1 概況
80年代以來(lái)，空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)普遍在飛機(jī)庫(kù)、侯機(jī)摟、體育場(chǎng)館等高、空、大(高度、空間、跨度)建筑物中使用；幕墻建筑和節(jié)能門窗在大型公建和民用住宅中廣泛采用；改革開放以來(lái)發(fā)展起來(lái)的高層鋼結(jié)構(gòu)(包括鋼骨混凝土結(jié)構(gòu))，大量進(jìn)入民用建筑領(lǐng)域，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑，在技術(shù)上更加成熟，在質(zhì)量上更加穩(wěn)定。
由于鋼結(jié)構(gòu)住宅具有以下優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)自重輕。比磚混結(jié)構(gòu)輕30%，比混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)輕20%；②耐震性能好。鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可以吸收部分地震能量；③施工速度快。和混合結(jié)構(gòu)相比，工期可縮短一倍；④工業(yè)化程度高。便于形成標(biāo)準(zhǔn)化建筑體系，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件工廠化和施工機(jī)械化。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅具備廣闊的前景。
鋼結(jié)構(gòu)屬于框架結(jié)構(gòu)，以鋼框架和鋼筋混凝土框架做比較：在跨度相同情況下，鋼梁高度是鋼筋混凝土梁高度的一半。在承載力相同的情況下，鋼柱外圍面積是鋼筋混凝土面積的1/4。這使“肥梁胖柱”的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的弊端在一定程度上有所緩解，但是“藏梁包柱”仍然是鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容。
去年，我們接受了北京市建委下達(dá)的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系研究項(xiàng)目，并列人建設(shè)部科技攻關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)試點(diǎn)工程，探索鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化道路。試點(diǎn)工程位于北京東郊十里堡晨光家園，長(zhǎng)72m、寬13m，地下一層、地上九層，總建筑面積11280m2，一梯兩戶，開間3.3m，4.2m，進(jìn)深5.4m+7.2m。
2 結(jié)合住宅的功能特點(diǎn)，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
2.1 平面布置和結(jié)構(gòu)選型
鋼結(jié)構(gòu)適合于平面布置基本規(guī)正、勻稱、凹凸變化較少的建筑平面，不適宜軸線錯(cuò)開較多，形心和質(zhì)心距離較大和易于產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)的住宅平面
鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)需要對(duì)風(fēng)荷載和地震荷載作用下的水平位移進(jìn)行控制，因此，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的考慮是非常重要。在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常把樓梯間、電梯間墻體設(shè)計(jì)為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。如果位移仍然不能控制在允許值范圍內(nèi)時(shí)，可以把單元之間的分戶墻或廚房、衛(wèi)生間的部分墻體(不動(dòng)墻)也做為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。這些剪力墻(或核心筒)在平面內(nèi)要求分布均勻、橫縱軸向兼顧，通過(guò)剪力墻的數(shù)量和長(zhǎng)短控制建筑物總體剛度。
2.2 變形限值的討論
抗側(cè)力結(jié)構(gòu)可以是鋼結(jié)構(gòu)，也可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用鋼桁架作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成純鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，規(guī)范規(guī)定：在風(fēng)力作用下，層間位移1/400，頂點(diǎn)位移1/500；在地震作用下，層間位移1/250，頂點(diǎn)位移1/300。因此，采用鋼桁架作抗側(cè)力結(jié)構(gòu)可能造成用鋼指標(biāo)有較大提高，從而增加造價(jià)。當(dāng)采用鋼筋混凝土剪力墻(或核心筒)作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，組成鋼框架一鋼筋混凝土剪力墻(或核心筒)組合結(jié)構(gòu)時(shí)，水平位移極限值應(yīng)該以規(guī)范中的鋼結(jié)構(gòu)限值1/300取值？還是按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)限值1/800取值？
我們?cè)谟?jì)算中發(fā)現(xiàn)，在垂直荷載作用下：鋼框架承擔(dān)85%，剪力墻承擔(dān)15%；在水平荷載作用下：鋼框架承擔(dān)不足10%，剪力墻承擔(dān)高于90%。2.3 層數(shù)和層高的確定
任何一種結(jié)構(gòu)形式都有它的適用范圍、建造高度。鋼結(jié)構(gòu)正是在高層、超高層建筑中具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，但是在八度地震區(qū)，高層住宅由于地震設(shè)防，梁、柱斷面雖然與同條件鋼筋混凝土梁、柱相比要小的多，但在尋常百姓家的居室中，梁柱的存在仍然是十分尷尬的事。相比之下，我們認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)用于多層和“小高層”，是具備一定優(yōu)勢(shì)的。
大空間自由分割歷來(lái)是住宅的希望，在墻體結(jié)構(gòu)中大空間的獲得，只有以大開間大進(jìn)深來(lái)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果是樓板厚度增加造成用鋼量和結(jié)構(gòu)自重加大，結(jié)構(gòu)重量加大又造成地震力加大，反過(guò)來(lái)影響剪力墻的厚度、強(qiáng)度和配筋。
在鋼結(jié)構(gòu)框架體系中，利用小開間獲得大空間的優(yōu)勢(shì)要大的多。常常利用吊頂把開間梁、進(jìn)深梁隱藏起來(lái)，這種做法層高一般要求在3.1m以上。在試點(diǎn)工程中，由于戶內(nèi)分隔墻和分戶墻拆移的可能性很小，墻上部梁可以包在墻內(nèi)，因此層高僅設(shè)計(jì)為2.8m。
2.4 柱網(wǎng)確定和柱斷面型式的選擇
柱網(wǎng)的確定一般根據(jù)乎面分割情況，結(jié)合梁的位置和截面高度，以及鋼梁的隱蔽方法來(lái)決定。外墻處的柱距是柱網(wǎng)確定的關(guān)鍵，把沿外墻鋼梁和外墻窗上皮的高度關(guān)系處理好，柱網(wǎng)也就基本確定了。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大中城市相繼進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)，其鋼梁截面一般為Ⅰ型，分軋制和鋼板焊接兩種。
鋼柱的截面型式大體分為三種：圓管柱、方管(箱形)柱和H型鋼柱。其中，管柱內(nèi)澆注混凝土，形成鋼管混凝土柱，承載力比鋼筋混凝土柱大幅度提高，因此用鋼量較省。在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造作法上，方管柱構(gòu)造簡(jiǎn)單合理。但是，管柱在與鋼梁連接上下翼緣部位，須加橫隔板以形成貫通式節(jié)點(diǎn)，這一要求增加了加工難度，因而也提高了工程造價(jià)。H型鋼柱，當(dāng)外包鋼筋混凝土?xí)r形成鋼骨混凝土柱。H型鋼柱加工和施工都比較方便，但鋼柱用鋼量較多。
在試點(diǎn)工程中選擇H型鋼柱，柱長(zhǎng)三層一根，截面外形尺寸300×350(進(jìn)深方向)和200×250(開間方向)，采用16Mn型鋼，分兩次變截面，位于三層、六層頂板處。之所以采用H型鋼柱是因?yàn)镠型鋼生產(chǎn)廠家多、貨源足、規(guī)格全、加工方便、現(xiàn)場(chǎng)施工也比較方便、易于保證質(zhì)量，對(duì)形成建筑體系有現(xiàn)實(shí)的有利條件。
2.5 抗震設(shè)防和建筑場(chǎng)地土影響
按照規(guī)范規(guī)定，北京地區(qū)抗震設(shè)防烈度為八度，地震力比七度區(qū)大兩倍，比六度區(qū)大四倍。試點(diǎn)樓建在北京東四環(huán)，建筑場(chǎng)地土為Ⅲ類土，相當(dāng)于把八度的地震力又加大了30%，這對(duì)試點(diǎn)工程的各項(xiàng)指標(biāo)不利。
按照建筑物寬13m，長(zhǎng)72m，地上九層，地下一層，經(jīng)過(guò)數(shù)次計(jì)算調(diào)整，X方向地震周期為0.87s，地震力為11257kN；Y方向地震周期為0.98s，地震力為1545OkN。
2.6 指標(biāo)控制
在試點(diǎn)工程中，根據(jù)同類建筑材料指標(biāo)，結(jié)合北京住宅造價(jià)，對(duì)如下指標(biāo)進(jìn)行了控制：結(jié)構(gòu)自重<60kg/㎡，建筑自重<850kg/㎡，結(jié)構(gòu)用鋼量(包括梁、柱、剪力墻、樓板)<5Okg/㎡，建筑總用鋼量<65kg/m’，建筑造價(jià)<1700元/㎡<鋼筋混凝土剪力墻住宅造價(jià)+250元/㎡。
2.7 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造
節(jié)點(diǎn)構(gòu)造直接影響鋼材用量，在試點(diǎn)住宅中集中力量解決了兩個(gè)部位的節(jié)點(diǎn)做法。
2.7.1 柱腳生根部位
試點(diǎn)工程地下層結(jié)構(gòu)按鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)考慮，柱腳位于地下室頂板標(biāo)高處，柱腳與頂板預(yù)埋鋼板用高強(qiáng)螺栓連接。首層超市用鋼筋混凝土包柱按鋼骨混凝土框架—鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)考慮，二層以上鋼框架—鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。
2.7.2 鋼框架的鋼梁和鋼筋混凝土剪力墻 (核心筒)的連接
為了確保試點(diǎn)工程安全可靠，設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用單純?cè)诩袅χ蓄A(yù)埋鋼板的連接方法，而是在剪力墻端部和核心筒拐角處自柱腳標(biāo)高起，設(shè)置上下貫通的Ⅰ型芯柱，并且，在鋼梁高度處用鋼桁架作為芯柱與芯柱之間的橫向連接，以確保該部位節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)和計(jì)算假定相吻合 2.8 鋼結(jié)構(gòu)防腐與防火
鋼結(jié)構(gòu)的防腐在工廠對(duì)梁、柱加工時(shí)以涂料方式解決。
鋼結(jié)構(gòu)的防火須經(jīng)過(guò)政府主管部門審批，盡管防火處理是直接影響造價(jià)的因素之一，設(shè)計(jì)中必須同時(shí)考慮防火材料的阻燃和隔熱性能。
經(jīng)過(guò)北京市消防局審批。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅沒(méi)有明確消防規(guī)定的情況下，試點(diǎn)工程按提高1級(jí)防火考慮，即按Ⅰ級(jí)防火等級(jí)，鋼柱耐火時(shí)間為3h，鋼梁為2h，樓板為1.5h，經(jīng)與耐火材料廠家初定，采用鋼絲網(wǎng)外抹防火材料厚層做法，厚度2.5～3.Ocm，費(fèi)用約85元/㎡。
3 “三板”配套做法和構(gòu)配件的工業(yè)化生產(chǎn)
“三板”指外墻板、內(nèi)墻板和樓板。三板的設(shè)計(jì)、制作和施工也反映出鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系的水平。
3.1 外墻板
外墻板在功能上最為復(fù)雜，要求具有防水、防火、隔聲、保溫、隔熱、美化和具有一定強(qiáng)度等功能。有承重、承自重和不承重三種類型。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中，外墻板多屬于后兩種，其中以不承重(掛板)居多，當(dāng)前各地作法有砌筑砌塊和預(yù)制大板兩種作法。
在試點(diǎn)工程中，我們采用按層高和開間分隔的預(yù)制鋼筋混凝土大板，板厚1OOmm。外保溫采用6Omm厚聚苯乙烯，連同構(gòu)件在預(yù)制廠做好，吊裝后在現(xiàn)場(chǎng)完成聚合物砂漿的外飾面。
3.2 內(nèi)墻板
內(nèi)墻板按功能要求有分戶墻與戶內(nèi)隔墻之分。分戶墻在抗沖擊、防盜、隔聲等方面比戶內(nèi)隔墻要求更高。為了提高工業(yè)化水平，試點(diǎn)工程采用空心陶粒混凝土預(yù)制條板，同時(shí)正在計(jì)劃引進(jìn)澳大利亞技術(shù)，生產(chǎn)UAC預(yù)制墻板。這是一種密度<5OOkg/m3，連同外篩面一次成型的方便施工的新型墻體材料。
3.3 樓板
樓板是大開間的關(guān)鍵，樓板的厚度在結(jié)構(gòu)自重中占40%～50%。成型鋼板固然是一種方便施工的樓板做法，但單向受力和造價(jià)偏高，使設(shè)計(jì)者不得不探索新的做法。
現(xiàn)澆樓板優(yōu)點(diǎn)不言而喻，但不適宜鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化施工。雙鋼筋迭合板是北京住總集團(tuán)80年代的成熟技術(shù)，在鋼結(jié)構(gòu)住宅中正可發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。
此外，整體廚房和整體衛(wèi)生間等成套技術(shù)也是鋼結(jié)構(gòu)住宅值得考慮的配套產(chǎn)品。
4 盡力實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、平面系列化、節(jié)點(diǎn)構(gòu)件通用化、配套設(shè)備集成化
鋼結(jié)構(gòu)住宅在設(shè)計(jì)上有別于一般住宅設(shè)計(jì)，它需要參與設(shè)計(jì)的各專業(yè)打破傳統(tǒng)的專業(yè)界線，特別在北方采暖地區(qū)，不考慮吊頂時(shí)，管線的布置和梁柱的處理需要結(jié)合精裝修進(jìn)行考慮。另外，梁柱還應(yīng)開發(fā)新的截面型式，使之受力更為合理，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造更加簡(jiǎn)單 鋼結(jié)構(gòu)住宅要產(chǎn)業(yè)化，另外還需要統(tǒng)一編制專門的設(shè)計(jì)規(guī)范，施工技術(shù)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);需要各地區(qū)根據(jù)施工技術(shù)特點(diǎn)研制配套的施工機(jī)具，組建鋼結(jié)構(gòu)住宅的專業(yè)化施工隊(duì)伍
若按鋼結(jié)構(gòu)限值1/300控制結(jié)構(gòu)整體剛度，在地震中待鋼結(jié)構(gòu)參加工作時(shí)，鋼筋混凝土剪力墻己經(jīng)產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)破壞，這種考慮不夠安全。
若按鋼筋混凝土剪力墻限值1/800控制結(jié)構(gòu)整體剛度時(shí)，鋼梁、鋼柱截面會(huì)因地震力加大而大幅度增加。根據(jù)抗震規(guī)范提出的“第二水準(zhǔn)烈度大體相當(dāng)于現(xiàn)行地震區(qū)劃圖規(guī)定的基本烈度”，在這一烈度下，“結(jié)構(gòu)進(jìn)大非彈性工作階段，但非彈性變形或結(jié)構(gòu)體系的損壞控制在可修復(fù)范圍”設(shè)防目的，我們做了大量的試算，提出了1/650的極限值，做為試點(diǎn)工程剛度控制值，并在專家討論會(huì)上初步得到認(rèn)可。
按照這個(gè)限值進(jìn)行設(shè)計(jì)，示范工程設(shè)計(jì)值：X方向1/699；Y方向1/661。
80年代以來(lái)，空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)普遍在飛機(jī)庫(kù)、侯機(jī)摟、體育場(chǎng)館等高、空、大(高度、空間、跨度)建筑物中使用；幕墻建筑和節(jié)能門窗在大型公建和民用住宅中廣泛采用；改革開放以來(lái)發(fā)展起來(lái)的高層鋼結(jié)構(gòu)(包括鋼骨混凝土結(jié)構(gòu))，大量進(jìn)入民用建筑領(lǐng)域，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑，在技術(shù)上更加成熟，在質(zhì)量上更加穩(wěn)定。
由于鋼結(jié)構(gòu)住宅具有以下優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)自重輕。比磚混結(jié)構(gòu)輕30%，比混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)輕20%；②耐震性能好。鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可以吸收部分地震能量；③施工速度快。和混合結(jié)構(gòu)相比，工期可縮短一倍；④工業(yè)化程度高。便于形成標(biāo)準(zhǔn)化建筑體系，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件工廠化和施工機(jī)械化。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅具備廣闊的前景。
鋼結(jié)構(gòu)屬于框架結(jié)構(gòu)，以鋼框架和鋼筋混凝土框架做比較：在跨度相同情況下，鋼梁高度是鋼筋混凝土梁高度的一半。在承載力相同的情況下，鋼柱外圍面積是鋼筋混凝土面積的1/4。這使“肥梁胖柱”的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的弊端在一定程度上有所緩解，但是“藏梁包柱”仍然是鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容。
去年，我們接受了北京市建委下達(dá)的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系研究項(xiàng)目，并列人建設(shè)部科技攻關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)試點(diǎn)工程，探索鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化道路。試點(diǎn)工程位于北京東郊十里堡晨光家園，長(zhǎng)72m、寬13m，地下一層、地上九層，總建筑面積11280m2，一梯兩戶，開間3.3m，4.2m，進(jìn)深5.4m+7.2m。
2 結(jié)合住宅的功能特點(diǎn)，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
2.1 平面布置和結(jié)構(gòu)選型
鋼結(jié)構(gòu)適合于平面布置基本規(guī)正、勻稱、凹凸變化較少的建筑平面，不適宜軸線錯(cuò)開較多，形心和質(zhì)心距離較大和易于產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)的住宅平面
鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)需要對(duì)風(fēng)荷載和地震荷載作用下的水平位移進(jìn)行控制，因此，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的考慮是非常重要。在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常把樓梯間、電梯間墻體設(shè)計(jì)為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。如果位移仍然不能控制在允許值范圍內(nèi)時(shí)，可以把單元之間的分戶墻或廚房、衛(wèi)生間的部分墻體(不動(dòng)墻)也做為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。這些剪力墻(或核心筒)在平面內(nèi)要求分布均勻、橫縱軸向兼顧，通過(guò)剪力墻的數(shù)量和長(zhǎng)短控制建筑物總體剛度。
2.2 變形限值的討論
抗側(cè)力結(jié)構(gòu)可以是鋼結(jié)構(gòu)，也可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用鋼桁架作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成純鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，規(guī)范規(guī)定：在風(fēng)力作用下，層間位移1/400，頂點(diǎn)位移1/500；在地震作用下，層間位移1/250，頂點(diǎn)位移1/300。因此，采用鋼桁架作抗側(cè)力結(jié)構(gòu)可能造成用鋼指標(biāo)有較大提高，從而增加造價(jià)。當(dāng)采用鋼筋混凝土剪力墻(或核心筒)作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，組成鋼框架一鋼筋混凝土剪力墻(或核心筒)組合結(jié)構(gòu)時(shí)，水平位移極限值應(yīng)該以規(guī)范中的鋼結(jié)構(gòu)限值1/300取值？還是按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)限值1/800取值？
我們?cè)谟?jì)算中發(fā)現(xiàn)，在垂直荷載作用下：鋼框架承擔(dān)85%，剪力墻承擔(dān)15%；在水平荷載作用下：鋼框架承擔(dān)不足10%，剪力墻承擔(dān)高于90%。2.3 層數(shù)和層高的確定
任何一種結(jié)構(gòu)形式都有它的適用范圍、建造高度。鋼結(jié)構(gòu)正是在高層、超高層建筑中具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，但是在八度地震區(qū)，高層住宅由于地震設(shè)防，梁、柱斷面雖然與同條件鋼筋混凝土梁、柱相比要小的多，但在尋常百姓家的居室中，梁柱的存在仍然是十分尷尬的事。相比之下，我們認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)用于多層和“小高層”，是具備一定優(yōu)勢(shì)的。
大空間自由分割歷來(lái)是住宅的希望，在墻體結(jié)構(gòu)中大空間的獲得，只有以大開間大進(jìn)深來(lái)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果是樓板厚度增加造成用鋼量和結(jié)構(gòu)自重加大，結(jié)構(gòu)重量加大又造成地震力加大，反過(guò)來(lái)影響剪力墻的厚度、強(qiáng)度和配筋。
在鋼結(jié)構(gòu)框架體系中，利用小開間獲得大空間的優(yōu)勢(shì)要大的多。常常利用吊頂把開間梁、進(jìn)深梁隱藏起來(lái)，這種做法層高一般要求在3.1m以上。在試點(diǎn)工程中，由于戶內(nèi)分隔墻和分戶墻拆移的可能性很小，墻上部梁可以包在墻內(nèi)，因此層高僅設(shè)計(jì)為2.8m。
2.4 柱網(wǎng)確定和柱斷面型式的選擇
柱網(wǎng)的確定一般根據(jù)乎面分割情況，結(jié)合梁的位置和截面高度，以及鋼梁的隱蔽方法來(lái)決定。外墻處的柱距是柱網(wǎng)確定的關(guān)鍵，把沿外墻鋼梁和外墻窗上皮的高度關(guān)系處理好，柱網(wǎng)也就基本確定了。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大中城市相繼進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)，其鋼梁截面一般為Ⅰ型，分軋制和鋼板焊接兩種。
鋼柱的截面型式大體分為三種：圓管柱、方管(箱形)柱和H型鋼柱。其中，管柱內(nèi)澆注混凝土，形成鋼管混凝土柱，承載力比鋼筋混凝土柱大幅度提高，因此用鋼量較省。在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造作法上，方管柱構(gòu)造簡(jiǎn)單合理。但是，管柱在與鋼梁連接上下翼緣部位，須加橫隔板以形成貫通式節(jié)點(diǎn)，這一要求增加了加工難度，因而也提高了工程造價(jià)。H型鋼柱，當(dāng)外包鋼筋混凝土?xí)r形成鋼骨混凝土柱。H型鋼柱加工和施工都比較方便，但鋼柱用鋼量較多。
在試點(diǎn)工程中選擇H型鋼柱，柱長(zhǎng)三層一根，截面外形尺寸300×350(進(jìn)深方向)和200×250(開間方向)，采用16Mn型鋼，分兩次變截面，位于三層、六層頂板處。之所以采用H型鋼柱是因?yàn)镠型鋼生產(chǎn)廠家多、貨源足、規(guī)格全、加工方便、現(xiàn)場(chǎng)施工也比較方便、易于保證質(zhì)量，對(duì)形成建筑體系有現(xiàn)實(shí)的有利條件。
2.5 抗震設(shè)防和建筑場(chǎng)地土影響
按照規(guī)范規(guī)定，北京地區(qū)抗震設(shè)防烈度為八度，地震力比七度區(qū)大兩倍，比六度區(qū)大四倍。試點(diǎn)樓建在北京東四環(huán)，建筑場(chǎng)地土為Ⅲ類土，相當(dāng)于把八度的地震力又加大了30%，這對(duì)試點(diǎn)工程的各項(xiàng)指標(biāo)不利。
按照建筑物寬13m，長(zhǎng)72m，地上九層，地下一層，經(jīng)過(guò)數(shù)次計(jì)算調(diào)整，X方向地震周期為0.87s，地震力為11257kN；Y方向地震周期為0.98s，地震力為1545OkN。
2.6 指標(biāo)控制
在試點(diǎn)工程中，根據(jù)同類建筑材料指標(biāo)，結(jié)合北京住宅造價(jià)，對(duì)如下指標(biāo)進(jìn)行了控制：結(jié)構(gòu)自重<60kg/㎡，建筑自重<850kg/㎡，結(jié)構(gòu)用鋼量(包括梁、柱、剪力墻、樓板)<5Okg/㎡，建筑總用鋼量<65kg/m’，建筑造價(jià)<1700元/㎡<鋼筋混凝土剪力墻住宅造價(jià)+250元/㎡。
2.7 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造
節(jié)點(diǎn)構(gòu)造直接影響鋼材用量，在試點(diǎn)住宅中集中力量解決了兩個(gè)部位的節(jié)點(diǎn)做法。
2.7.1 柱腳生根部位
試點(diǎn)工程地下層結(jié)構(gòu)按鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)考慮，柱腳位于地下室頂板標(biāo)高處，柱腳與頂板預(yù)埋鋼板用高強(qiáng)螺栓連接。首層超市用鋼筋混凝土包柱按鋼骨混凝土框架—鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)考慮，二層以上鋼框架—鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。
2.7.2 鋼框架的鋼梁和鋼筋混凝土剪力墻 (核心筒)的連接
為了確保試點(diǎn)工程安全可靠，設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用單純?cè)诩袅χ蓄A(yù)埋鋼板的連接方法，而是在剪力墻端部和核心筒拐角處自柱腳標(biāo)高起，設(shè)置上下貫通的Ⅰ型芯柱，并且，在鋼梁高度處用鋼桁架作為芯柱與芯柱之間的橫向連接，以確保該部位節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)和計(jì)算假定相吻合 2.8 鋼結(jié)構(gòu)防腐與防火
鋼結(jié)構(gòu)的防腐在工廠對(duì)梁、柱加工時(shí)以涂料方式解決。
鋼結(jié)構(gòu)的防火須經(jīng)過(guò)政府主管部門審批，盡管防火處理是直接影響造價(jià)的因素之一，設(shè)計(jì)中必須同時(shí)考慮防火材料的阻燃和隔熱性能。
經(jīng)過(guò)北京市消防局審批。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅沒(méi)有明確消防規(guī)定的情況下，試點(diǎn)工程按提高1級(jí)防火考慮，即按Ⅰ級(jí)防火等級(jí)，鋼柱耐火時(shí)間為3h，鋼梁為2h，樓板為1.5h，經(jīng)與耐火材料廠家初定，采用鋼絲網(wǎng)外抹防火材料厚層做法，厚度2.5～3.Ocm，費(fèi)用約85元/㎡。
3 “三板”配套做法和構(gòu)配件的工業(yè)化生產(chǎn)
“三板”指外墻板、內(nèi)墻板和樓板。三板的設(shè)計(jì)、制作和施工也反映出鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系的水平。
3.1 外墻板
外墻板在功能上最為復(fù)雜，要求具有防水、防火、隔聲、保溫、隔熱、美化和具有一定強(qiáng)度等功能。有承重、承自重和不承重三種類型。在鋼結(jié)構(gòu)住宅中，外墻板多屬于后兩種，其中以不承重(掛板)居多，當(dāng)前各地作法有砌筑砌塊和預(yù)制大板兩種作法。
在試點(diǎn)工程中，我們采用按層高和開間分隔的預(yù)制鋼筋混凝土大板，板厚1OOmm。外保溫采用6Omm厚聚苯乙烯，連同構(gòu)件在預(yù)制廠做好，吊裝后在現(xiàn)場(chǎng)完成聚合物砂漿的外飾面。
3.2 內(nèi)墻板
內(nèi)墻板按功能要求有分戶墻與戶內(nèi)隔墻之分。分戶墻在抗沖擊、防盜、隔聲等方面比戶內(nèi)隔墻要求更高。為了提高工業(yè)化水平，試點(diǎn)工程采用空心陶粒混凝土預(yù)制條板，同時(shí)正在計(jì)劃引進(jìn)澳大利亞技術(shù)，生產(chǎn)UAC預(yù)制墻板。這是一種密度<5OOkg/m3，連同外篩面一次成型的方便施工的新型墻體材料。
3.3 樓板
樓板是大開間的關(guān)鍵，樓板的厚度在結(jié)構(gòu)自重中占40%～50%。成型鋼板固然是一種方便施工的樓板做法，但單向受力和造價(jià)偏高，使設(shè)計(jì)者不得不探索新的做法。
現(xiàn)澆樓板優(yōu)點(diǎn)不言而喻，但不適宜鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化施工。雙鋼筋迭合板是北京住總集團(tuán)80年代的成熟技術(shù)，在鋼結(jié)構(gòu)住宅中正可發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。
此外，整體廚房和整體衛(wèi)生間等成套技術(shù)也是鋼結(jié)構(gòu)住宅值得考慮的配套產(chǎn)品。
4 盡力實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、平面系列化、節(jié)點(diǎn)構(gòu)件通用化、配套設(shè)備集成化
鋼結(jié)構(gòu)住宅在設(shè)計(jì)上有別于一般住宅設(shè)計(jì)，它需要參與設(shè)計(jì)的各專業(yè)打破傳統(tǒng)的專業(yè)界線，特別在北方采暖地區(qū)，不考慮吊頂時(shí)，管線的布置和梁柱的處理需要結(jié)合精裝修進(jìn)行考慮。另外，梁柱還應(yīng)開發(fā)新的截面型式，使之受力更為合理，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造更加簡(jiǎn)單 鋼結(jié)構(gòu)住宅要產(chǎn)業(yè)化，另外還需要統(tǒng)一編制專門的設(shè)計(jì)規(guī)范，施工技術(shù)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);需要各地區(qū)根據(jù)施工技術(shù)特點(diǎn)研制配套的施工機(jī)具，組建鋼結(jié)構(gòu)住宅的專業(yè)化施工隊(duì)伍
若按鋼結(jié)構(gòu)限值1/300控制結(jié)構(gòu)整體剛度，在地震中待鋼結(jié)構(gòu)參加工作時(shí)，鋼筋混凝土剪力墻己經(jīng)產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)破壞，這種考慮不夠安全。
若按鋼筋混凝土剪力墻限值1/800控制結(jié)構(gòu)整體剛度時(shí)，鋼梁、鋼柱截面會(huì)因地震力加大而大幅度增加。根據(jù)抗震規(guī)范提出的“第二水準(zhǔn)烈度大體相當(dāng)于現(xiàn)行地震區(qū)劃圖規(guī)定的基本烈度”，在這一烈度下，“結(jié)構(gòu)進(jìn)大非彈性工作階段，但非彈性變形或結(jié)構(gòu)體系的損壞控制在可修復(fù)范圍”設(shè)防目的，我們做了大量的試算，提出了1/650的極限值，做為試點(diǎn)工程剛度控制值，并在專家討論會(huì)上初步得到認(rèn)可。
按照這個(gè)限值進(jìn)行設(shè)計(jì)，示范工程設(shè)計(jì)值：X方向1/699；Y方向1/661。