引言 近年来，随着装配式轻钢建造行业的广泛宣传，装配式钢结构住宅逐渐出现在人们的眼前。可对于以混凝土住宅为主导的建筑市场来说，装配式钢结构住宅依然是一种新鲜事物，大范围推广仍需时间。目前行业内存在的钢结构装配式住宅主要有低层冷弯薄壁型钢、装配式钢框架、钢框架＋支撑结构、钢框架＋延性墙板、钢管束混凝土组合剪力墙五种常用的结构体
引言
近年来，随着装配式轻钢建造行业的广泛宣传，装配式钢结构住宅逐渐出现在人们的眼前。可对于以混凝土住宅为主导的建筑市场来说，装配式钢结构住宅依然是一种新鲜事物，大范围推广仍需时间。目前行业内存在的钢结构装配式住宅主要有低层冷弯薄壁型钢、装配式钢框架、钢框架＋支撑结构、钢框架＋延性墙板、钢管束混凝土组合剪力墙五种常用的结构体系[1-2]。对于各种类别的住宅楼及结构体系的适用条件及经济性对比分析研究，将对今后钢结构装配式住宅市场产生重要影响。
01
钢结构装配式建筑中框架及框架＋支撑体系的优势
钢框架结构和钢框架+支撑结构这两种常用的钢结构装配式体系，在整个住宅产业中都各自具有独特的优势，具体如下。
框架结构：抗震性能良好，由于钢材延性好，既能削弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震的变形能力；形成较大空间，平面布置灵活，结构各部分刚度较均匀，构造简单，易于施工[3]。
框架＋支撑体系：在控制侧移方面及结构剪力合理分配方面具有明显优势，对于承受较大风荷载及地震力且需要控制变形的高层建筑来说非常契合[4]。
02
案例工程
本文以湘2017G102-2钢结构城镇住宅示例中提供的钢结构住宅样板户型作为案例工程。楼栋总建筑面积8 653 m2，标准层建筑面积约390 m2，地上22层，地下0层，结构高度66.2 m。柱主要采用方钢管，梁采用轧制型材，梁柱连接主要采用刚性连接，梁连接采用铰接连接；楼面采用钢筋桁架楼承板或叠合板。
03
结构计算参数及主要控制指标
本工程结构设计基准期：50年；结构设计工作年限：50年；建筑结构安全等级：二级（γ0＝1.0）；建筑抗震设防类别：丙类；建筑高度类别：A类；地基基础设计等级：丙级；抗震设防烈度：6度；抗震措施：6度；地震影响系数αmax：0.04；设计地震分组：第一组；场地类别：II类；特征周期Tg：0.35 s；弹性分析，阻尼比：0.02；大震弹塑性分析，阻尼比：0.07；周期折减系数：0.9；结构抗震等级：剪力墙：四级，框架：四级。两种结构体系竖向构件均采用方钢管柱，柱内均灌注C30混凝土。为了不影响首层的使用功能，钢柱柱脚均采用埋入式柱脚，其节点做法大样详见图1。
结构整体分析采用北京盈建科结构分析软件YJK4.3.0.0版本建模。上部结构嵌固部位取地下室顶板，计算模型不考虑地下室结构的影响。整体分析时采用刚性楼板假定，计算结构在竖向荷载、风荷载及地震作用下的内力与位移[5-7]。
（1）结构平面布置图。针对所选取的装配式钢结构住宅户型，钢框架结构钢柱布置于建筑转角处及户内各横纵墙交接处等不影响使用功能的区域，其钢框架结构平面布置图如图2所示。
（2）质量计算结果。经计算，钢框架结构模型恒载总质量统计为9 038 t，活载总质量统计为892 t。
（3）自振周期计算结果。Y向平动周期（第一周期）：4.256 s；X向平动周期（第二周期）：4.244 s；扭转周期（第三周期）：3.762 s；扭转周期比：0.88；质量参与系数（%）：95（X）95（Y）。
（4）位移计算结果（钢框架结构）。经计算，钢框架结构在地震作用下位移相关计算结果详见图3、图4、图5、图6、图7、图8。
（5）舒适度计算结果（钢框架结构）。顺风向（X）：0.048 m/s2；顺风向（Y）：0.091 m/s2；横风向（X）：0.066 m/s2；横风向（Y）：0.044 m/s2。
（6）底层柱及支撑验算结果（钢框架结构）。经计算，本工程（钢框架体系）的底层柱及支撑计算结果详见图9。
（1）结构平面布置图。针对所选取的装配式钢结构住宅户型钢框架结构钢柱布置于建筑转角处及户内各横纵墙交接处等不影响使用功能的区域，其标准层钢框架＋支撑结构平面布置图详见图10。
（2）质量计算结果。经计算，钢框架＋支撑结构模型恒载总质量统计为9 040 t，活载总质量统计为892 t。
（3）自振周期计算结果。经计算，钢框架＋支撑结构自振周期计算结果如下。
Y向平动周期（第一周期）：3.339 s
X向平动周期（第二周期）：2.978 s
扭转周期（第三周期）：2.024 s
扭转周期比：0.61
质量参与系数（%）：96（X）96（Y）。
（4）位移计算结果（钢框架＋支撑结构）。经计算，结构在地震作用下位移相关计算结果详见图11、图12、图13、图14、图15、图16。
（5）舒适度计算结果（钢框架＋支撑结构）。顺风向（X）：0.043 m/s2；顺风向（Y）：0.073 m/s2；横风向（X）：0.038 m/s2；横风向（Y）：0.043 m/s2。
（6）底层柱及支撑计算结果（钢框架＋支撑结构）。经计算，本工程（钢框架＋支撑结构）底层柱及支撑计算结果详见图17。
04
对比分析
根据对比分析两种结构计算结果得出结论如下。①重力荷载结果表明，在重力荷载作用下，两种计算模型的结果非常接近，说明两种计算模型中的楼层荷载取值是准确的。②自振周期计算结果显示，虽然两种方案扭转周期比均满足规范要求，但是在两个主轴方向的刚度及抗扭刚度上，两种结构体系有着明显的差距。钢框架体系结构平动周期及扭转周期大幅高于钢框架＋支撑体系，由此可见钢结构中支撑的设置对于结构刚度及抗扭转性能的正面影响是非常大的。③两种结构体系底层柱整体轴压比相似，但纯框架体系底层钢柱抗弯应力比要明显大于钢框架＋支撑体系，部分钢柱应力比已接近1.0的设计限值，安全富余较小。可能是由于框架体系刚度较弱，整体变形大，导致柱受弯明显[8-9]。④两种方案位移指标及舒适度计算结果均满足规范要求，但是框架体系的结构整体位移要大于框架＋支撑体系。
根据图集提供的钢结构装配式住宅户型，本文在同一设计条件下（相同户型平面、相同荷载条件及相同抗震烈度下）进行建模计算，通过分析各结构计算结果可以得知，钢框架结构和钢框架＋支撑结构通过合理的结构布置均能够在结构各指标上满足规范要求，但在结构抵抗位移以及扭转的能力上，钢框架＋支撑体系明显优于钢框架体系，从而可以判断在抗震性能方面，支撑的设置对于高层钢结构住宅具有重要的作用，且本研究对象的支撑设置位置均考虑了项目的实际使用情况，为不影响建筑使用功能，在山墙处及电梯楼梯间处设置了少量的支撑[10]。因此，对于高层钢结构装配式住宅，建议尽量采用钢框架＋支撑的结构体系，灵活利用户型布置根据具体计算需要设置支撑。
