設計鋼結(jié)構(gòu)住宅應尊重住宅使用的根本要求
鋼結(jié)構(gòu)住宅是今后發(fā)展的一個重要方向，但鋼結(jié)構(gòu)僅僅是建筑中承重體系、服務部分，它不是建筑使用中的主要成分，鋼結(jié)構(gòu)住宅設計首先要遵循住宅建筑設計的一般原則，然后才是發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，單純突出鋼結(jié)構(gòu)而不考慮生活的舒適性、不能滿足人文要求的鋼結(jié)構(gòu)住宅項目是沒有市場的。對于鋼結(jié)構(gòu)住宅不能因為要推廣鋼材在建筑中的應用而簡單、強行在住宅結(jié)構(gòu)中使用，這樣作對推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅沒有實際意義。相對而言公建、體育場館、工業(yè)廠房等是鋼結(jié)構(gòu)在建筑中能發(fā)揮其特長的領(lǐng)域，近年來，我們已經(jīng)深刻感覺到這種應用變化。

筆者在設計中根據(jù)以下幾個原則來確定柱截面：
1）按方鋼管柱方案進行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)計算應力比結(jié)果接近 0.9 的情況，選定框架梁截面尺寸，根據(jù)方鋼管截面特性初選 X,Y 方向上工字鋼截面,計算時不考慮腹板作用，初步確定異型柱截面；
2）按工字鋼柱方案進行結(jié)構(gòu)分析，異型柱 T 型構(gòu)件布置方向，設柔性支撐代替異型柱中 T 型構(gòu)件在工字鋼弱軸上的剛度影響，按有側(cè)移鋼框架計算，調(diào)整異型鋼柱中工字鋼截面尺寸；完成后調(diào)整工字鋼及柔性支撐布置方向，驗算 T 型構(gòu)件與工字鋼腹板組成的工字鋼截面尺寸；
3）根據(jù)上一步建立的模型，選取工字鋼強軸所在的單榀框架進行抗震驗算，只參考工字柱強軸應力計算結(jié)果，檢驗異型柱單向受力是否滿足；
4）根據(jù)上述計算結(jié)果，手工核算梁柱節(jié)點處抗震承載能力，基礎(chǔ)設計時考慮偏軸引起的附加彎矩；
5）以普通工字鋼柱和方鋼管柱按無支撐框架體系分別進行正常設計，其中鋼梁按設計所選截面計算，根據(jù)合適的計算結(jié)果，統(tǒng)計鋼柱用鋼量以控制異型柱用鋼量的上下限。
上述方法沒有可依據(jù)的計算公式及條文，對偏軸引起的附加彎矩對整體的影響沒有更多處理，這也是筆者只在二三層住宅設計中應用，沒在更高的工程里使用異型鋼柱的原因。筆者提出異型鋼框架方案，希望得到大家的批評指正。
二、設計細節(jié)的問題
1、 整體計算時選取合適的結(jié)構(gòu)阻尼比根據(jù)抗震規(guī)范要求，除專門規(guī)定外，建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比應取0.05，當阻尼比不等于0.05時，地震影響系數(shù)曲線應進行修正，鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)阻尼比選取值見表 1。
表 1 不同結(jié)構(gòu)阻尼比應用值
從表 1 中數(shù)據(jù)可以看出，不同的鋼結(jié)構(gòu)體系有不同的地震影響系數(shù)，如果在結(jié)構(gòu)分析時錯誤選擇阻尼比對設計結(jié)果會產(chǎn)生較大影響,其中鋼管混凝土和鋼-砼混合結(jié)構(gòu)由于是兩種材料共同作用，在選取阻尼比時，應根據(jù)兩種材料應用比例綜合考慮阻尼比，結(jié)構(gòu)整體剛度越柔，阻尼比選值越低。

鍍鋁鋅鎂GLX合金鍍層系統(tǒng)采用世界上批量生產(chǎn)的所有熱浸鍍鋅鋼板中的技術(shù)，其獨特性已經(jīng)獲得認證，并于2013年取得中國國內(nèi)專利證書（ZL 2013 1 0314043.2），同時于2013年相繼在韓國、澳大利亞、臺灣取得專利證書。
鍍鋁鋅鎂采用韓國KS D3033標準，是將鋁鋅硅鎂合金化后，熱浸鍍在鋼板上的合金，鍍層由55%鋁、43.4%鋅和鎂（鎂約1-2%）、1.6%硅組成。
含鎂鍍層促進白鈉鎂礬（Simonkolleite-Zn(OH)8Cl2H2O）的生成，穩(wěn)定的白鈉鎂礬在鍍層表面形成一層薄膜，大大延緩了鋁和鋅合金鍍層的腐蝕反應，同時提高鍍層中的MgZn2、Mg2Si金屬間化合物，發(fā)揮優(yōu)秀的耐腐蝕性。當然Mg的含量越高，原板狀態(tài)下的耐腐蝕性就越高，但是Mg的增加會導致合金層硬度的增加。在切割時可能會引起鍍金層變硬、涂膜層裂紋。因為裂紋導致水分浸潤，反而會加重腐蝕。研究院研究，Mg的含量維持在1.6%的水平，產(chǎn)品耐腐蝕性和加工性會呈現(xiàn)狀態(tài)。

某住宅項目三層樣板間設計成異型鋼柱純框架結(jié)構(gòu)，建筑采用砌塊隔墻，建成后外部及室內(nèi)觀感均令人滿意，與該住宅成品（混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)）實際效果一致，下圖是樣板間實景。
在工業(yè)廠房設計中經(jīng)常采用異型鋼柱，采用排架受力體系時，異型鋼柱經(jīng)常設計成雙軸對稱或主受力方向單軸對稱，廠房縱向采用支撐系統(tǒng)抵抗縱向水平力，系桿、支撐構(gòu)件多連接于異型柱弱軸形心軸上，這樣在結(jié)構(gòu)概念設計及采用桿系軟件計算容易處理。住宅中應用異型鋼柱與廠房設計還是有很大區(qū)別的，下圖是廠房梁柱連接方式與住宅梁柱連接方式的簡單比較，
可以看出在住宅中，梁柱的截面形心軸不在同一位置上，不符合常規(guī)設計理念，在采用桿系軟件計算時無法解決偏軸問題。盡管如此，與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相比，筆者認為異型柱是在原來較大的矩形框架柱截面或整片混凝土墻修改為的截面面積較小的異型截面，相應地也減少了截面特性，而異型鋼柱是在一個工字鋼截面上增加一個T型截面，相應地是增加了弱軸方向的截面特性，特別是將鋼梁與鋼柱弱軸的剛性連接節(jié)點轉(zhuǎn)化為與柱翼緣連接，優(yōu)于常見設計中工字鋼柱在弱軸方向設外伸連接板的剛性連接，加強了工字鋼柱弱軸穩(wěn)定，對結(jié)構(gòu)安全是很有利的。一般認為工字鋼柱弱軸剛性連接不可靠，所以在很多構(gòu)造手冊上建議在弱軸采用鉸接框架加支撐體系或者采用鋼管柱設計方案，抗震規(guī)范“柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時，宜采用箱形截面。當僅在一個方向剛接時，宜采用工字形截面，并將柱腹板置于剛接框架平面內(nèi)。”規(guī)范中雖然沒有明確說不可采用工字鋼柱弱軸與鋼梁剛接，但根據(jù)抗震規(guī)范節(jié)點抗震承載力驗算要求，弱軸連接一般是無法滿足相關(guān)條款要求的。異型工字鋼柱相比箱形柱的節(jié)點加工容易、施工方便節(jié)約鋼材，相比框架支撐體系減少了支撐部分的設置，從應用角度可靈活用于住宅墻體中，滿足建筑師對住宅內(nèi)無外露結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要求。
筆者認為異型鋼柱在結(jié)構(gòu)分析中存在以下問題：
1)異型鋼柱全截面受力情況分析，這里主要指在弱軸上增加 T 型構(gòu)件，是否就相應的增加了這部分的截面特性，包括 T 型構(gòu)件偏軸遠近的影響，筆者認為鋼柱類型不同，截面特性增加比例也會不同；
2)異型鋼柱局部穩(wěn)定性計算，這點可以參考規(guī)范中柱板件寬厚比進行控制；
3)梁柱節(jié)點與鋼柱形心軸偏離時整體受力分析，采用普通桿系計算軟件是不能解決這個問題的。理想的計算模型應該采用有限元整體建模方式進行內(nèi)力分析， 可以解決上述問題，但建模工作量太大了。