文獻綜述現代科學技術的高速發展，以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節能、有益健康等發面的要求，使國內外鋼結構住宅會逐步替代木結構住宅以及磚結構住宅，成為住宅產業的一支新生力量。國外鋼結構住宅的應用與發展目前，許多國家，如美國、日本、英國、澳洲等，正積極推動預制裝配化鋼結構中低層住宅，在日本稱為工業化鋼結構住宅。美國最早采用剛框架結構建住宅，1996年，已有了20萬幢剛框架小型住宅，約占住宅總數的20%。日本的鋼結構建筑數量最多，其新建的1-4層建筑，大都采用了鋼結構。人們更喜歡鋼結構住宅可以提供良好的抗震性能。在澳大利亞，剛框架住宅占全部住宅數量的30%。2000年，這個比例達到50%。在芬蘭、瑞典、丹麥以及法國，剛框架體系也在變得越來越普及。特別是丹麥人，早已建造了大量基于鋼骨架體系的地層住宅。在芬蘭和瑞典，也有一些剛框架的低層住宅建成。聯排式住宅是歐洲較普便的住宅類型之一。由于鋼結構的隨意拼接能力，可以設計出豐富多變的住宅建筑外形，因此在比利時、荷蘭、盧森堡、英國、德國和法國的一些地區，許多城市居住區都采用了鋼結構聯排式住宅。鋼結構住宅在我國的應用與發展改革開放以來，我國住宅建筑發展很快。為了滿足人們日益增長的住房要求，推進住宅產業現代化，國務院【1999】第72號文件明確提出，發展鋼結構住宅，擴大鋼結構住宅的市場占有率，將會加速住宅產業化過程，對我國建筑、冶金及相關產業的發展具有重大意義。20世紀80年代中期，隨著我國改革開放的深入，工業化的輕鋼別墅進入我國，先后從日本引入進幾百棟輕鋼結構低層別。近幾年又從澳洲、加拿大引進了輕鋼龍骨住宅體系構件在國內組裝。20世紀90年代以來，國家建設部在全國積極倡導鋼結構住宅的應用與發展。近幾年，北京、上海、天津、新疆、湖南、安徽、山東等地，開始并建成一批鋼結構住宅示范地點工程。同時，在建設部組織編制的《鋼結構住宅建筑產業化技術導則》的知道下，很多科研單位和鋼結構公司，包括北京賽博思金屬結構有限公司、北京住總集團、天津市建筑設計院和建工集團、同濟大學、湖南大學、清華大學、上海市建筑科學研究院和鋼協鋼結構建筑設計研究有限公司等，都分別在鋼結構住宅體系的研究方面進行了有益的探索。現在，我國目前鋼結構研究已經進入了一個新的階段，有關規范和標準已經出臺，國內鋼材產量充足，鋼結構住宅的發展已具備了較好的物質和技術基礎。當然，在鋼結構住宅發展方面，還有一些技術問題有待解決。鋼結構住宅的推廣還需要做大量的工作，要廣泛宣傳開發輕鋼結構的益處，完善不同類型結構設計規范和施工技術標準，建立一個能與傳統建材相競爭的鋼材供應網，研制新型的輕質保溫墻體材料以及與之相配套的輔助材料，做好示范工程，加強信息交流，發布行業動態，尋求國際間的廣泛合作，激發開發商在做決策時采用鋼結構等。鋼結構住宅結構的形式1．鋼框架與混凝土筒體（墻體）的混合結構體系其特點是鋼一混凝土混合結構的平面布置一般為樓電梯或衛生間采用鋼筋混凝土，形成主要的抗側力結構，而外周的框架則采用鋼框架，這種結構體系將鋼材的強度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強度高、防火性能好、抗側剛度大的特點有機地結合起來，外周梁柱連接一般采用剛性連接，而樓面鋼梁與混凝土墻則采用鉸結，由于混凝土承擔了絕大部分的水平力，故而混合結構的位移控制指標可參照鋼筋混凝土結構采用，但框架部分承擔的地震力不得小于結構底部剪力的20%和樓層最大剪力的1.8倍二者的較小值，在大多數情況下，后者往往起控制作用，這種體系的住宅平面上應限制無剪力墻部分框架的長度，否則樓面無限剛的假定將很難滿足。這種的受力特點為結構整體破壞屬于彎剪型，結構破壞主要集中于混凝土芯筒，特別是結構下部的混凝土筒體四角，對這部位應予加強，保證筒體的延性，此外鋼梁與混凝土墻體的連接部位受力復雜，也是最易遭受破壞的地方，該節點應保證能承受鋼梁可能出現的軸向力。這種體系的不足之處為芯筒為混凝土，重量減少不是很多，現場澆搗混凝土的工作量仍然較大。從建筑平面布置的角度來看，柱子一般布置在陽臺或轉角部件，以利于住戶的裝修處理。2．鋼框架支撐體系對于多層及小高層建筑，可以建筑的外墻，結合門窗位置雙向交叉支撐，支撐采用角鋼、槽鋼成圓鋼，可按拉桿設計，而且在輕鋼住宅結構中，支撐也不一定必須從下到上同一位置設置，也可跳格布置，其目的主要是為了增加結構的剛度，對于外墻開有門窗時，也可在窗臺高度范圍內布置，形成類似周邊帶狀桁架的結構形式，對結構整體剛度進行加強。對高層住宅，可選擇山墻和內墻布置中心支撐或偏心支撐，值得注意的是，當采用單斜柱體系時，應設置不同傾斜方向的兩組單斜桿，以抵抗雙向地震作用，在節點方面，若支撐足以承受建筑物的全部側向力作用，則梁柱可部分或全部做成剛接。在高烈度地區，如果柱子比較細長，則大多采用偏心框架體系，這種體系的特點是，在小震或中等烈度地表作用下剛度足以承受側向水平力，在強震作用下又具有很好的延性和耗能能力。支撐框架在水平力作用下，類似于豎向懸臂桁架，柱子像弦桿一樣承擔外部荷載產生的彎矩，斜支撐和梁如同腹桿承受水平力，腹桿承擔水平剪力，弦桿的軸向變形對框架側向變形的影響使結構產生"彎曲"的形狀，而腹桿的變形對框架側向變形的影響使結構產生"剪切"的形狀，最終形成的側向變形形狀是彎、剪兩種曲線效果的組合，彎、剪效果的相對大小，主要取決了耗能支撐的剛度，一般在均衡的低層支撐結構中，剪切變形最為重要，有時它基本決定了結構的側向變形，因此這種結構的底層層間變形較大；在中高層結構中，柱子中較大的軸向力和變形以及二者沿高度的大量積累使彎曲變形占主導地位，在高寬比大于8的單對角支撐區格中，全部水平位移的60%～70%通常是彎曲變形引起的，因此這種結構的頂端或接近頂端的層間變形最大，據此認為，對于剪切型的低層結構，應注意在結構的底部設置耗能支撐；對于彎曲型的中高層結構，不能忽視在結構的頂部設置耗能支撐，支撐布置時，不得采用支撐點在柱中的K形支撐，同時對支撐構件應控制其軸壓比，7度時一般不得大與/fy。如果作為住宅結構層高較低，構件節間尺寸較小，導致支撐構件及節點數量均較多，而且傳力路線較長，抗側效果差，支撐結構體系也可考慮采用跨層支撐。3．鋼框架一預制混凝土墻體這種體系一般預制混凝土墻體中均埋有鋼板支撐，它只有在支撐點處于鋼框架相連，而且混凝土墻板與框架梁柱留有空隙，從受力上來說，它仍是一種支撐。但其特點是內藏鋼板按強度控制設置，不考慮屈曲。對混凝土墻體應雙面配筋，且雙面鋼筋應互相拉結，在鋼支撐端部范圍內，應設置加強構造鋼筋，如采用梅花形鋼筋、螺旋形鋼筋、鋼箍等。這種體系受力性能好，支撐構件相對較經濟，且能與隔墻布置相結合。但現場安裝比較困難，制作比較復雜。4．鋼框架結構體系這種體系受力明確，使用靈活，制作安裝簡單，施工速度較快，但為抵抗側向力所需梁柱截面較大，一般可用于6層以下的多層建筑，且一般情況下，梁柱節點應采用剛接。這種體系用于高層建筑經濟性較差。5．錯列桁架結構體系錯列桁架結構體系產生于20世紀60年代，由美國麻省理工學院首先提出，并成功用于多個公寓及旅館建筑中。該體系是由房屋外側的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由于兩開間布置一榀桁架，且中間無柱子，所以非常適合住宅、旅館建筑各單元的靈活布置要求。這種體系的受力特點為：水平力主要通樓板傳至相鄰桁架的斜腹桿，如此水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層支撐傳至基礎，樓層間的柱子主要承受軸力，其所受的剪力和彎矩很小。由于桁架有整層高，所以整個體系剛度較大，一般不需要增加柱子剛度以控制位移，由錯列桁架結構體系中柱子主要承受軸力，其柱截面強軸可布置在縱向，故其縱向側移剛度亦較大，這種體系的用鋼量可較框架結構減少30～40%，因此該體系是一種經濟、實用、高效的新型結構體系，目前湖南大學正對該體系作系統研究。6.輕鋼龍骨結構體系輕鋼龍骨結構體系主要用于中低層住宅或別墅，大致可分為兩類，一類為以冷彎C型鋼組成的龍骨體系，另一類以小型熱軋型鋼組成的龍骨結構體系。輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中腰支撐通過配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成，梁柱構件厚度在1～3mm之間，柱子間距約為400～600mm。主要受力機理為：柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁，豎向力由樓面梁傳至墻壁的龍骨，再通過柱子傳至基礎；水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎。由于在傳力過程中，墻面板承受了一定的剪力，并提供了必要的剛度，故墻面板應滿足一定的要求。樓板可采用樓面輕鋼龍骨體系，上覆刨花板及樓面面層，下部設置石膏板吊頂，既可便于管線的穿行，又滿足了隔聲要求。該體系的優點為組成體系的構件尺寸較小，可將結構構件隱藏在墻體內部，有利于建筑布置和室內美觀，且保溫性能良好，梁柱均為鉸接，省卻現場焊接