淺議抗震鋼結(jié)構(gòu)在民居建設(shè)中的應(yīng)用研究

羅繼鵬

摘要：近年來，國(guó)內(nèi)各級(jí)別地震時(shí)有發(fā)生，造成了巨大的損失，特別是對(duì)廣大農(nóng)村地區(qū)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此推廣抗震結(jié)構(gòu)民居建設(shè)，具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。而鋼結(jié)構(gòu)憑借其自身良好的抗震性能，凸顯了其在民居建設(shè)中的重要作用。本文在建筑鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)、性能以及實(shí)踐應(yīng)用等方面做簡(jiǎn)要分析，為鋼結(jié)構(gòu)在民居建筑中的推廣做點(diǎn)基礎(chǔ)工作。

關(guān)鍵詞：抗震鋼結(jié)構(gòu);民居建設(shè);研究

近年來，國(guó)內(nèi)四川汶川、青海玉樹、云南魯?shù)?、云南景谷等地相繼發(fā)生了震級(jí)較大的幾次地震災(zāi)害，造成民居倒塌、人員傷亡、財(cái)物損失，給震區(qū)居民帶來了非常嚴(yán)重?fù)p失，因此抗震鋼結(jié)構(gòu)民居建設(shè)成為一個(gè)重要的研究課題，本文就抗震鋼結(jié)構(gòu)民居建設(shè)方面作簡(jiǎn)要探討。

1、鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)與抗震性能

1.1民居結(jié)構(gòu)型式分析

對(duì)于民居建設(shè)結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)形式上的不同使得建筑物本身的抗震效果也存在著一定的差異性。在普通民居建筑物中常見的有土木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑因歷史及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等原因，在民居建設(shè)中并未得到較好的推廣應(yīng)用。傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雖然抗壓性能較強(qiáng)，但是其抗拉能力、抗剪力非常有限，再加上廣大農(nóng)村地區(qū)在建設(shè)過程中的不規(guī)范，更是削弱了結(jié)構(gòu)本身的可靠度。在復(fù)雜的地震應(yīng)力條件下，建筑物較容易會(huì)出現(xiàn)大面積損壞，甚至整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的坍塌。而對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)民居而言，容易實(shí)現(xiàn)模塊化建設(shè)，建筑質(zhì)量也能得到相應(yīng)保障，能充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)本身的抗震特性，不易出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，究其原因，主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)本身具有較好的延展性及彈性變形能力，能較好實(shí)現(xiàn)“大震不倒、中震可修、小震不壞”的抗震理念，這樣就可以最大限度地保證人的生命安全，并減少財(cái)產(chǎn)損失。

1.2鋼結(jié)構(gòu)民居抗震結(jié)構(gòu)與性能

鋼結(jié)構(gòu)民居的抗震結(jié)構(gòu)與性能，主要體現(xiàn)于鋼梁、鋼柱以及樓板屋面支撐體系三方面。傳統(tǒng)民居建設(shè)主要以二至三層建筑為主，結(jié)構(gòu)體系主要分兩種體系。一種是型鋼結(jié)構(gòu)，建筑物的梁柱均以型鋼安裝而成，如焊接H型鋼梁、鋼柱或成品鋼管柱結(jié)合H型鋼梁等。一種是輕鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系沒有明顯的梁柱區(qū)分，整體以輕鋼結(jié)構(gòu)安裝而成，如C型鋼、薄壁工字鋼以及其他槽鋼。地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)本身可發(fā)揮其彈塑性優(yōu)勢(shì)，通過構(gòu)建及節(jié)點(diǎn)變形以吸收或者減弱地震帶來的沖擊力，從而從整體上提高抗震性能。

1.3鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)選型

地震災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性特點(diǎn)，而且在此過程中會(huì)釋放出大量的能量釋，地震發(fā)生時(shí)民居建筑結(jié)構(gòu)的載荷表現(xiàn)出交變性、瞬時(shí)性以及隨機(jī)性。通常先縱波然后再橫波，其中橫波持續(xù)時(shí)間可達(dá)1分鐘的時(shí)間。民居建筑抗震的重點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)的抗震性，通過對(duì)震后建筑結(jié)構(gòu)的損害情況研究可知，民居建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能相對(duì)較差，而且容易出現(xiàn)脆性破壞現(xiàn)象。所以減少地震傷亡、民居建筑地震設(shè)防之間存在著較大的關(guān)聯(lián)性。然而，若想憑借著民居建筑結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性抵抗地震力破壞，幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的，必須使民居結(jié)構(gòu)具有柔性、以柔克剛，使民居建筑結(jié)構(gòu)從原來劇烈的擺動(dòng)狀態(tài)逐漸變得緩慢、穩(wěn)定，這樣可以有效減少地震對(duì)民居建筑的破壞。該種抗震鋼結(jié)構(gòu)民居建設(shè)，即從傳統(tǒng)“硬抗”，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“軟抗”，鋼結(jié)構(gòu)本身的柔性可對(duì)強(qiáng)烈的震動(dòng)起到緩沖作用;通過該種方式，可以使民居建筑結(jié)構(gòu)處于一種彈性狀態(tài)，吸收或者阻斷地震能量向民居建筑結(jié)構(gòu)上傳遞，增強(qiáng)民居建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。

2、民居建設(shè)中的抗震鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)踐

民居建設(shè)主要分部在廣大農(nóng)村地區(qū)，建設(shè)會(huì)經(jīng)常性的受到施工技術(shù)薄弱、施工機(jī)械缺乏、施工道路不暢、施工成本偏高等一系列不利因素限制，給鋼結(jié)構(gòu)建筑的推廣帶來較大阻力。所以研究出模塊化的建筑模型，將有利于鋼結(jié)構(gòu)的大面推廣。

2.1空間標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)對(duì)農(nóng)村住宅的基本功能與滿足功能所必須的尺寸，可以把農(nóng)村住宅空間提取為以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元：（1）適用于堂屋，起居室的標(biāo)準(zhǔn)單元;（2）適用于臥室，書房的標(biāo)準(zhǔn)單元;（3）適用于衛(wèi)生間、樓梯、儲(chǔ)藏空間的標(biāo)準(zhǔn)單元;（4）適用于廚房餐廳的標(biāo)準(zhǔn)單元;（5）適用于外廊和陽(yáng)臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)單元。為了配合鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)特性，保證平面的盡量規(guī)整，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元至少與其他的標(biāo)準(zhǔn)單元有一個(gè)邊的長(zhǎng)度相同，便于標(biāo)準(zhǔn)單元之間的銜接。

2.2空間可變性

由于鋼結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，在鋼框架結(jié)構(gòu)體系下，可以使得住宅做到只有四周的外墻承重，室內(nèi)的分隔墻都采用不承重的輕質(zhì)墻體，全部可以拆除，除了有固定管線的廚衛(wèi)空間外，其他所有空間都可以進(jìn)行重組，這樣就為空間的可變性提供了方便。從農(nóng)村的居住需求看，可以分為兩類：一種是可以針對(duì)人口的迅速增多或減少，調(diào)整空間格局;另一種是在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，家庭結(jié)構(gòu)的改變所產(chǎn)生的住宅可變性的需求

3、空間標(biāo)準(zhǔn)化是鋼結(jié)構(gòu)住宅在農(nóng)村推廣的前提

鋼結(jié)構(gòu)的施工需要有技術(shù)基礎(chǔ)的工人進(jìn)行操作，而當(dāng)前農(nóng)村地區(qū)的施工隊(duì)只熟悉磚混結(jié)構(gòu)的施工。如果鋼結(jié)構(gòu)住宅在農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行大量的建設(shè)就必須聘用一些熟悉鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)工人，考慮基本建設(shè)投資效益的提高，節(jié)省人工費(fèi)，需要走工業(yè)化道路。要真正地發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)住宅施工環(huán)境安全環(huán)保、制造安裝快速、拆遷簡(jiǎn)便、工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)選擇能標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)配件。墻體圍護(hù)材料應(yīng)該盡量使用能整體安裝和生產(chǎn)的復(fù)合型墻體板材，如新型輕質(zhì)墻板、復(fù)合墻板以及輕質(zhì)龍骨架墻板等。農(nóng)村住宅空間平面的設(shè)計(jì)決定了這些構(gòu)配件的規(guī)格、種類，為了使得這些標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)配件不至于種類繁多從而影響鋼結(jié)構(gòu)住宅在農(nóng)村地區(qū)的初步推廣，進(jìn)行農(nóng)村住宅空間標(biāo)準(zhǔn)化的研究顯得很有必要。農(nóng)村住宅空間的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)不僅能確保住宅符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求，并且能以最少的工作量及時(shí)地提供大量工程的設(shè)計(jì)資料。

結(jié)語(yǔ)：雖然將鋼結(jié)構(gòu)建筑融入進(jìn)民居建筑領(lǐng)域，存在著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、意識(shí)等種種問題，但其良好的抗震性能使其市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Ψ浅４?，而且也符合長(zhǎng)遠(yuǎn)的節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展要求。因此，應(yīng)當(dāng)不斷創(chuàng)新和改進(jìn)民居抗震鋼結(jié)構(gòu)形式，探索與結(jié)構(gòu)匹配的建筑新材料，降低鋼結(jié)構(gòu)建筑總體成本，將鋼結(jié)構(gòu)真正融入到民居建設(shè)中，為我國(guó)減震減災(zāi)以及新城鎮(zhèn)化建設(shè)事業(yè)做好基礎(chǔ)工作。

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