳定的处理方法

在进行斜山坡地多层砖混住宅建筑的结构设计时，上述三个方面的稳定问题相互关联，必须根据具体情况统一协调处理。

根据本工程上部建筑特点和地质条件的情况，本工程采用砖砌条形浅基础，为了保证建筑物下部的边坡稳定，基础设计时，采用了放台阶的做法，即以台阶处的基础底标高为基准，沿纵墙放台阶过渡（图2），横墙基础底标高同相交处纵墙的基底标高，这样可使相交的纵横墙基础底在同一标高，增强了建筑物基础的整体性，既对台阶处土坡整体稳定性有利。也减小了土坡处的土压力，有利于台阶处土体的局部稳定。

图2 横横基础埋深变化示意

在台阶高差处利用横墙基础设置室内挡土墙。因砖混住宅建筑的横墙间距较小，台阶临空处室内挡土墙的设计受建筑墙的限制，设计时要考虑建筑物与挡土墙间的相互影响。如单独另设室内挡土墙不太合适，设计时可将两个单元之间位于台阶高差处的横墙基础适当做大，大放脚以上的墙体兼作室内挡土墙，其厚度按计算确定。挡土墙内适当增设同墙厚的钢筋混凝土扶壁柱，扶壁柱与墙体沿竖向每500mm高设4Φ6钢筋与墙体拉结。在挡土墙底部和顶部各设一道钢筋混凝土圈梁，圈梁分别与两侧同标高的纵向圈梁相连，以增强挡土墙的整体稳定性。在进行该类挡土墙设计时须注意以下几点：

(1)结构设计时将横墙基础与室内挡土墙共同考虑，由于该横墙基础与相邻两侧的基础以及上部结构连接成为一个整体，要求墙体保持刚性，没有偏转与平移，故该挡土墙结构须保持静止，不可发生侧向位移，此时墙后的土压力宜按静止土压力计算；

(2)挡土墙荷载计算时应计入作用在土体上的建筑荷载；

(3)由于建筑物下部的室内挡土墙与横墙基础共同考虑．且与相邻两侧的基础以及上部结构连接成为一个整体，该挡土墙的计算简图不同于普通挡土墙，其计算简图可简化为上下端铰接的构件（图3）。

图2 横横基础埋深变化示意

在台阶高差处利用横墙基础设置室内挡土墙。因砖混住宅建筑的横墙间距较小，台阶临空处室内挡土墙的设计受建筑墙的限制，设计时要考虑建筑物与挡土墙间的相互影响。如单独另设室内挡土墙不太合适，设计时可将两个单元之间位于台阶高差处的横墙基础适当做大，大放脚以上的墙体兼作室内挡土墙，其厚度按计算确定。挡土墙内适当增设同墙厚的钢筋混凝土扶壁柱，扶壁柱与墙体沿竖向每500mm高设4Φ6钢筋与墙体拉结。在挡土墙底部和顶部各设一道钢筋混凝土圈梁，圈梁分别与两侧同标高的纵向圈梁相连，以增强挡土墙的整体稳定性。在进行该类挡土墙设计时须注意以下几点：

(1)结构设计时将横墙基础与室内挡土墙共同考虑，由于该横墙基础与相邻两侧的基础以及上部结构连接成为一个整体，要求墙体保持刚性，没有偏转与平移，故该挡土墙结构须保持静止，不可发生侧向位移，此时墙后的土压力宜按静止土压力计算；