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钢结构体系在建筑住宅工程中的应用分析

摘要：高层钢结构住宅建筑有多种结构体系，不同体系有其不同的特点,适
用于不同情况。通过理论分析可以看出钢框架支撑结构体系的抗侧力性能明显好
于纯钢框架结构体系。因此钢框架支撑结构体系是一种比较理想的抗震结构体系,
是高层住宅钢结构的优选结构体系。

关键词：高层住宅；钢结构；结构体系

1多高层钢结构住宅的结构体系

多高层住宅建筑的钢结构体系与传统的砖混结构体系、混凝土结构体系
有很大的不同，它主要由承重钢结构体系、楼面结构体系和围护结构体系等组成。

1.1承重钢结构体系

1.1.1体系的分类

1）钢框架（梁柱包括异型柱）结构体系

其特点是受力明确，平面布置灵活，为建筑提供较大的室内空间，且结
构各部分刚度比较均匀，具有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏
感，抗震性能好，结构简单，构件易于标准化、定型化，施工速度快.但框架结
构属典型的柔性结构体系，其侧向刚度差，易引起非结构构件的破坏。

2）钢框架—支撑结构体系

为了提高钢框架的侧向刚度，有效地抵抗水平荷载，减少层间位移，通
常在墙体平面内布置由角钢或槽钢构成的垂直支撑体系，当房屋较高时，较纯框
架经济。支撑设置的位置要合适，为了与建筑设计相协调，一般布置在窗台下至
下层窗顶之间，既隐蔽又能满足支撑体系的需求。

考虑到门窗的布置，可采用W形、X形、K形、人字形和门式等形式。
支撑与框架铰接，按拉杆或压杆设计。设计时可根据建筑物高度及水平力作用情
况调整支撑的数量、形式和刚度。为了有效地提高钢框架的侧向刚度，支撑应沿
建筑物同一平面四周环向封闭布置，以形成一个封闭的加强箍。偏心支撑在地
震作用下具有较好的延性和耗能性能，可在强震区采用。

3）新型抗侧力体系

包括钢框架—抗剪桁架结构体系，结合电梯井、管道井或楼梯间墙体的
布置而形成的钢框架—混凝土核芯筒（剪力墙）结构体系和钢框架—抗剪钢板剪
力墙结构体系等。

使钢框架主要承担竖向荷载，而钢框架与抗剪桁架、剪力墙协同工作承
担水平荷载，以确保结构水平位移控制在规范允许值内。抗侧力构件可为抗剪桁
架、混凝土核芯筒（剪力墙）或抗剪钢板剪力墙。设计时可根据建筑物高度及水
平力作用情况采用不同的抗侧力体系。

4）交错桁架结构体系

由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，
在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相
邻桁架的下弦。由于两开间布置一榀桁架，且中间无柱子，所以非常适合要求各
单元灵活布置的住宅、旅馆建筑。

同时，因为桁架隔层布置，减小了桁架弦杆引起的局部弯矩，使柱在框
架平面内的弯矩很小，主要受轴力，有利于减小柱的断面尺寸，框架的横向刚度
大，侧向位移小。

5）钢框架-核心筒体系

该体系是以卫生间(或楼、电梯间)组成四周封闭的现浇钢筋混凝土核心
筒,与热扎H型钢框架结合成组合结构。钢框架2核心筒体系的受力特性与钢筋
混凝土的框剪结构体系相似。其特点是结构受力分工明确,核心筒抗侧移刚度极
强,主要承担水平荷载(占结构抗侧移总刚度的90%以上)；钢框架主要承担竖向
荷载,可以减小钢构件的截面尺寸,国内已有较多的应用经验。

6）钢框架-剪力墙结构体系

钢框架-剪力墙结构体系在我国的应用最为普遍,钢框架剪力墙结构体系
是在原有框架基础上,为了增加结构的侧向刚度,防止侧向位移过大,按照整体刚
度均匀的原则,设立剪力墙或核心筒来抵抗水平荷载的作用。

该体系是以楼梯间或其它适当部位(如分户墙)采用现浇钢筋混凝土剪
力墙,作为结构主要抗侧力体系,框架部分主要承担竖向荷载。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。常用的剪力墙体系有:钢板剪力
墙、内藏钢板支撑剪力墙和带竖缝混凝土剪力墙等。

1.1.2适用范围

1）3层及以下的低层住宅：①轻型钢框架结构体系；②冷弯薄壁型钢密
排柱（轻钢龙骨，C形或Z形檩条）结构体系。

2）4～6层多层住宅：①钢框架结构体系；②钢框架—支撑结构体系；
③钢框架—混凝土剪力墙结构体系。

3）7～12层中高层住宅：①钢框架—支撑结构体系；②钢框架—混凝土
核芯筒结构体系。

4）13～30层高层住宅：①钢框架—支撑结构体系（宜采用偏心耗能支
撑）；②钢框架—抗剪桁架结构体系；③钢框架—混凝土核芯筒结构体系；④钢
框架—带竖缝预制混凝土剪力墙结构体系（含其他各种延性剪力墙板）；⑤钢框
架—抗剪钢板剪力墙结构体系；⑥错列桁架结构体系。

1.1.3设计原则

承重钢结构体系的结构设计宜遵循强柱弱梁、强节点弱构件的一般设计
原则，在具体设计时，若较难满足强柱弱梁的设计公式，则满足轴压比要求也可。
框架主梁的材料一般可选用热轧或高频焊接H型钢，次梁