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多層輕型房屋鋼結構的設計與應用研究

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    國家經濟建設的快速發展，鋼產量的提高，給鋼結構的發展和應用帶來了前所未有的機遇。國內除各種鋼結構工業廠房、鋼結構體育場館、鋼結構橋梁、大型飛機庫建設外，還有已建和在建的一批如深圳帝王大廈、上海金茂大廈、大連遠洋大廈等近3O幢高層鋼結構房屋建筑。在此期間，以輕型鋼結構發展最快，普及最廣。輕型鋼結構應用于各種工業與民用建
    筑，起結構形式主要有波形拱殼屋面結構和門式剛架結構，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主的歡迎。
    一、
    多層輕型房屋鋼結構建筑的應用結構方案輕型鋼結構多層房屋中最常用的結構體系為框架結構，根據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的限制，目前主要采用焊接構件。框架結構平面布置靈活，柱網尺寸磕打可小(一般6?9米)，各部分剛度比較均勻，構造簡單，易于施工。其自振周期較長，自重較輕，對地震作用不敏感。但其側向剛度小，側向位移難以控制。對于一些設有電梯的多層房屋，為增強側向剛度，結合其電梯井的布置，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)結構體系。支撐體系為了加強多層房屋鋼結構的側向剛度，抵抗水平風荷載和地震作用，通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內布置垂直支撐體系。根據要求可以沿縱、橫單向布置或雙向布置。支撐與框架鉸接，按拉桿或壓桿設計。考慮到門窗的布置，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，在平面上支撐應均勻布置。對后五種支撐應驗算梁上支撐軸力引起的附加彎矩。偏心支撐的優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構的樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性。當前較常采用的是在鋼梁上鋪設壓型鋼板，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。另外還可用預應力薄板加混凝土現澆層或一般鋼筋混凝土樓板，此時應保證樓板和鋼梁之間的可靠連接。設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。
    圍護結構為了減輕多層房屋鋼結構的自重，圍護結構多采用輕質材料。外墻墻體多采用輕質填充材料，如空心砌塊、加氣混凝土等，有時可采用壓型鋼板加輕質保溫層組成的復合墻體，也有很多房屋外墻采用輕質美觀的玻璃幕墻結構。內隔墻可采用空心砌塊、加氣混凝土等輕質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。對輕型鋼結構房屋來說，傳統的油氈加瀝青的屋面防水層很不經濟，現大都采用卷材防水。屋頂也掘棄了傳統的水泥砂漿找平層和焦渣保溫層而采用輕質保溫材料，如JQN板、聚乙烯混凝土板等，可根據要求做成變厚度而取消屋面找平層。基礎形式多層輕鋼房屋基礎常用柱下獨立基礎、條形基礎、十字形基礎，有時也可采用片筏基礎。采用柱下獨立基礎時．應注意各基礎相對不均勻沉降對上部結構的影響。基礎梁常用現澆或預制鋼筋混凝土結構，有時根據要求也可采用鋼基礎梁，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。
    節點構造多層房屋鋼結構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，但其受力特性較復雜，往往通過試驗來取得較準確的設計數據。同時多層房屋鋼結構的構件相對較薄，應盡量避免工地現場焊縫連接。為了加強結構的整體剛度，可以把次梁做成連續梁的形式。防火和防腐措施我國的鋼結構防火主要采用防火涂料、發泡防火漆和外包防火層等方法。對于外露的鋼結構構件，如樓梯等多用涂料和漆料，采用1O～40ram厚的涂料，耐火極限可達1．5?3h，而發泡漆的耐火時間一般為0．5h。對隱藏的構件，珍珠巖和蛭石防火噴涂或防火板是經濟有效的方法，3O一40mm厚的噴涂可實現1．5h的耐火極限，并兼有一定的防腐能力。暴露鋼構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、應注意的問題
    1、結構計算應充分利用計算機的輔助設計(如3D3S、STS、STAAD、ETAB等)，采用三維空問結構分析，計算中應考慮梁、柱的軸向變形、彎曲變形和剪切變形的影響，以及梁柱節點域剪切變形對側移的影響。
    2、應盡量降低樓蓋自重，如采用輕骨料混凝土樓蓋結構，自重可進一步減輕。應深入該方向的研究。
    3、輕型鋼結構的抗震性能雖然優于其他材料的結構，但實踐中，由于設計不當造成的鋼結構破壞，以輕型鋼結構居多。應開展多層輕型鋼結構在地震作用下的工作性能、破壞機理幾設計方法(節點構造、結構體系)的研究。
    輕型房屋鋼結構住宅為特點的新型
    住宅建筑是近年來歐美一些國家住宅結構發展的結構之一。我國正在加速發展住宅產業化進程，隨著中國加入WTO后國外鋼結構公司(BHP、BUTLER等)的進入以及國內各設計研究機構的不斷努力，相信不遠的將來輕型房屋鋼結構的發展和應用會有新的飛躍。

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