住宅钢结构设计论文

摘要：钢材作为一种独特的建筑材料，在我国各类建筑中的应用日益广泛，由钢材形成的构件进而到结构，其具有强度高、自重轻、抗震性能好、构件截面小、建筑空间大而灵活、施工工期短、可实现装配化及绿色环保等优点，越来越多地应用在高层住宅建筑中。本文结合作者实际的工作经验，从钢结构设计的角度分析和总结了高层住宅钢结构设计的特点，以期能为同行提供参考性的建议。今天小编为大家推荐《住宅钢结构设计论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

住宅钢结构设计论文 篇1：

高层住宅钢结构设计浅析

摘 要：钢材作为一种独特的建筑材料，在我国各类建筑中的应用日益广泛，由钢材形成的构件进而到结构，其具有强度高、自重轻、抗震性能好、构件截面小、建筑空间大而灵活、施工工期短、可实现装配化及绿色环保等优点，越来越多地应用在高层住宅建筑中。本文着重从建筑结构构件设计、节点设计、结构抗震设计等方面针对高层住宅建筑钢结构设计要点进行了深入地分析与研究，旨在为类似的工程设计提供参考。

关键字：高层建筑；钢结构；构件设计；节点设计

在建筑结构形式中，钢结构由于具有重量轻、稳定坚固、安装方便、节省施工时间等方面的优点，因此在建筑结构设计中得到了广泛应用。在建筑钢结构设计过程中，我们应结合项目实际情况，合理选择建筑结构形式。同时，要结合钢结构的受力形式、结构尺寸和防火要求选择钢结构材料。除此之外，建筑钢结构施工通常采用现场拼装方式，因此要确保钢结构在起吊时拥有足够的刚度，以确保建筑结构的坚固性和稳定性。

一、钢结构稳定性设计的原则

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定性问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。

根据稳定性问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证钢结构稳定性设计中构件不会丧失稳定性。

（一）结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面结构构件的出平面稳定性计算必须和结构布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳。

（二）结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定性计算十分重要。目前设计单层和多层框架结构时，经常不作框架稳定性分折而是代之以框架柱的稳定性计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定性时用到的柱计算长度系数，自应通过框架整体稳定性分析得出，才能使柱稳定性计算等效于框架稳定性计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。

（三）设计结构的细部构造和构件的稳定性计算必须相互配合，使二者有一致性。结构计算和构造設计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋与它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定性时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定性分析所采取的边界条件。

二、结构设计

（一）判断结构是否适合用钢结构。钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。

（二）结构选型与结构布置。在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要，对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。

建筑钢结构平面布置是否合理将直接影响到项目的投资成本，为了控制项目的投资成本，需要对建筑结构平面设计进行优化，具体措施有：使建筑平面柱网相互对齐；控制柱距尺寸，尽量能够接近；核心筒布置要居中，结构传力要简洁；建筑核心筒的高宽比和钢筋配置要控制在规范要求范围内。

（三）构件设计。构件的设计首先是材料的选择。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面，这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。

（四） 节点设计。连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。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。

（五）钢结构建筑稳定性设计。钢结构建筑的稳定，在设计各种类型的钢结构建筑中，会因为钢结构的不稳定，在施工中造成安全事故更为常见。为了减少事故的发生，提高钢结构设计的稳定性，保证施工项目的安全和质量，我们要积极的对钢结构的稳定性进行了详细的研究。

钢结构失稳，和强度较小的刚度都会在一定程度上对钢结构造成破坏，但稳定性和强度是不一样的。稳定性是变形，材料的组成部分由内部结构的抵抗力和外部荷载不稳定，关键是要找出不稳定的平衡状态，防止变形的快速增长而导致破坏。

（六）图纸编制。钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。

设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书，并依据规范规定编制。

三、结论

综上所述，通过针对本项目住宅钢结构设计要点分析，作为建筑结构设计人员，应不断总结多高层钢结构设计的经验，反复优化结构平、立面布置，认真细致地做好构件设计和节点设计，只有这样才能提升建设结构设计水平及保证工程的质量。

参考文献：

[1] 《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99—2012）.

[2]《高层建筑钢混凝土混合结构设计规程》（CECS 230-2008）.

[3] 徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

作者：张玉龙 贾存华 邓秀梅

住宅钢结构设计论文 篇2：

关于高层住宅钢结构设计研究

摘要：钢材作为一种独特的建筑材料，在我国各类建筑中的应用日益广泛，由钢材形成的构件进而到结构，其具有强度高、自重轻、抗震性能好、构件截面小、建筑空间大而灵活、施工工期短、可实现装配化及绿色环保等优点，越来越多地应用在高层住宅建筑中。本文结合作者实际的工作经验，从钢结构设计的角度分析和总结了高层住宅钢结构设计的特点，以期能为同行提供参考性的建议。

关键词：钢结构 钢结构住宅 设计

1、工程概况

某住宅楼建筑面积6233.2m2，地上13层为住宅房间，地下l层为设备间及停车场。根据使用功能、建筑总平面、建筑面积、建筑朝向、防火防烟分区等多方面的要求，经多次优化进行了本建筑的平、立、剖面设计，每一户住房中的卫生间、厨房、卧室、客厅均有较好的自然采光和通风，均可满足住宅的建筑使用要求。

2、结构设计

2.1 设计资料

设计标高：室内设计标高0.00m，室内外高差0.3m。基本风压：wo---0.35kN/m2。地质资料：建筑场地至地下9in范围内为粉质黏土，地基承载力特征值为150kN/m2。地震设防烈度为7度。

2.2 建筑布置及计算简图的确定

（1）结构体系。根据建筑设计可知，该住宅为地上12 层，地下1层。综合考虑设计资料、建筑功能及受力合理的要求，本建筑采用框架结构体系。（2）计算简图。从结构平面布置图中取出最不利一榀框架，作为该结构的计算模型。（3）截面的初步确定。根据荷载和跨度的要求，框架梁柱承受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢材，本工程主梁和柱子采用Q345B 钢材，材料性能应满足《低合金高强度结构钢}（GB/T1591）的要求。柱采用宽翼缘的H 型钢，梁采用中翼缘的H型钢，据所选梁柱截面可以确定相应截面的

几何参数。

2.3 荷载计算

（1）恒载计算。主要考虑屋面、楼面均布荷载，并得到恒载作用下结构的计算简图。（2）活载计算。根据《建筑结构荷载规范》得到非上人屋面的活荷载标准值以及各楼层活荷载标准值，进而通过计算，得到了活载作用下的计算简图。（3）风荷载计算。根据《建筑结构荷载规范》，已知基本分压w0=0.35kN/m2。由Wk=βzusuzwo。可知风荷载标准值。将风荷载换算成作用于每一层节点上的集中荷载，从而建立风荷载作用下的结构计算简图。（4）地震荷载计算。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分

组为第二组，Tk=0.40S，根据底部剪力法公式可得地震荷载作用在每一层节点上的集中荷载，从而得到地震荷载下的结构设计简图。

2.4内力计算

（1）恒载作用下内力计算。力法、位移法、弯矩分配法、无剪力分配法均可用来计算框架结构内力和侧移，但是多层钢结构往往杆件较多，超静定次数很多，采用这些方法比较费时，因此实际计算时一般用近似方法分别计算结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力和位移。框架结构在竖向荷载作坩下的计算方法有分层法、迭代法、二次弯矩分配法等。

2.5 构件设计

据内力计算组合结果，即可选择各截面的最不利内力进行梁柱截面设计。设计公式为S≤R 和S≤R/yRE（地震作用参与的组合）。柱的截面设计考虑强度、刚度、平面内整体稳定、平面外整体稳定以及局部稳定等方面。主梁设计模型按多跨连续梁考虑。截面设计考虑强度、刚度、局部稳定等方面（由于采用压型钢板组合楼板，且有牢靠的连接，故不必验算整体稳定），次梁截面按两端简支考虑，由强度、刚度、稳定等综合确定。

3、钢结构设计的特点

3.1 钢材结构的特点

钢材的结构具有以下的特点：（1）强度高，重量轻；（2）塑性、韧性好；（3）材质均匀，工作可靠性高；（4）适于于机械化加工，工业化生产程度高；（5）减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏；（6）环保、可回收再利用，建筑造型美观；（7）密闭性能好，能制成不渗漏的密闭容器；（8）耐热性能好，耐火性能差；（9）耐腐蚀性差。

钢和混凝土容重比：3.4，强度比：210～136。所以刚才较混凝土的重量轻，这样能够便于运输和安装，可跨越更大的跨度。

3.2 高层住宅钢材结构设计的特点

（1）对高层住宅钢材结构的设计时要进行柱网的布置，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。

（2）对高层住宅钢材结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。

4、钢结构设计的原则

钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。

（1）梁柱体系

平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接H 形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为H 形截面单跨简支梁，设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。

（2）抗剪体系

分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，上述结构体系局部刚度较弱，因此钢框架—支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架—剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。

（3）楼盖体系

一般各层楼（ 屋） 盖均采用钢筋混凝土楼（ 屋） 盖， 楼板厚度依结构计算定为110mm，140mm。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。

5、钢结构住宅设计中应注意的问题

5.1钢结构住宅建筑的设计原则。

（1）发挥钢结构的优势，并避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板。

（2）解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题。特别是在多雨的环境，防腐、防锈工作处理的好坏直接影响到钢结构住宅。

5.2结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。结构布置不规则，地震时易损坏，而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算。因此应尽量使结构布置符合规则性要求。

5.3钢结构要做到安全合理、节点构造方便可靠、并为构件制作、运输、吊装创造条件。

6、结语

钢结构作为一种新型的结构形式，具有自重轻、结构空间大等优点，十分适合应用于高层民用建筑中。同时，钢材具有非常好的延性。抗震性能优于其他任何一种材料，钢结构作为一种承重结构有不同于其他结构形式的独特之处，只是其配套体系有待于进一步开发和完善。随着我国国民经济的发展和综合国力的增强，我国的高层建筑会越来越多的采用钢结构。

参考文献：

[1] 姜学诗；钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J]；建筑结构；2003年06期

[2] 钱屹；多层住宅钢结构的研究[D]；武汉理工大学；2003年

[3] 高光虎；多高层轻型钢结构住宅设计[J]；建筑结构；2001年08期

作者：冯禄佳

住宅钢结构设计论文 篇3：

某高层住宅建筑钢结构设计相关要点研究

摘 要：本文结合工程实例，着重从建筑结构构件设计、节点设计、结构计算分析、结构抗震设计等方面针对高层住宅建筑钢结构设计要点进行了深入地分析与研究，旨在为类似的工程设计提供参考。

关键字：高层建筑；钢结构；构件设计；节点设计

在建筑结构形式中，钢结构由于具有重量轻、稳定坚固、安装方便、节省施工时间等方面的优点，因此在建筑结构设计中得到了广泛应用。在建筑钢结构设计过程中，我们应结合项目实际情况，合理选择建筑结构形式。同时，要结合钢结构的受力形式、结构尺寸和防火要求选择钢结构材料。除此之外，建筑钢结构施工通常采用现场拼装方式，因此要确保钢结构在起吊时拥有足够的刚度，以确保建筑结构的坚固性和稳定性。本文结合工程实践，主要就某住宅建筑钢结构设计要点进行了探讨。

1 工程概况

本工程为8幢高层钢结构住宅楼，每幢建筑长52m，宽14m，项目总建筑面积81200m2，地下1层，地上13层，高度42m。负一层为停车场，层高4.5m；1层为商铺，层高3.8m；2～12为住宅层，层高3m，顶层为电梯机房。采用钢框架-混凝土核心筒结构。

2 结构设计

2.1 结构体系的选择

钢框架-混凝土核心筒结构由于具有结构自重轻、抗震性能好以及构件尺寸小等优点，从而在高层钢结构住宅中应用较为广泛。其中，钢框架-支撑结构还具有居住舒适、电梯间防火性能较好、安全疏散效果显著等优势；由此可见，钢框架-核心筒结构既可以满足住宅居住的功能要求，而且可以在底部楼层设置大空间的商场，达到了合理利用建筑空间的目的。因此，本住宅楼决定采用钢框架-混凝土核心筒结构。

2.2 结构平面布置

建筑钢结构平面布置是否合理将直接影响到项目的投资成本，为了控制项目的投资成本，需要对建筑结构平面设计进行优化，具体措施有：使建筑平面柱网相互对齐；控制柱距尺寸，尽量能够接近；核心筒布置要居中，结构传力要简洁；建筑核心筒的高宽比和钢筋配置要控制在规范要求范围内。本住宅建筑平面布置比较规则，核心筒布置居中，以确保结构有足够的刚度。为了解决首层核心筒抗剪承载力不足问题，减小扭转效应的作用，在首层的上部斜杆支撑位置设置1道剪力墙，厚度为250mm。标准层结构平面图见图 1。

图 1 建筑标准层结构平面图

2.3 地下室和基础设计

出于建筑基础和钢管柱脚埋深、地下室建设成本和底层结构高度等方面的考虑，笔者认为，高层住宅钢结构需要设置地下室。结合本工程的特点，由于项目地质条件优越，因此，浅基础持力层为建筑室内地面以下2m左右，而深基础的土层埋深为建筑室内地面以下8m左右。

2.3.1 构件设计

（1）钢管混凝土框架柱

由于本工程采用钢框架-混凝土核心筒结构，因此应优选钢管混凝土柱。钢管混凝土柱具有钢筋和混凝土材料的特征，因此对外围钢管起到一定的约束作用，并使混凝土处于受压状态，这样不仅提高了混凝土抗压强度，而且使得混凝土的破坏特征具有一定的塑性，混凝土发挥了钢材的强度，对外围钢管的局部屈曲起到了限制。钢管混凝土柱解决了建筑结构构件断面尺寸大、整体刚度低、局部稳定性差等问题。本工程采用Q345B钢管混凝土柱，其钢管型号有350×10，350×8两种；强度等级为C40。

（2）楼面体系

目前，对于高层住宅钢结构楼板来说，可以采用2种楼盖，即压型钢板组合楼盖和普通钢筋混凝土楼盖。前者由于成本高、天棚需要吊顶等原因，主要应用于施工条件差、建设工期要求较紧、需要设置满堂脚手架等场所。而后者主要应用于一般的高层钢结构住宅楼。本工程樓板采用100、120mm厚钢筋混凝土，楼板通过钢梁与抗剪栓钉的连接，组成住宅钢结构楼盖。地下室顶板采用钢筋混凝土楼板，厚度为180mm，其框架梁采用钢骨混凝土梁、次梁采用钢筋混凝土梁。屋面梁采用轧制H型钢，钢梁分为HN345、HN248、H450×180×8×12等几种型号。

（3）钢骨混凝土剪力墙

根据建筑整体计算，本住宅楼每幢1～4层的钢筋混凝土楼面钢梁与核心筒交接处以及核心筒四角应设置钢骨混凝土柱。而按照构造要求，5～13 层钢梁与核心筒交接处应设置钢骨混凝土柱，钢骨包括HW150、HW200等型号。

2.4 节点设计

（1）框架梁、柱节点

住宅核心区框架梁、柱节点焊缝过多将会影响该区域的抗震性能。因此，对于本工程受力较大的框架梁、柱节点来说，应采用带悬臂梁段的节点形式，并确保悬臂梁段长度是梁高的两倍。而对于未支撑次梁的框架梁的翼缘采用对接焊缝连接，框架梁、柱节点处及梁翼缘上下500mm的范围内的焊缝都采用对接焊缝方式。

（2）主、次梁节点设计

在进行主、次梁节点设计时，通常采用铰接进行连接。主梁和次梁的连接节点采用刚结点形式连接，主梁主次梁翼缘采用对接焊缝连接，并在次梁上翼缘加盖板，以传递其拉应力。

（3）柱脚节点

钢管混凝土柱采用外包式柱脚，且确保外包钢筋混凝土高度与地下室层高保持一致。通过抗剪栓钉将一部分钢管柱轴压力传递给外包钢筋混凝土，通过柱脚底板将一部分传递到基础底面，外包式柱脚的弯距主要由钢筋混凝土承担。

2.5 结构计算分析

在进行本工程结构整体分析时，应采用SATWE软件进行计算。计算结果如下：

（1）结构计算振型数15个，x 方向和y方向的质量系数分别为98.05%和97.70%，满足《高层建筑钢混凝土混合结构设计规程》（CECS 230-2008）的规定。

（2）结构第一振型 x 向平动，T1和第二振型y向平动，T2分别为0.8676和0.7513，平动系数分别为1.00和0.62；第三振型扭转，T3为0.7043，平动系数 0.38，扭转系数0.62，T3/T1=0.8349。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的x、y向最大水平位移比值1.04，层间位移的比值分别为1.29，满足《高层建筑钢混凝土混合结构设计规程》（CECS 230-2008）规定。

（3）在风荷载作用下，x向结构最大层间位移为1/9999，y向结构最大层间位移为1/6759；在考虑偶然偏心影响的地震作用下，x向结构最大层间位移为1/972，y向结构最大层间位移1/949，满足《高层建筑钢混凝土混合结构设计规程》（CECS230-2008）规定。

3 结论

综上所述，通过针对本项目住宅钢结构设计要点分析，作为建筑结构设计人员，应不断总结多高层钢结构设计的经验，反复优化结构平、立面布置，认真细致地做好构件设计和节点设计，只有这样才能提升建设结构设计水平及保证工程的质量。

参考文献

[1] 《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99—2012）.

[2]《高层建筑钢混凝土混合结构设计规程》（CECS 230-2008）

[3] 徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

作者：钟亮