摘要：鋼結構應用於建築已有數十年的歷史。為了凸現鋼結構住宅的優點，本文簡單介紹了鋼結構的優點及其在住宅上的設計思路。
關鍵詞：鋼結構；住宅；可行性；設計思路
1、鋼結構的優點
一般來說，材料的特性是推出新型建築形式的出發點。鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼製造而成的。和其它材料的結構相比，鋼結構有如下一些特點。
1.1 材料的強度高，塑性和韌性好
鋼材和其它建築材料諸如混凝土、磚石和木材相比，強度要高得多。因此，特別適用於跨度大或荷載很大的構件和結構。鋼材還具有塑性和韌性好的特點。塑性好，結構在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好，結構對動力荷載的適應性強。良好的吸能能力和延性還使鋼結構具有優越的抗震性能。另一方面，由於鋼材的強度高，做成的構件截面小而壁薄，受壓時需要滿足穩定的要求，強度有時不能充分發揮。
1.2 材質均勻，與力學計算的假定比較符合
鋼材內部組織比較接近於勻質和各向同性，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。因此，鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過程中質量可以得到嚴格控制，材質波動的範圍小。
1.3 鋼結構製造簡便，施工周期短
鋼結構所用的材料單純而且是成材，加工比較簡便，並能使用機械操作，因此，大量的鋼結構一般在專業化的金屬結構廠做成構件，精確度較高。構件在工地拼裝，可以採用安設簡便的普通螺栓和高強度螺栓，有時還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期。此外，對已建成的鋼結構也比較容易進行改建和加固，用螺栓連接的結構還可以根據需要進行拆遷。
1.4 鋼結構的重量輕
鋼材的密度雖比混凝土等建築材料大，但鋼結構卻比鋼筋混凝土結構輕，原因是鋼材的強度與密度之比要比混凝土大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過鋼筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為吊裝提供了方便條件。對於需要遠距離運輸的結構，如建造在交通不便的山區和邊遠地區的工程，重量輕也是一個重要的有利條件。
當然任何一種材料都不是十全十美的，鋼材的耐腐蝕性和耐火性就較為欠缺，在對結構進行防護時費用比鋼筋混凝土結構高。不過在沒有侵蝕性介質的一般廠房中，構件經過徹底除鏽並塗上合格的油漆，鏽蝕問題也並不嚴重。近年來出現的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗鏽性能，已經逐步推廣應用，並取得了良好的效果。鋼材長期經受100℃輻射熱時，強度沒有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達150℃以上時，就須用隔熱層加以保護。鋼材不耐火，重要的結構必須注意採取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石噴塗層或石膏板等加以防護。
2、鋼結構住宅的特點
鋼結構住宅與傳統結構相比，在使用功能、設計、施工以及綜合經濟方面具有優勢，主要體現在以下方面。
2.1 設計製造周期短，設計生產一體化
現代結構設計藉助於計算機和專業化結構分析軟體，使得設計周期大大縮短，設計中的修改和調整非常方便。同時，由於鋼結構具有工廠預製、現場安裝的特點，可以將前期設計和現業的生產手段相結合，通過網絡計算機和數控工具機結合，使設計人員在工作室中完成設計後，即由工廠的生產線完成產品製作，具有極高的效率和精確度，可以大大減少項目建設周期。
2.2 能夠合理布置功能區間
在居住建築中，建築師和居民一直希望能夠有大跨的無豎向結構的空間，這樣，可以根據需求進行靈活隔斷，使室內布置呈多樣化。傳統住宅由於所用材料的性質，限制了空間布置的自由。
2.3 承載強度高，抗震性能優越
相同的荷載，鋼結構截面最小，相同的截面，鋼結構承載力最大。在抗震設防區，鋼筋砼結構有許多不足之處，而鋼結構重量輕，六層輕鋼住宅的重量僅相當於四層磚混結構的重量，因此，本身所受的地震作用小；而且，鋼材具有高延性，有較好的耗能能力，因此，抗震性能好，結構安全度高。
2.4 施工方面優勢突出
現澆砼需要連續施工，在我國北方地區受到施工季節的影響。鋼結構的大部分構件在工廠生產，運往現場通過焊接或螺栓進行整體組裝，可全天候作業。施工現場作業量小，減少了施工臨時用地，與傳統建築材料相比，對周圍環境汙染小，提高了施工的機械化水平。
2.5 綜合造價低
鋼結構承載力高，可以實現結構的大開間布置，構件截面小，與砼結構和磚混結構相比，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以採用天然基礎型式。由於基礎在工程造價中佔有比重比較大，上部結構重量輕可以降低基礎的造價，從而減少整個項目的投資。鋼結構施工機械化高的特點，從另一方面減少了人工費用和模板等其它輔助材料費用。
3、鋼結構住宅的設計思路
3.1 判斷結構是否適合用鋼結構
鋼結構通常用於高層、大跨度、體型複雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。
3.2 結構選型與結構布置
在鋼結構設計的整個過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範未規定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關係、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來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、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易於手算、概念清晰、定性正確，並可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。
3.3 預估截面
結構布置結束後，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，可迴避鋼梁的整體穩定的複雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度後，其板件厚度可按規範中局部穩定的構造規定預估。
柱截面按長細比預估，通常50<λ<150，簡單選擇值在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。
3.4 結構分析
目前鋼結構實際設計中，結構分析通常為線彈性分析，條件允許時考慮P-Δ，p-δ。
新近的一些有限元軟體可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能，這為更精確的分析結構提供了條件。
3.5 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於工程管理。經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。構件設計中，現行規範使用的是彈塑性的方法來驗算截面，這和結構內力計算的彈性方法並不匹配，當前的結構軟體，都提供截面驗算的後處理功能。由於程序技術的進步，一些軟體可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫裡選擇加大一級，並自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。
3.6 節點設計
連接節點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，節點分剛接，鉸接和半剛接。
3.7 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製造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由於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，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。初學者可參考他人的優秀設計並參考相關的工具書，並依據規範規定編制。