輕型框架受拉支撐鋼結(jié)構(gòu)在低矮民居建筑中的應(yīng)用分析

【摘要】隨著國家對裝配式建筑不斷的深入推廣，鋼結(jié)構(gòu)作為建筑主體受力構(gòu)件的優(yōu)勢越來越明顯；在低矮民居建筑中，鋼結(jié)構(gòu)也更多的被采用，特別是輕型鋼結(jié)構(gòu)用在建筑中已成為一種趨勢：一方面低矮建筑層數(shù)不多，采用輕型鋼結(jié)構(gòu)能滿足結(jié)構(gòu)受力要求；另外，鋼結(jié)構(gòu)相比混凝土結(jié)構(gòu)或砌體結(jié)構(gòu)在抗震、節(jié)能、環(huán)保等方面有不可替代的優(yōu)勢；本文將從實(shí)例入手，對輕型框架受拉支撐鋼結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)形式選擇、不同工況作用下進(jìn)行分析，并得出初步結(jié)論，為類似工程進(jìn)行方案選擇時提供參考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；低矮建筑；裝配式；框架受拉支撐

目前國內(nèi)裝配式建筑主要采用混凝土預(yù)制（PC）件和鋼結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件；相對于鋼結(jié)構(gòu)而言，PC構(gòu)件發(fā)展較晚，還處于探索發(fā)展階段，各方面不成熟不完善；而鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展了很多年，從設(shè)計(jì)到加工制作再到安裝，已經(jīng)形成了一套相對成熟完整的工業(yè)化體系，成本控制上也相對完善；從當(dāng)前來看，裝配式建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)為主的建筑在各方面均優(yōu)于采用PC結(jié)構(gòu)為主的建筑。

對于低矮的建筑，鋼結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)大致有三種結(jié)構(gòu)形式：輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)形式、鋼框架結(jié)構(gòu)形式、 框架受拉支撐形式；通過對山東威海、浙江紹興、云南昆明、四川雅安的一些在建和已建的鋼結(jié)構(gòu)民居住宅項(xiàng)目調(diào)研，發(fā)現(xiàn)輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)形式的住宅主要采用輕質(zhì)維護(hù)、較薄樓板，人行走在樓面上有輕微的顫動，給使用者帶來一些不踏實(shí)的感受；其次，輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)件較多，結(jié)構(gòu)成本比傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)偏高； 鋼框架結(jié)構(gòu)形式的住宅雖然能給使用者帶來一些踏實(shí)的感受，當(dāng)?shù)鼐用裰幸苍敢饨邮?，但整體用鋼量較大，比輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，成本造價(jià)偏高較多；因此，有必要在低矮民居建筑工程中尋找一種造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安裝運(yùn)輸方便且當(dāng)?shù)鼐用衲芙邮艿闹黧w結(jié)構(gòu)形式。

1、項(xiàng)目概況

云南地區(qū)某民居，建筑為2層，建筑功能根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)性布置：一層設(shè)置堂屋、廚房、兩間臥室及衛(wèi)生間；二層設(shè)置糧食堆放廳、兩間臥室并在室外設(shè)晾曬臺，詳下圖：

2、結(jié)構(gòu)形式對建筑的影響分析

采用鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼框架受拉支撐兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算分析；假設(shè)地震烈度8度0.2g，風(fēng)荷載0.3KN/m2，場地Ⅱ類；柱選取方管，梁選取規(guī)格為H300x130的梁；兩種結(jié)構(gòu)形式平面布置如下圖；其中，框架結(jié)構(gòu)形式的方管柱為□200x200； 框架受拉支撐形式的方管柱為□100x100。

通過表一、表二的對比，發(fā)現(xiàn)在相同的作用條件下，框架受拉支撐的主體結(jié)構(gòu)計(jì)算的位移角比框架結(jié)構(gòu)形式計(jì)算的位移角偏小，說明框架受拉支撐的主體結(jié)構(gòu)能提供更大的剛度；其次，框架受拉支撐的主體結(jié)構(gòu)中采用的鋼柱截面僅約為框架結(jié)構(gòu)形式柱截面的一半，整體結(jié)構(gòu)用鋼量僅為框架結(jié)構(gòu)的1/2～2/3，結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的直接造價(jià)成本更低；因此，在低矮的民居建筑中，框架受拉支撐為主體的結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)優(yōu)勢更明顯。

3、地震作用對建筑的影響分析

采用更具優(yōu)勢的鋼框架受拉支撐形式進(jìn)行分析計(jì)算，其中方管柱為□100x100（該規(guī)格為市場上常用較小規(guī)格）， 梁選規(guī)格為H300x130的梁；不同地震烈度作用時，梁柱規(guī)格均不改變；假設(shè)該工程風(fēng)荷載0.45KN/m2，場地Ⅱ類；選取地震烈度8度（0.2g）、7度（0.1g）、6度（0.05g） 三種不同的烈度進(jìn)行地震作用分析。

經(jīng)PKPM計(jì)算分析后的指標(biāo)如下：

通過表一、表二可知，在其他條件不變僅改變地震作用條件下，周期不變，結(jié)構(gòu)位移角變化較大，但位移角均能滿足計(jì)算和規(guī)范的要求，說明結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較好；其中，梁柱已基本達(dá)到了最優(yōu)規(guī)格；受拉支撐可局部進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)件的應(yīng)力有局部的變化，但整個結(jié)構(gòu)桿件的規(guī)格和種類沒有變化；綜上所述，地震烈度對整體結(jié)構(gòu)有影響，但影響有限，不能成為影響結(jié)構(gòu)的主要因素。

4、風(fēng)荷載對建筑的影響分析

與地震作用分析時相同，采用更具優(yōu)勢的鋼框架受拉支撐形式進(jìn)行分析計(jì)算，其中方管柱為100x100（該規(guī)格為市場上常用較小規(guī)格）， 梁選規(guī)格為H300x130的梁，不同風(fēng)荷載作用時，梁柱規(guī)格均不改變；假設(shè)該工程地震烈度7度（0.1g）， 場地Ⅱ類，選取風(fēng)荷載為0.30KN/m2、0.45KN/m2、0.60KN/m2作用下進(jìn)行分析。

經(jīng)PKPM計(jì)算分析后的指標(biāo)如下：

在其他條件不變僅改變風(fēng)荷載作用時，結(jié)構(gòu)周期不變；通過表一，可發(fā)現(xiàn)在不同風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)位移角變化較大，但均能滿足計(jì)算和規(guī)范的要求；其中梁柱也已基本達(dá)到了最優(yōu)規(guī)格，受拉支撐可局部進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)件的應(yīng)力有局部的變化，但整個結(jié)構(gòu)構(gòu)件變化不大，結(jié)構(gòu)成本造價(jià)變化幅度在可控范圍之內(nèi)；因此，風(fēng)荷載雖對整體結(jié)構(gòu)有影響，但對結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響不明顯。

結(jié)語：

綜合對低矮民居建筑在不同結(jié)構(gòu)形式選取、不同地震作用影響和不同風(fēng)荷載影響的分析，可知：地震、風(fēng)荷載對整體結(jié)構(gòu)的變形有明顯的影響；但在滿足規(guī)范要求的前提下，構(gòu)件的規(guī)格種類變化不明顯，僅僅各構(gòu)件的應(yīng)力有變化；而結(jié)構(gòu)的形式選取對建筑影響較大，不同的結(jié)構(gòu)形式直接影響到結(jié)構(gòu)構(gòu)件規(guī)格的選取，進(jìn)而影響到整個建筑的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)成本； 因此，對于低矮的民居建筑，結(jié)構(gòu)形式的選取成為主導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)成本的主要因素，也成為建筑方案選擇的一個必然考慮因素。

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