鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計中遇到的問題

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一般規(guī)定

　　1.鋼結(jié)構(gòu)，有低層和多層之分。低層一般不超過3層，用于別墅；多層用于公寓。本文介紹多層公寓住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些問題。

　　2.超過9層為高層。10－12層又稱小高層?？拐鹨?guī)范ＧＢ50011對12層以下和12層以上的房屋提出不同要求。住宅鋼結(jié)構(gòu)一般不宜超過12層。

　　3.結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性有很大關(guān)系。結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，地震時易損壞，而且除彈性設(shè)計外還要作彈塑性層間位移驗算。因此應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)則性要求。

　　4.住宅鋼結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)力求規(guī)則、對稱。住宅鋼結(jié)構(gòu)常見的布置不規(guī)則，主要是平面不規(guī)則。如平面形狀不規(guī)則，Ｌ形等，特別是支撐剪力墻偏置，明顯不對稱等。若樓層的最大彈性水平位移超過質(zhì)心水平位移的1.2倍。就屬于平面不規(guī)則。此時需對支撐剪力墻的配置進(jìn)行調(diào)整。

　　結(jié)構(gòu)體系選擇

　　1.5－6層以下的，可采用框架體系或框架－支撐體系，6層以上的可采用框架支撐體系或框架－混凝土剪力墻（核心筒）體系。多層房屋大多采用雙重體系。

　　2.框架柱有Ｈ型鋼柱，鋼管砼柱和鋼骨砼柱，后兩種為組合柱。在小高層中，組合柱比Ｈ型鋼柱省鋼。

　　3.剪力墻比鋼支撐的延性低，在大震時延性低的地震力大，延性好的地震力小，從抗大震的性能來說，鋼支撐比砼剪力墻好。

　　4.鋼框架－砼剪力墻體系屬混合結(jié)構(gòu)，對它的抗震性能目前研究還不夠，未列入抗震規(guī)范，雖然現(xiàn)在應(yīng)用較多，選用時應(yīng)慎重。核心筒宜用小鋼柱加強(qiáng)，也有利于安裝。

　　樓板要求

　　1.樓板除了承受豎向荷載并將它傳給框架外，還將水平力傳到各個柱上，因此樓板平面內(nèi)的剛度、整體性和承載力也很重要。作為建筑要求，住宅樓板還應(yīng)能隔音。

　　2.現(xiàn)在用得較多的是壓型鋼板組合樓板，疊合板加現(xiàn)澆層，現(xiàn)澆樓板等。這幾種樓板的整體性都很好。鋼梁宜形成組合梁，梁上要設(shè)置栓釘。

　　3.預(yù)制板中應(yīng)設(shè)預(yù)埋件，與鋼梁焊接。

　　4.在強(qiáng)震區(qū)或重要建筑，柱周邊宜設(shè)置鋼筋和箍筋，以免樓板在水平力下被柱子壓壞。

　　抗震計算的基本要求

　　1.對雙重體系，框架部分獨(dú)立承擔(dān)的水平力不應(yīng)少于結(jié)構(gòu)底部剪力的25％。其目的是檢驗框架作為抗震二道防線是否滿足要求。檢驗方法是忽略支撐或剪力墻進(jìn)行，僅對框架部分進(jìn)行驗算。有的單元式住宅柱子很少，用隔墻支撐鋼梁，往往不滿足此項要求。

　　2.驗算是否符合強(qiáng)柱弱梁，這關(guān)系到結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)制，很重要。

　　3.框架柱長細(xì)比應(yīng)符合規(guī)定。

　　4.驗算節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和屈服條件。

　　節(jié)點(diǎn)和支撐構(gòu)造要求

　　1.節(jié)點(diǎn)設(shè)計應(yīng)符合抗震規(guī)范和《高鋼規(guī)程》的要求。

　　2.柱通過小懸臂與梁拼接，可以繞過梁柱直接連接的構(gòu)造困難，這是一個好辦法。此時梁拼接大多采用翼緣焊接腹板拼接，也可采用全截面螺栓連接。在以上拼接中，腹板拼接要考慮彎矩。

　　3.翼緣的坡口全熔透焊縫，要求用一級焊縫以確保焊接質(zhì)量。有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓力容器才用一級焊縫。這是一種誤解。壓力容器很重要，梁翼緣與柱連接同樣很重要，不能用二級。

　　4.梁與鋼管砼柱的剛性連接，現(xiàn)在用外加勁肋和內(nèi)隔板的都有，都是可以的。但要注意鋼管壁板與隔板或環(huán)板的厚度匹配。

　　5.7層以上時，框架－支撐體系中的框架梁柱應(yīng)剛性連接。

　　6.支撐與鋼管砼連接時，不應(yīng)將節(jié)點(diǎn)板焊在鋼管管壁上，以防管壁拉開。

　　7.不應(yīng)在鋼管支撐內(nèi)灌砼，對抗震不利。

　　8.12層以下可以不設(shè)地下室，但此時柱腳的計算反力要加大，嚴(yán)格說來要做到承受大震時的反力而不破壞。6、7度區(qū)允許采用外包式柱腳，但8度及以上時應(yīng)采用埋入式柱腳。不允許用鉸接柱腳。

　　附：對框架結(jié)構(gòu)的一般說明

　　1.房屋既要承受豎向荷載，又要承受水平力。承受豎向荷載靠梁、柱，承受水平靠抗側(cè)力構(gòu)件。

　　2.高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)受水平位移控制，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要使水平位移不超過控制值。

　　3.在住宅鋼結(jié)構(gòu)中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主要有三種：鋼架、支撐框架、剪力墻。

　　4.住宅鋼結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系是：鋼架（純框架）、框架－支撐，框架－剪力墻。

　　5.這里的“框架”都是指節(jié)點(diǎn)鋼接的框架。嚴(yán)格說來，框架包含鋼接和鉸接框架，習(xí)慣叫法框架是指鋼接的，鉸接時則稱為鉸接框架。

　　6.純框架體系最簡單，它的延性好，抗震性能也是最好的（26層的北京長富宮飯店就采用純框架）。它的缺點(diǎn)是用鋼較多。但對多層建筑特別是兩個方向開間較多的，純框架用鋼并不多。在日本60米以下的鋼結(jié)構(gòu)大部分采用這種體系。

　　7.框架－支撐和框架－剪力墻是最常用的。它們都是雙重抗側(cè)力體系。

　　在地震區(qū)，要求用雙重抗側(cè)力體系。不宜采用鉸接框架加支撐（或剪力墻）。在非抗震區(qū)，可以用鉸接框架加支撐或剪力墻。在強(qiáng)震區(qū)結(jié)延性很重要。混凝土剪力墻的性能不如支撐框架。