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摘要：多层装配式钢结构多层的设计是近年来逐渐得到关注的研究问题。尝试将建筑设计逐渐向建筑业全过程渗透，有利于提高装配式住宅产品品质，改进前期设计与后期建造施工的衔接，提升住宅的绿色节能效益，增强装配式住宅的适应性与实用性。
关键词：多层装配式；钢结构；住宅设计
引言：当前，装配式钢结构住宅在国内外都有广泛应用。尤其是在国外，装配式钢结构住宅建筑中已经占据了较大比例，逐渐形成了完整配套的住宅产业化体系。近年来我国多层装配式钢结构住宅也取得了较好发展，多层装配式钢结构住宅的系统化、系统化特征逐渐明显，但也存在一些问题。下面就多层装配式钢结构住宅的设计问题做具体分析。
1.多层装配式钢结构在住宅建筑的应用优势
1.1高净空、大空间优势
和普通的住宅相比而言，钢结构装配式住宅是钢结构体系承重，墙体只承担围护和空间分割的作用，显著提升住宅的空间适应性，住户可以参考自身的空间需求灵活布置，既不会影响住宅结构整体稳定性，又能突出高净空、大空间优势。
1.2工业化度高、施工方便
钢结构装配式住宅的构配件都是工业化生产出来的，其显著特点就是模数化、标准化，这在一定程度上保证了构件的质量精度满足规范，也符合了住宅产业化的需求。工厂生产完部件后，再将其运到建筑施工现场进行装配化作业，能减少许多现场施工作业步骤，施工更加方便。其次，与混凝土结构相比，钢结构装配式住宅的施工机械化程度更高，施工速度更快，在确保工程质量和安全的同时，其还能大幅缩短工期。
1.3自重轻、抗震性能强
钢材的力学性能是比较高的，在结构稳定的前提下，钢结构和混凝土构件相比，其截面尺寸更小，因此钢结构装配式住宅的自重轻。在降低住宅结构自重的同时，其基础造价也能有效节约。钢材的延展性和强初性是突出优势，其延展性能减少地震作用结构脆性破坏带来的危险隐患，凸显较好的抗震性能和安全性，让高层住户住的更放心。
1.4绿色环保、污染小
钢结构装配式住宅最主要使用的材料是钢材，其具有可重复利用和价值体现性优势，是一种绿色建材。以前传统建筑用的实心粘土砖，因为大量浪费土地资源、污染环境，现已禁止限制使用。而相比较而言，钢结构装配式住宅易于实现工业化生产、标准化制作，可采用节能、环保的新型墙体材料与之配套，更加健康、环保[1]。钢结构装配式部件在生产中不会产生多余的废料废气，避免了造成大气污染，在施工中无噪声、无污水排放，避免了造成环境污染，而且在最后拆除时，建筑构件材料可循环利用，这些都符合了我国住宅产业化和可持续发展的目标，是我国现代化住宅建筑发展的趋勢方向。
2.多层装配式钢结构住宅的设计要点
2.1户型设计
在进行住宅建筑的设计时，常规的户型设计无法满足装配式钢结构住宅对模数化以及生产施工的要求，因而需要设计出适宜的户型。随着社会经济以及建筑技术的发展，我国的建筑住宅类型也更加丰富多样，多层住宅的施工建设也越来越普遍。如与传统住宅相比，多层装配式钢结构住宅的建筑空间的可变性、自由度等较高。且装配式钢结构住宅的维护系统与结构支撑体系相互独立，建筑中隔墙的位置、模数等都可以根据实际情况做灵活设计与改变。。
2.2楼板设计
多层钢结构住宅的楼板，可采用钢筋混凝土楼板和压型铜板组合楼板。这一类型的楼板不仅造价低，而且施工过程简单，整体性能优良，在建筑工程中比钢筋混凝土楼板更为适用。
2.3模数化设计
在传统建筑的多个领域中，模数化设计已经取得了相对广泛的应用。如传统建筑中的门窗构件、开间进深、柱网、轴线等，多是采用模数化设计。与其他的设计技术相比，模数的设计要求更严格、更深入、更全面。此外，在进行多层装配式钢结构住宅的设计时，设计人员需要掌握构件生产尺寸的模数，了解框架结构与其他建筑材料之间的适配性等，从而确保建筑设计质量[2]。
2.4柱脚设计
钢结构的柱脚，主要是指钢结构最下层柱构件的下端和基础混凝土连接部分。柱脚是将最下层柱下端所受的轴力、剪力、弯矩等有效传递给基础。在整个钢结构建筑中，钢结构柱脚发挥着重要作用，因此需高度重视钢结构柱脚的设计工作。当前，常见的钢结构柱脚主要有外露式柱脚、埋入式柱脚以及外包式柱脚。其中，外露式柱脚施工简便，施工效率高，但是其的刚度、承载力、抗震性等较低，因此外露式柱脚在高层建筑、小规模钢结构建筑中都有应用，但在多层钢结构住宅中应用的较少。埋入式钢结构柱脚与外露式柱脚有所不同，埋入式柱脚的承载力、抗震性等更为良好。埋入式柱脚的轴力主要是通过钢柱脚部的底板进行传递；埋于混凝土中的钢柱与混凝土间的承压则主要传递剪力与弯矩。为保证钢柱结构的稳固性，在设计时应使用一定数量的钢筋配置在钢柱周围，尤其是在边柱的周围配置钢筋，并适当增加混凝土的保护层厚度，以防工程在后续施工或使用过程中出现相关质量问题或安全问题。对于多层钢结构建筑，选用埋入式柱脚最为适宜[3]。为保证整个建筑结构的稳定性，在选择并应用埋入式柱脚时，设计人员应根据建筑物的类型来选择相应的柱脚连接形式，从而提升整体的设计质量。在设计外包式柱脚时，主要通过钢柱脚部的底板将轴力传递给基础，同时通过外包式构件混凝土部分来传递剪切力与弯矩，以此保证整个建筑结构的稳固性。
2.5节点设计
在设计节点时，应保证构件截面承载力小于节点连接的承载力，并满足各种不同结构体系相应的刚度、强度以及延性等的要求。多层钢结构住宅系统中，节点设计主要涉及到以下工作：梁梁连接的节点设计、柱脚节点设计、柱柱拼接节点设计、梁柱连接节点设计等。在梁柱连接部位，一般常见以下三种设计方法：全螺栓节点，栓焊混合节点以及全焊接节点。上述三种连接节点，在抗震性等方面有所不同。如全焊接节点的节点刚度以及延性较好。全栓焊连接节点整体上呈现出一种滞回曲线，该种节点的延性较差，抗震性能也较差，当受到地震的影响时，建筑节点的承载力将受到影响而降低[4]，因此该种节点形式一般用于非地震区多层框架。而栓焊混合节点，在衍生性、抗震性等方面较好，因此目前应用的较为广泛。在具体设计工作中，设计人员可根据实际情况做合理选择。
2.6节能设计
要想提升多层装配式钢结构住宅的节能性，在设计时就应做好住宅的朝向设计，而南北向设计最为适宜。在南北向房间中，冬暖夏凉，冬天有阳光射入室内，可提升室内温度并因此减少对空调、煤炭等的使用；夏季可最大程度减少太阳对墙面以及室内空间的照射，并保持通风的顺畅，确保室内温度适宜。另外，在多层装配式钢结构的节能设计中，设计人员还应做好围护结构设计，有效提升围护结构的热工性能，减少房间热量的散失，以此达到节能目的。具体如，设计人员可通过控制窗墙比来改善屋面、楼地面、楼梯间、门窗等建筑围护结构的热工性能，以此实现建筑节能目标。
结束语
综上所述，装配式建筑特别是装配式住宅将成为新时期我国建筑节能与绿色建筑发展规划的重要方向。目前，多层装配式钢结构住宅以其适应性和经济性，成为应用较为广泛的装配式住宅种类。探索适宜的多层装配式钢结构住宅的建筑设计原则，具有重要的实践意义。
参考文献
[1]汪平平.高层装配式钢结构住宅立面设计研究[D].北京交通大学，2019.
[3]常威，陈涛.多层装配式钢结构住宅设计研究[J].住宅与房地产，2019（22）：71.
[3]柴庆霖.低多层装配式钢结构住宅户型设计研究[D].中国矿业大学，2018.
[4]李永健.基于IFD理论的钢结构住宅设计研究[D].北京交通大学，2018.