多層輕鋼住宅的結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計

1.輕鋼住宅在我國的發(fā)展我國輕型鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過20多年的發(fā)展歷史，雖然起步并不晚，主要由于經(jīng)濟與技術(shù)的原因使得多層輕鋼住宅的發(fā)展受到制約。國內(nèi)最早出現(xiàn)的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是94年11月建于上海浦東北蔡的8層鋼結(jié)構(gòu)住宅，采用冷彎成型的矩形鋼管混凝土柱和U型冷彎型鋼組合梁組成框架。其特點是采用稻草板作外墻和樓板的組件，單位面積用鋼量34kg/m2。天津經(jīng)濟開發(fā)區(qū)太平村是我國住宅產(chǎn)業(yè)化的探索基地之一，來自中國，日本，美國，加拿大等15個國家和地區(qū)的95名參展商展示了各自的產(chǎn)品，其中鋼結(jié)構(gòu)住宅均采用框架結(jié)構(gòu)。樓板及墻體、屋頂均采用復合結(jié)構(gòu)，工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝，縮短了施工工期。長沙遠大集團建造的8層鋼結(jié)構(gòu)公寓，稱之為集成化建筑。該建筑裝有中央空調(diào)一體化機組，整體浴室，“五表”遠傳系統(tǒng)等現(xiàn)代化設(shè)備。室內(nèi)設(shè)計考究，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅的風格和質(zhì)量，表明了鋼結(jié)構(gòu)住宅的良好發(fā)展前景。表1為若干輕鋼住宅經(jīng)濟技術(shù)指標。當前，國家將住宅產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟新的經(jīng)濟增長點。為居民提供高質(zhì)量的符合市場需求的商品化住宅成為必然趨勢。國家鼓勵發(fā)展表1輕鋼住宅經(jīng)濟技術(shù)指標工程名稱馬鋼住宅試驗樓北京西三旗水電工程宿舍涿州中鐵紫荊關(guān)鋼結(jié)構(gòu)公司試驗樓保定太行集團輕鋼住宅示范樓結(jié)構(gòu)體系12層框架－支撐體系6層框剪體系6層鋼框架－砼核心筒體系空間框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式熱軋H型鋼H型鋼，壓型鋼板組合樓板焊接工型梁柱H形柱，工形梁用鋼量(kN/m2)52634652單位造價（元）110011001200900“新型建筑體系”，已將其列入優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)領(lǐng)域中。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。建設(shè)部標準定額研究司正在編制與修改與多層鋼結(jié)構(gòu)房屋密切相關(guān)的技術(shù)規(guī)程。建設(shè)部科技司在今年上半年分別召開了“鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導則編制研討會”和“鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及關(guān)鍵技術(shù)研究課題立項評審會”。通過了18個包括鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及其關(guān)鍵和試點工程的立項。國家政策為鋼結(jié)構(gòu)住宅開發(fā)創(chuàng)造了條件，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化住宅有望在最近取得突破性進展。2.多層輕鋼住宅的優(yōu)勢過去我國大量開發(fā)的是以小開間磚混結(jié)構(gòu)為主的住宅。這種住宅體系由于使用實心粘土磚，浪費土地資源，建筑物自重大，對抗震不利。另一方面，由于結(jié)構(gòu)體系自身的限制，住宅平面布局多為封閉式的小開間，不能適應(yīng)不斷變化的居住模式的要求。與傳統(tǒng)住宅相比，多層輕鋼住宅具有明顯的特點與優(yōu)勢，日益受到重視。(1)自重輕，抗震性能好。采用高效輕型薄壁型材，構(gòu)件截面特性優(yōu)良，相對承載力高，受力性能良好，整體剛度大，抗震性能好，可以大量節(jié)約材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低基礎(chǔ)，運輸和安裝費用。因此，對地震區(qū)，地質(zhì)條件差和運輸不便的地區(qū)，其優(yōu)越性更為明顯。(2)外形美觀，建筑造型簡潔，豐富，構(gòu)件截面尺寸小，凈使用面積增加。鋼材強度高，可以提供較大的柱網(wǎng)布置；當考慮樓板的組合作用，使用組合梁或扁梁時，可以增加凈高。這種開放式住宅既為建筑師提供設(shè)計的回旋余地，又為住戶提供了靈活分隔室內(nèi)空間的可能。(3)供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結(jié)構(gòu)至少縮短一半工期。在當前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對于降低工程總造價，增加投資效益幅度是十分重要的。(4)干法施工，裝備化程度高，建設(shè)快速，高效，質(zhì)量有保證。老眨貿(mào)(5俗)辣輕鋼結(jié)構(gòu)在生拴產(chǎn)和使用的過夸程中能源與原鏡材料消耗低，寨建筑垃圾少，慧粉塵少，噪音齊低，具有很高渴的可重復使用綁性和可循環(huán)性討，因此是一種希綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)佛。松似炎霸3叼.說多層輕鋼住宅巴的體系與結(jié)構(gòu)摟特點淚笑乒3.豎1都抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體夏系悠廈主要應(yīng)用迷于多層輕鋼住任宅的體系可分雄為：純鋼框架善體系，框架－板支撐體系，鋼銳框架－混凝土伏剪力墻體系，給周圍抗側(cè)力體完系等丹。姨豎盒既(1捕)首純框架體系常雅用認于魄4售～拒8絨層住宅。它主脹要由寬翼緣岔的撕H逼型或箱形柱和扇工字型梁組成尚，亦可采用熱漏軋旁H飽型鋼。這種體框系具有較為靈捕活的空間布局抱，但側(cè)向剛度廈較弱。相對于唱框架－支撐體作系，用鋼量較懂大。純框架體脅系多采用雙向市剛接，這樣可禁以加大結(jié)構(gòu)自構(gòu)身的側(cè)移剛度伙，減少抗側(cè)移悄構(gòu)件內(nèi)力，加容強耗能機制，漂提高建筑物的解延性。但節(jié)點鉛形式較為復雜粱。由于建筑美分觀的要求，端喝板連接不宜于窄多層輕鋼住宅否。授糊子槐(2鬼)紙框架－支撐體喊系主要由焊接堆工字型梁柱組債成。多數(shù)情況濁下，這種體系乒為橫向承重。處梁柱節(jié)點在橫聞向上，為剛接考；縱向為鉸接俗。因此，結(jié)構(gòu)界在縱向相當于傾排架，抗側(cè)移賊剛度很低，需鄉(xiāng)設(shè)置側(cè)向支撐話抵抗水平荷載皺，限制結(jié)構(gòu)的雁水平變形。支腸撐可用槽鋼，峰角鋼或圓鋼桿懼，具體形式可懲結(jié)合建筑立面精或門窗洞口需粒要采用單斜桿央、慨X鎮(zhèn)型計、笛K哀型或偏心支撐露。單斜桿簡單萌明快，但必須冬設(shè)置兩組不同暈傾斜支撐，以否保證結(jié)構(gòu)在兩至個方向具有同癢樣抗側(cè)力能力亦。范X名型支撐具有很此好的側(cè)向剛度地，但是交叉點圓處的細部構(gòu)造免比較復雜。偏飽心支撐具有非翻常好的抗震耗它能效果。它的慧工作原理是：墾在中、小地震必作用下，支撐乓提供主要的抗含側(cè)力剛度，與燙中心支撐相似圣；厚在大地震作用粗下，保證支撐茶不發(fā)生受壓屈爛曲，而讓耗能蒸梁段屈服消耗聰能量。它是專晚為譯抗震設(shè)計扭提供的支撐形芒式飽。解像拔艦(3縮)卷框架－鋼筋混殼凝土剪力墻（限筒）體系。用濾鋼筋混凝土剪值力墻部分或全攀部代替鋼支撐置，就形成了框講架－鋼筋混凝射土剪力墻（筒戴）體系。它適皺用于小高層住寺宅。一般將樓武梯或電梯間設(shè)祖計成鋼筋混凝語土墻（筒）。謹這樣即有效的渾加強了建筑物佩的側(cè)向剛度，惑又解決了樓梯板間的防火問題海。如果結(jié)構(gòu)剛碧心偏移過大，谷出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的問霞題，可在適當香部位設(shè)置鋼支飼撐剖。含藝鴨鞋(4鉤)背周圍抗側(cè)力體銀系。這種體系患在歐美國家的盆商業(yè)和民用建父筑中十分流行絨。它的特點是轎剛架柱強軸與惹其相交的建筑煩軸線垂直，形兔成外筒，抵抗惹水平荷載，將店之傳遞到基礎(chǔ)罪。它適用于建雹筑外型接近于講正方型的結(jié)構(gòu)哈。可以將這種列思路應(yīng)用到框丙架－支撐體系脂中。把縱向的倦支撐去掉，將斜原有位置的剛族架柱扭惠轉(zhuǎn)隙9捕0叔度，梁柱由鉸俯接變?yōu)閯偨??？傔@樣，剛架柱五同時起到抗風覆柱與豎向支撐疫的作用阻。栗豈對于多層跑輕鋼民用住宅床體系的選擇，韻不必拘泥于某每一種特定的體瓜系?？梢愿鶕?jù)奔建筑平面設(shè)計方的要求，靈活戀處理，綜合使廣用不同的抗側(cè)烈力體系沉。姻川甚駝3.2歪佛樓面屋蓋結(jié)構(gòu)弄樓面和屋蹦蓋必須有足夠抬的強度，剛度醋和穩(wěn)定性，同悅時應(yīng)當盡量減升少樓板厚度，壇增加室內(nèi)凈高塑。壓型鋼板－丙混凝土組合樓謎蓋是目前應(yīng)用螞較為廣泛的形叉式。它具有施療工速度快，平吵面剛度大，增時加房屋凈高的意優(yōu)點。具體做騎法是在鋼梁上表鋪設(shè)壓型鋼板鋸，再現(xiàn)狐澆診10織0棗～圍150m攤m黨混凝土。在鋼尋梁上焊接足夠桐的剪力連接件分，使鋼梁與混尤凝土協(xié)同工作陶構(gòu)成組合樓蓋束。這種做法耗鄰鋼量較大，且右需防火處理。死可以用預(yù)應(yīng)力雙鋼筋混凝土薄附板取代壓型鋼予板。此外，預(yù)端應(yīng)力圓孔板、聽迭合板、組合碼扁梁也是常用權(quán)形式總。訪排頭揭3.3賊害墻體結(jié)糟構(gòu)豐酒各種輕質(zhì)什墻體材料以其弱良好的保溫、體隔熱、隔聲性刊能受到開發(fā)商籃的青睞。目前譽，墻體主要分符為自承重式和妹非自承重式。挑自承重墻體主澡要包括用于外給圍護結(jié)構(gòu)輩的加氣混凝土鐮塊、太空板、嶄輕鋼龍骨加強扭板等，以及用炒于內(nèi)墻的輕混凍凝土板、石膏卻板、水泥刨花叔板、稻草板等歌。外掛的非自殿承重式墻體材寨料主要有彩色舌壓型鋼板、彩例色壓型鋼夾芯豈板、玻璃纖維蝴增強外墻板等釀。采用非自承屠重式墻體材料吩，需設(shè)置墻梁暑用以懸掛外圍遙護結(jié)構(gòu)。門窗御洞口上下要布沸置。墻梁多采尾用倘C垂或震Z渣型冷彎薄壁型樂鋼，尺寸取決填于跨度（剛架斑間距）和墻距逐（板跨）游。谷筐職譽3.4著花多層輕鋼住宅揀的防雜火酸稈鋼材屬于辟不耐火材料，彎溫度為抄400°C郵時，鋼材的屈懸服強度將降為脾常溫的一半，土溫度達到師600°C占時，鋼材基本鄉(xiāng)喪失全部強度妙和剛度。所以孩，鋼結(jié)構(gòu)不僅勵要進行結(jié)構(gòu)的訂抗火設(shè)計，還薄要采用防火措肯施保護。目前叔常用的防火措柱施有以下四種慚方負法保(1徹)輔防火涂料法。截將具有一定厚趁度的防火涂料影直接噴在鋼結(jié)法構(gòu)構(gòu)件上。防莫火涂料主要兩遣類：涂透層雜8央～喉50m什m千，粒狀表面，棵密度較小，耐朽火極毀限腔1舅～劍3德h抱的為厚涂型防編火隔熱材料；經(jīng)涂嚼層膠3異～碎7m尊m陶，遇火膨脹增槐厚，耐火極榴限遣0.1泳5聚～君2礦h在的為薄涂型防總火隔熱材料。累噴涂法造價較胞低，操作簡便寧，施工速度快鄭，但是構(gòu)件表雹面不平整，影蓋響美觀。墾（零2吼）隔離法。將惰防火材料或防產(chǎn)火磚沿構(gòu)件的天外圍，將構(gòu)件拍包裹，與外界讀隔離。這種方風法美觀，無污纏染，但施工速亦度較慢，適用魔于外露的構(gòu)件釘。濾（咬3皮）實心包裹法四。將鋼構(gòu)件澆懶注到混凝土中弓。什（腔4非）膨脹漆覆蓋靜法。將具有一但定厚度的膨脹倍漆噴涂、抹、純刷在經(jīng)過處理靜的構(gòu)件表面。當抗火極限最高晝達賀2睛h侵。覆蓋法施工絮容易，但不適職用于潮濕的環(huán)塑境，僅適用于加干燥的室內(nèi)綱。瞞輩沃瞞4.丑菌工程實港例軋范牽巴4.1嗎差工程背景介蘇紹難估某示范樓銳建筑面積嘉4665m2煌，嫁5丑層純鋼框架結(jié)疫構(gòu)，長這67m嚼，寬膀13.5m堅，層高據(jù)3m朽。焊接工字形所梁，縱橫雙向里剛監(jiān)接墳H楊形柱。樓面活板荷載聾為德2.0kN/童m圈2陜，屋面活荷進載崖0.3kN/孝m音2惱，輕型屋面恒文荷饞載頑0.3kN/瞞m匙2掛；基本風銅壓畫0.25k培N/m懇2絹；設(shè)計地震烈飛度睬為森7者度，絞Ⅱ徹類場地。屋面教為冷彎薄廢壁牢C提型檁條鋪雙層遭鍍鋅壓型鋼板外夾機100mm鳴厚保溫棉屋面州系統(tǒng)，外墻采梯用疫200mm吩厚陶粒混凝土檔空心砌體墻，壺分戶墻為鹿180mm恒厚菱鎂土板，則戶內(nèi)隔墻為落90mm吹厚菱鎂土板。賭條型基震礎(chǔ)筑,董柱與基礎(chǔ)為剛洋接販。死汁示范樓共膠有四個居住單丟元，兩種建筑媽平面布置形式顯，建筑面積分乖別為國143M2箱，揉102M2牢。一單元為大罵兩室兩廳，二趕、三、四單元謹為小兩室兩廳獎。一單元的大紛客廳使用了組黑合扁梁，從而任實現(xiàn)了梁與樓士蓋的一體化，何減少了結(jié)構(gòu)層訂高。對于正常慈極限狀態(tài)下的幸組合扁梁，將返鋼和混凝土兩逝種材料組成的引組合梁截面換戰(zhàn)算成同一種材淹料的截面，再耍按照彈性理論珍計算。為了樓臥板的放置，扁抽梁的下翼緣一靜般較寬，需驗瞎算施工時產(chǎn)生犧的偏心荷載。列為了減少設(shè)計心工作量，通常贈把扭矩簡化為齊已對大小相等搜、方向相反的嚴力分別作用于感扁梁的上下翼刪緣。詳細分析絞方法見文獻淚。咬婦或全4織.?。灿迫缬嬎惴椒ㄅc基例本要仍求坦帽對于多層鼠輕鋼住宅，盡廣管采用單向板挨，但由于縱橫殼向均有墻體荷座載分布，宜采詳用三維空間計勤算模型。本工瓣程采用的是普憑通樓板，不考記慮樓蓋對鋼架畏梁剛度增大的頑作用，忽略樓犬板的空間聯(lián)系姑作用，空間模膚型為純框架結(jié)啄構(gòu)。計算分析臭是采用有限元深分析軟創(chuàng)件刃ANSY揭S薯完成。在結(jié)構(gòu)鵝計算中采用三迫維梁單元，質(zhì)麗量單元計算結(jié)此構(gòu)自振周期以碧及靜力分析。豈相對于工業(yè)建捆筑而言，多層和民用建筑的荷艷載工況簡單明輪了。主要考慮置以下三種工況茄：挺悔工況一秧：響1.2愁×戴恒載標準值問＋眼1.4盲×誤活荷載標準桃值津喊工況二蜓：義1.2敘×鉤恒載標準值碼＋奮0.85×1賞.4抵×瓣（風荷載＋活剛荷載）標準雜值趣腿工況三尤：蛾1.2搖×弓重力代表值塵＋刪1.3雷×愧水平地震作用挽標準糊值只味對于多層輕鋼膛住宅地震荷載斷計算，由于樓宿層較低，結(jié)構(gòu)毒布置對稱，采娘用底部剪力法完就可滿足要求邀。統(tǒng)賀多層輕鋼住宅述側(cè)向位移具體牢要求如腦下譜:已曲鉗(1望)武在風荷載作用驚下的頂點水平棕位移與總高度差之比不宜大料于央1/50支0拋。賀烏談為(2牌)緒層間相對位移頭與層高之比不托宜大評于仙1/40旁0削。遠煮糠蜘(3做)紡在常遇地震作俗用下，層間側(cè)灶移不超過樓層板高劣度赴1/25游0條。窯澆對于多層商輕鋼住宏宅功,娃還要滿足剛架宰柱構(gòu)件穩(wěn)定性策與鋼框架的整寫體穩(wěn)定性要求逃。杠喇表楊2眾析兩種方案（空肆間模型）比鏟較重哀柱截面徹（孕m三m究）貓事柱用鋼清量已(t)緒蚊單位用量鬼（丟kg/m撤2籍）縱向主自振借周刊期抽(s)浮誦地震作用下縱適向最大層間位瞇移益拆橫向主自振周卷期朵（紗s槽）吩新地震作用下橫瓦向最大層間位易移似(粗mm)液方案則一牲300x3很00x12x乒892.9禿151.9杰61.65望71/42狼61.23隆21/63雕3樣方案緩二麗300x3姥00x10x角10114澆.5557丑.461.播1401/仁7001.互2311/拳632鳴方案比領(lǐng)較框天節(jié)雅省餅1興9金％麥券節(jié)罩省蓮9.氧6胞％蛾刪基本相彈同讀擦4孕.塘３非請計算分括析遍內(nèi)由于活荷傳載與基本風壓送較小，所以工屢況三為控制工皂況。計算設(shè)計恰時將兩種方案驚進行了比較，秤不改變剛架梁算的截面形式，誦只對剛架柱進情行改動。方案威一，剛架柱為耍工字形；方案跳二，剛架柱為乎箱形。狗表誰2尤給出兩種方案駱空間模型的主夠要計算結(jié)果，續(xù)可得到以下結(jié)劇論店：堂鳳跡良(1積)佛兩種方案的剛糾架柱在強軸方吊向慣性矩相同救，即在橫向結(jié)鞏構(gòu)的剛度相同親，因此橫向主虜自振周期以及粉地震作用陪下刑(2靜)走本工程長寬鋤比新5休，縱橫雙