多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用研究

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國家經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，鋼產(chǎn)量的提高，給鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用帶來了前所未有的機遇。國內(nèi)除各種鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房、鋼結(jié)構(gòu)體育場館、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、大型飛機庫建設(shè)外，還有已建和在建的一批如深圳帝王大廈、上海金茂大廈、大連遠(yuǎn)洋大廈等近30幢高層鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑。在此期間，以輕型鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展最快，普及最廣。輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于各種工業(yè)與民用建筑，起結(jié)構(gòu)形式主要有波形拱殼屋面結(jié)構(gòu)和門式剛架結(jié)構(gòu)，它們以美觀、新穎的造型、較低以的用鋼量和較短的施工周期而倍受業(yè)主的歡迎。

　　一、多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用結(jié)構(gòu)方案

　　輕型鋼結(jié)構(gòu)多層房屋中最常用的結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑方案的需要有時也采用懸掛體系。梁柱多為軋制或焊接工形截面，有時柱也可采用箱形截面。由于受到我國型鋼品種和供應(yīng)的限制，目前主要采用焊接構(gòu)件?？蚣芙Y(jié)構(gòu)平面布置靈活，柱網(wǎng)尺寸磕打可?。ㄒ话?—9米），各部分剛度比較均勻，構(gòu)造簡單，易于施工。其自振周期較長，自重較輕，對地震作用不敏感。但其側(cè)向剛度小，側(cè)向位移難以控制。對于一些設(shè)有電梯的多層房屋，為增強側(cè)向剛度，結(jié)合其電梯井的布置，還可以采取框架一抗剪桁架體系或框架一剪力墻（通常為鋼板剪力墻）結(jié)構(gòu)體系。支撐體系為了加強多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，抵抗水平風(fēng)荷載和地震作用，通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內(nèi)布置垂直支撐體系。根據(jù)要求可以沿縱、橫單向布置或雙向布置。支撐與框架鉸接，按拉桿或壓桿設(shè)計?？紤]到門窗的布置，可以采用X型、單斜桿型、人字型、倒人字型、w型、倒W型、門式等形式．為在強震作用下具有良好的吸能耗能性能，則采用偏心支撐。在不影響建筑功能的前提下，在平面上支撐應(yīng)均勻布置。對后五種支撐應(yīng)驗算梁上支撐軸力引起的附加彎矩。偏心支撐的優(yōu)點是在較小或中等的水平荷載作用下有足夠的剛度，而在嚴(yán)重超載（如大地震）時具有良好的延性，是一種較好的抗剪支撐。

　　樓蓋體系多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性。當(dāng)前較常采用的是在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板，再澆注100—150mm的鋼筋混凝土板，即壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板與鋼梁之問用栓釘連接。另外還可用預(yù)應(yīng)力薄板加混凝土現(xiàn)澆層或一般鋼筋混凝土樓板，此時應(yīng)保證樓板和鋼梁之間的可靠連接。設(shè)計時如考慮鋼梁和樓板的組合作用，可顯著提高梁的承載力和整體穩(wěn)定性，并有效降低梁高。主梁與次梁的連接一般為簡支等高連接，有時也做成不等高連接，如采用壓型鋼板組合樓板時，為便于鋪設(shè)壓型鋼板，主次梁頂面相差壓型鋼板厚度，同時還可以增大建筑凈層高。

　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)為了減輕多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的自重，圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用輕質(zhì)材料。外墻墻體多采用輕質(zhì)填充材料，如空心砌塊、加氣混凝土等，有時可采用壓型鋼板加輕質(zhì)保溫層組成的復(fù)合墻體，也有很多房屋外墻采用輕質(zhì)美觀的玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。內(nèi)隔墻可采用空心砌塊、加氣混凝土等輕質(zhì)填充墻或輕鋼龍骨石膏板，目前也有采用鋁合金框玻璃隔斷的。對輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋來說，傳統(tǒng)的油氈加瀝青的屋面防水層很不經(jīng)濟，現(xiàn)大都采用卷材防水。屋頂也掘棄了傳統(tǒng)的水泥砂漿找平層和焦渣保溫層而采用輕質(zhì)保溫材料，如JQN板、聚乙烯混凝土板等，可根據(jù)要求做成變厚度而取消屋面找平層?；A(chǔ)形式多層輕鋼房屋基礎(chǔ)常用柱下獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、十字形基礎(chǔ)，有時也可采用片筏基礎(chǔ)。采用柱下獨立基礎(chǔ)時．應(yīng)注意各基礎(chǔ)相對不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響?；A(chǔ)梁常用現(xiàn)澆或預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有時根據(jù)要求也可采用鋼基礎(chǔ)梁，但通常將埋置在地面以下的柱腳和鋼梁外包混凝土，以解決防腐問題。

　　節(jié)點構(gòu)造多層房屋鋼結(jié)構(gòu)柱多采用焊接工形或箱形截面。由于工形截面腹板比較薄，故在此弱軸方向與梁的連接多采用鉸接，而強軸方向采用剛接形式。有時還可采用半剛性連接，但其受力特性較復(fù)雜，往往通過試驗來取得較準(zhǔn)確的設(shè)計數(shù)據(jù)。同時多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件相對較薄，應(yīng)盡量避免工地現(xiàn)場焊縫連接。為了加強結(jié)構(gòu)的整體剛度，可以把次梁做成連續(xù)梁的形式。防火和防腐措施我國的鋼結(jié)構(gòu)防火主要采用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層等方法。對于外露的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如樓梯等多用涂料和漆料，采用10～40ram厚的涂料，耐火極限可達(dá)1.5—3h，而發(fā)泡漆的耐火時間一般為0.5h。對隱藏的構(gòu)件，珍珠巖和蛭石防火噴涂或防火板是經(jīng)濟有效的方法，30一40mm厚的噴涂可實現(xiàn)1.5h的耐火極限，并兼有一定的防腐能力。暴露鋼構(gòu)件一般采用耐腐蝕涂料或油漆防腐，由底漆和面漆組成。目前防腐涂料的有效期為10～20年，所以要定期重新涂刷。鍍鋅壓型鋼板本身具有一定的防腐能力，在用于樓蓋時可借助于防火涂料解決防腐問題，但用于屋面和外墻面時還要涂以有機涂料，增加其耐久年限。

　　二、應(yīng)注意的問題

　　1、結(jié)構(gòu)計算應(yīng)充分利用計算機的輔助設(shè)計（如3D3S、STS、STAAD、ETAB等），采用三維空問結(jié)構(gòu)分析，計算中應(yīng)考慮梁、柱的軸向變形、彎曲變形和剪切變形的影響，以及梁柱節(jié)點域剪切變形對側(cè)移的影響。

　　2、應(yīng)盡量降低樓蓋自重，如采用輕骨料混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)，自重可進(jìn)一步減輕。應(yīng)深入該方向的研究。

　　3、輕型鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能雖然優(yōu)于其他材料的結(jié)構(gòu)，但實踐中，由于設(shè)計不當(dāng)造成的鋼結(jié)構(gòu)破壞，以輕型鋼結(jié)構(gòu)居多。應(yīng)開展多層輕型鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下的工作性能、破壞機理幾設(shè)計方法（節(jié)點構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系）的研究。

　　輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)住宅為特點的新型

　　住宅建筑是近年來歐美一些國家住宅結(jié)構(gòu)發(fā)展的結(jié)構(gòu)之一。我國正在加速發(fā)展住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，隨著中國加入WTO后國外鋼結(jié)構(gòu)公司（BHP、BUTLER等）的進(jìn)入以及國內(nèi)各設(shè)計研究機構(gòu)的不斷努力，相信不遠(yuǎn)的將來輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用會有新的飛躍。