多層輕鋼結(jié)構(gòu)的住宅設(shè)計

姚玉參

摘要： 本文簡要介紹多層輕鋼結(jié)構(gòu)的住宅設(shè)計的應(yīng)用問題

關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)住宅; 框架支撐體系;冷彎薄壁型鋼體系;樓蓋;節(jié)點抗震

Abstract: This paper briefly introduces the application problems of residential design with multiple layers of light steel structure.

Keywords: light steel structured house; framework support system; the cold bending thin-walled steel system; floor system; node seismic

中圖分類號: TU392.5文獻標識碼：A文章編號：

前言

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅相比于傳統(tǒng)住宅，有其突出的優(yōu)點：

輕鋼結(jié)構(gòu)配件制作工廠化和機械化程度高，商品化程度高。

現(xiàn)場施工速度快，主要為干作業(yè)，有利于文明施工。

鋼結(jié)構(gòu)建筑是環(huán)保型的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品。

自重輕，抗震性能好。

綜合經(jīng)濟指標不高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

隨著我國鋼產(chǎn)量的快速增長，對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，國務(wù)院1999年頒發(fā)的72號文件提出要發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。因此開發(fā)輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系已成為當前住宅結(jié)構(gòu)研究中的熱點。不過，多層輕鋼結(jié)構(gòu)的研究還處于起動階段，研究力度還不夠，實際設(shè)計和施工還存在不少爭議和問題。這些都急需解決，以利于輕鋼住宅在我國健康快速發(fā)展。

結(jié)構(gòu)體系選型

對低、多層住宅，目前國內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)體系主要有：

冷彎薄壁型鋼體系

構(gòu)件用薄鋼板冷彎成C形、Z形構(gòu)件，可單獨使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺釘。這種體系節(jié)點剛性不易保證，抗側(cè)能力較差，一般只用于1～2層住宅或別墅。

目前，這種體系在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用最廣。縱橫向都設(shè)成鋼框架，門窗設(shè)置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設(shè)計，滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅中，一般 都能滿足抗側(cè)要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主，弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證，因此設(shè)計 施工時須慎重處理。

（二）框架

目前，這種體系在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用最廣?？v橫向都設(shè)成鋼框架，門窗設(shè)置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設(shè)計。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅中，一般都能滿足抗側(cè)要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主，弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證，因此設(shè)計施工時須慎重處理。

（三）框架支撐體系

在風載或地震作用較大區(qū)域，為提高體系的抗側(cè)剛度，增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。這種體系為多重抗側(cè)體系，而且梁柱節(jié)點，柱腳節(jié)點可設(shè)計成鉸接、半剛接，施工構(gòu)造簡單，基礎(chǔ)主要承受軸力， 體形較小，因此成為人們青睞的對象?？蚣苤误w系又分為中心支撐體系和偏心支撐體系，中心支撐體系包括十字交叉支撐、單斜桿支撐、人字形或V形支撐和K形支撐等；偏心支撐系指支撐斜桿一端與梁相連，支撐軸線偏離柱軸線交點，在支撐與柱之間或支撐與支撐之間形成一段稱為消能段的短梁。常用的偏心支撐形式如下圖所示：

（四）框架剪力墻體系

在低多層住宅中，可以應(yīng)用傳統(tǒng)的剪力墻體系，如鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻。目前正在研究的空腔結(jié)構(gòu)板是一種理想的抗側(cè)結(jié)構(gòu)?？涨唤Y(jié)構(gòu)板是一種新型的輕質(zhì)板材，采用黃紙制成具有眾多等邊空腔 結(jié)構(gòu)的板狀基架，然后經(jīng)浸漬而成。該板材與鋼框架可靠連接，便可形成新型剪力墻。另外美國，澳大利亞等國還開發(fā)了交錯桁架體系，比較新穎。

主要構(gòu)件設(shè)計

柱

前已述及，鋼結(jié)構(gòu)住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應(yīng)該考慮強柱弱梁的要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強弱軸慣性矩之比3～10，勢必造成材料浪費。因此對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時可以提高框架的側(cè)向剛度，防火性能好，而且結(jié)構(gòu)破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結(jié)構(gòu)中，選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的，但總體上，箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應(yīng)得到廣泛應(yīng)用。方鋼管混凝土柱將是鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的主要方向，但由于缺乏相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程，目前在住宅中應(yīng)用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復(fù)雜，不利于工廠制作和現(xiàn)場施工，應(yīng)加大力度開發(fā)研究。

樓蓋

在多層輕鋼房屋中，樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是保證與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)調(diào)作用；另外從抗震角度來看，還應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自 重。常用的樓蓋結(jié)構(gòu)有：壓型鋼板－現(xiàn)澆混凝土組合樓板，現(xiàn)澆鋼筋混凝土板以及鋼－混凝土疊合板，而以第一種最為常用。目前，在多層輕鋼房屋整體分析時，還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，即使設(shè)置抗剪鍵，也偏保守地假設(shè)鋼結(jié)構(gòu)承受全部荷載，這樣不僅增加材料用量和結(jié)構(gòu)自重，反而會造成強梁弱柱的不利情況。

支撐體系

支撐分中心支撐和偏心支撐兩種，偏心支撐框架是指支撐偏離梁柱節(jié)點的鋼結(jié)構(gòu)框架，是近年來發(fā)展起來的抗震結(jié)構(gòu)。偏心支撐框架體系是一種非常剛勁的結(jié)構(gòu)體系，它具有極好的耗能能力以抵抗大的地震影響。偏心支撐框架比起中心支撐框架，有相對較小的側(cè)向位移和更均勻的層間分布。但目前國內(nèi)對偏心支撐用的很少，建議在高烈度區(qū)首選偏心支撐。

節(jié)點抗震設(shè)計

框架梁柱節(jié)點一般采用兩種連接方法，根據(jù)"常用設(shè)計法"，即翼緣連接承受全部彎矩，梁腹板只承受全部剪力的假定進行設(shè)計。震害表明，這種設(shè)計不能有效滿足"強節(jié)點弱桿件"的抗震要求，在高烈度區(qū)隱患很大。改進的框架節(jié)點設(shè)計，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積。

結(jié)論

低、多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，可顯著減小主梁撓度和柱頂位移。

為改進框架節(jié)點的抗震性能，可在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或?qū)⒘憾松舷乱砭壖訉挕?/p>

設(shè)偏心支撐時，梁應(yīng)根據(jù)耗能梁段的受力類型設(shè)置加勁肋。

參考文獻

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