我國鋼結構住宅起步很晚，只是改革開(kāi)放后，從國外引進(jìn)了一些低層和多層鋼結構住宅，才使我們有了學(xué)習與借鑒的機會(huì )。大規模研究開(kāi)發(fā)、設計制造、施工安裝鋼結構住宅還是近二三年才發(fā)展起來(lái)。由于具備其他結構無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，鋼結構住宅已經(jīng)給住宅產(chǎn)業(yè)和建筑行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)深層次的革命，從設計、施工、到一系列新材料的使用都出現了革命性的變化，因而在國際范圍內代表了未來(lái)的住宅發(fā)展新模式。  

     0 引言  
　　高層鋼結構建筑在國外已有110多年的歷史，1883年最早一幢鋼結構高層建筑在美國芝加哥拔地而起，到了二次世界大戰后由于地價(jià)的上漲和人口的迅速增長(cháng)，以及對高層及超高層建筑的結構體系的研究日趨完善、計算技術(shù)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的不斷提高，使高層和超高層建筑迅猛發(fā)展。鋼筋混凝土結構在超高層建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面積比率越來(lái)越大，在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結構受到質(zhì)疑；同時(shí)高強度鋼材應運而生，在超高層建筑中采用部分鋼結構或全鋼結構的理論研究與設計建造可說(shuō)是同步前進(jìn)。  
　　1 鋼結構穩定設計的原則  
　　穩定性是鋼結構的一個(gè)突出問(wèn)題。在各種類(lèi)型的鋼結構中，都會(huì )遇到穩定問(wèn)題。對于這個(gè)問(wèn)題處理不好，將會(huì )造成不應有的損失。  
　　根據穩定問(wèn)題在實(shí)際設計中的特點(diǎn)提出了以下三項原則并具體闡明了這些原則，以更好地保證鋼結構穩定設計中構件不會(huì )喪失穩定。  
　　1.1 結構整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩定性要求。  
　　目前結構大多數是按照平面體系來(lái)設計的，如桁架和框架都是如此。保證這些平面結構不致出平面失穩，需要從結構整體布置來(lái)解決，亦即設計必要的支撐構件。這就是說(shuō)，平面結構構件的出平面穩定計算必須和結構布置相一致。就如上述的1988年加拿大一停車(chē)場(chǎng)的屋蓋結構塌落，1985年土耳其某體育場(chǎng)看臺屋蓋塌落，這兩次事故都和沒(méi)有設置適當的文撐而造成出平面失穩。  
　　1.2 結構計算簡(jiǎn)圖和實(shí)用計算方法所依據的簡(jiǎn)圖相一致，這對框架結構的穩定計算十分重要。   　　目前任設計單層和多層框架結構時(shí)，經(jīng)常不作框架穩定分折而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時(shí)，計算框架柱穩定時(shí)用到的柱計算長(cháng)度系數，自應通過(guò)框架整體穩定分析得出，才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。然而，實(shí)際框架多種多樣，而設計中為了簡(jiǎn)化計算工作，需要設定一些典型條件。  
　　1.3 設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合，使二者有一致性。  
　　結構計算和構造設計相符合，一直是結構設計中大家都注意的問(wèn)題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點(diǎn)連接，應分別賦與它足夠的剛度和柔度，對桁架節點(diǎn)應盡量減少桿件偏心這些都是設計者處理構造細部時(shí)經(jīng)�？紤]到的。但是，當涉及穩定性能時(shí)，構造上時(shí)常有不同于強度的要求或特殊考慮。例如，簡(jiǎn)支梁就抗彎強度來(lái)說(shuō)，對不動(dòng)鉸支座的要求僅僅是阻止位移，同時(shí)允許在平面內轉動(dòng)。然而在處理梁整體穩定時(shí)上述要求就不夠了。支座還需能夠阻止梁繞縱軸扭轉，同時(shí)允許梁在水平平面內轉動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩定分析所采取的邊界條件。  
　　2 鋼結構住宅的設計流程  
　　2.1 判斷結構是否適合用鋼結構  
　　鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車(chē)起重量大、有較大振動(dòng)、高溫車(chē)間、密封性要求高、要求能活動(dòng)或經(jīng)常裝拆的結構。  
　　2.2 結構選型與結構布置  
　　在鋼結構設計的整個(gè)過(guò)程中都應該被強調的是“概念設計”，它在結構選型與布置階段尤其重要，對一些難以作出精確理性分析或規范未規定的問(wèn)題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經(jīng)驗所獲得的設計思想，從全局的角度來(lái)確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進(jìn)行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。

     2.3 預估截面  
　　結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。   　　鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。  
　　柱截面按長(cháng)細比預估。通常50<λ<150，簡(jiǎn)單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。  
　　2.4 結構分析  
　　目前鋼結構實(shí)際設計中，結構分析通常為線(xiàn)彈性分析，條件允許時(shí)考慮P-Δ，p-δ。  
　　新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線(xiàn)性及鋼材的彈塑性能.這為更精確的分析結構提供了條件。  
　　2.5 構件設計  
　　構件的設計首先是材料的選擇。通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理，經(jīng)濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。構件設計中，現行規范使用的是彈塑性的方法來(lái)驗算截面，這和結構內力計算的彈性方法并不匹配。當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進(jìn)步，一些軟件可以將驗算時(shí)不通過(guò)的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級，并自動(dòng)重新分析驗算，直至通過(guò)，如sap2000等。這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。  
　　2.6 節點(diǎn)設計  
　　連接節點(diǎn)的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現的一種情況是，最終設計的節點(diǎn)與結構分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免。按傳力特性不同，節點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。  
　　2.7 圖紙編制  
　　鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時(shí)也會(huì )由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。  
　　設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個(gè)設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。初學(xué)者可參考他人的優(yōu)秀設計并參考相關(guān)的工具書(shū)，并依據規范規定編制。  
　　3 鋼結構住宅設計中應注意的問(wèn)題
　　3.1 鋼結構，有低層和多層之分。低層一般不超過(guò)3層，用于別墅；多層用于公寓。本文介紹多層公寓住宅鋼結構設計中一些問(wèn)題。  
　　3.2 超過(guò)9層為高層。10～12層又稱(chēng)小高層。抗震規范GB50011對12層以下和12層以上的房屋提出不同要求。住宅鋼結構一般不宜超過(guò)12層。  
　　3.3 結構抗震性能與結構布置規則性有很大關(guān)系。結構布置不規則，地震時(shí)易損壞，而且除彈性設計外還要作彈塑性層間位移驗算。因此應盡量使結構布置符合規則性要求。  
　　3.4 住宅鋼結構的平面布置應力求規則、對稱(chēng)。住宅鋼結構常見(jiàn)的布置不規則，主要是平面不規則。如平面形狀不規則，Ｌ形等，特別是支撐剪力墻偏置，明顯不對稱(chēng)等。若樓層的最大彈性水平位移超過(guò)質(zhì)心水平位移的1.2倍就屬于平面不規則此時(shí)需對支撐剪力墻的配置進(jìn)行調整。  
　　目前，國內高層鋼結構鋼材幾乎都從國外進(jìn)口，工程總承包由國外承擔，制造和安裝則由國內廉價(jià)勞動(dòng)力承包，隨著(zhù)我國鋼產(chǎn)量的增加，鋼結構在建筑中的應用必然會(huì )越來(lái)越廣泛，也必然會(huì )產(chǎn)生越來(lái)越深遠的影響。