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閱讀 8841 次 淺析新疆地區多層輕鋼結構住宅體系

摘要:通過對新疆地區某層輕鋼結構住宅進行計算分析,以用鋼量為指標,總結各種抗震條件下的最佳結構體系,為新疆地區多層輕鋼住宅的工程設計提供一定的參考...
 
淺析新疆地區多層輕鋼結構住宅體系
 
引言
    輕鋼結構住宅是以經濟鋼型材構件作為承重骨架,以輕型墻體材料作為圍護結構所構成的居住類建筑.經濟鋼型材構件包括冷彎型鋼,熱軋或焊接H型鋼,T型鋼,焊接或無縫鋼管及其組合構件;輕質墻體材料包括壓型鋼板及其組合板材,PC板,蒸壓輕質加氣混凝土板(ALC板)及稻草板等重量輕,保溫防火隔熱性能好,防水和耐久性能好的輕質材料。輕鋼結構與傳統結構相比較有諸多優點,其綜合經濟效益越來越為各方投資者所認同。
 
    新疆處于祖國的西部,經濟相對比較落后。截至目前,還沒有一幢多層輕鋼結構住宅。但隨著西部大開發,隨著人民生活水平的不斷提高,加之特有的地質,地理,氣候等條件多層輕鋼住宅亟待開發。新疆是一個多地震區,因此對多層輕鋼住宅抗震性能的研究具有重要的理論和實際意義,而在安全的基礎上降低結構用鋼量也是廣大設計、研究人員關注的焦點。
 
2、基本資料與設計依據
    2.1基本資料
    結構類型:多層輕鋼結構框架;用途:住宅 ;層數:六層 ;
    場地土類別:二類;風荷載:0.5KN/m2;雪荷載:0.8 KN/m2;
    結構構件:結構主要構件采用Q345鋼,其余構件采用Q235鋼;框架梁柱為焊接型H鋼;
    構件尺寸:梁  H300×150×6×8 ;  柱  H400×200×8×10 ;
    樓      面:現澆鋼筋混凝土組合樓板;屋面:防水屋面;
    基      礎:柱下獨立基礎;  圍護:使用輕質材料,如蒸壓加氣混凝土(ALC)等。
 
    2.2支撐布置
    抗震設防的多層鋼結構住宅框架支撐體系的結構,豎向支撐沿著豎向連續布置,一般除了底部樓層外,豎向支撐的形式和布置應該一致,本設計的支撐從上到下只采用一種形式。
    在框架中心支撐結構中,為避免斜桿與框架梁的夾角太小,本結構模型采用跨層支撐,支撐跨越層數為2層,并與框架梁相交。圖1為本設計所采用的支撐設置形式。
        (a)正立面                                                           (b)側立面
                                      圖1  支撐布置立面圖
 
    2.3主要設計依據:
    《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001);《鋼結構設計規范》(GB50017-2003);《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001);《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)。
 
    計算模型的建立本設計的計算分析使用中科院的PKPM系列軟件的鋼結構部分軟件設計,并用TAT程序進行計算分析。圖2為計算模型。
                                                    圖2  計算模型
 
    3.1 樓板
    在多層輕鋼結構住宅中,與混凝土結構相似,多高層住宅的樓板通常在其自身平面內剛度很大,因此在結構整體計算時,假定樓板在其平面內剛度無限大,在平面外剛度為零。
 
    3.2 樓板與梁共同工作
    由于樓板與鋼梁通過抗剪栓釘緊密地連接在一起,形成鋼筋混凝土-鋼組合梁,所以在進行結構整體計算時,考慮現澆鋼筋混凝土板與鋼梁共同工作對結構剛度的影響。
 
    3.3 柱間支撐與非結構構件
    在多層輕鋼結構設計中,柱間支撐斜桿的兩端應為剛性支撐,但在結構整體計算時按照兩端鉸接考慮。圍護結構等大量非結構構件,由于在整體模型中通常只考慮非結構構件的荷載效應而不計入其對結構剛度的影響,所以計算所得的周期往往比實際結構的周期長。為了比較準確地計算實際結構在地震作用下的效應,對主體結構計算所得的周期乘以考慮非結構構件影響的修正系數0.9。
 
    計算結果
    各結構體系的用鋼量及比較見表一,表二。
表一   用鋼量(kg/m2)
結構類型
框架梁、柱及
支撐用鋼量
結構類型
框架梁、柱及支撐用鋼量
   A6
    35.40
A8 
    47.11
B6
    36.72
B8
    51.12
C6
     ---
C8
    34.78
A7
    43.96
A9
    81.27
B7
    38
B9
    53.57
C7
    36.67
C9
    40.02
     
表二  用鋼量比較
抗震等級/度
   A/A
1-B/A
1-C/A
     6
    1
    -3.73%
    ----
     7
    1
    13.56%
   21.17%
     8
    1
    -8.51%
   26.17%
     9
    1
    34.08%
   40.05%
    備注:結構建筑總面積1121.12m2
    表中結構類型中A代表框架結構體系;B代表框架-中心支撐結構體系;
    C代表框架-偏心支撐結構體系;6、7、8、9分別表示抗震等級。 
                        圖3  各結構體系用鋼量-烈度關系 
 
    結果分析
    從以上表格中的數據以及用鋼量曲線可以看出:三種結構體系的用鋼量都是隨著地震等級的提高而增加。因此根據以上分析建議:在6度區,框架結構為最佳體系;在7、8、9度區時,框架-偏心支撐結構為最佳體系。
 
結語
    本文通過對新疆地區某多層輕鋼結構住宅進行計算分析,使其在不同烈度下采用不同結構體系,以用鋼量為參考指標,討論了在同等烈度時采用何種結構體系更為經濟,為新疆地區多層輕鋼結構住宅的設計、研究提供一定的參考。
 
    本文的研究是針對整個結構體系,但對于多層輕鋼結構住宅的研究和設計分析還有許多的工作值得投入,更多的細部結構期待進一步深入研究。這里在總結以上結論的基礎上提出幾點展望:節點的研究。節點是輕鋼結構中的連接單元,是結構必不可少的組成部分。連接的性能直接影響到整個結構的安全性與經濟性。那么對于輕鋼結構住宅采用什么形式的節點更有利于整體結構的受力,節點本身的構造又對結構有何影響。
 
    樓蓋結構的研究。在多層輕鋼結構住宅中,樓蓋結構的選擇至關重要,它除了將豎向荷載直接分配給墻體外,更主要的作用是保證與抗側力結構的空間協調作用;另外從抗震角度來看,還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結構有:壓型鋼板一現澆混凝土組合樓板,現澆鋼筋混凝土板以及鋼一混凝土疊合板,組合扁梁樓蓋等,這些樓蓋對整體結構又有怎樣的影響。
 
參考文獻:
趙熙元等,建筑鋼結構設計手冊。北京:冶金工業出版社,1998
艾思平,輕鋼結構特點及設計問題。鋼鐵技術,2004
盧林楓,顧強,積極發展西部建筑市場中的輕型鋼結構。四川建筑科學研究,2003
中國建筑科學研究院CAD工程部,多層建筑結構三維分析程序TAT-8、SAT-8用戶手冊及編程原理.北京:中國建筑科學研究院印,2003
陳友泉,魏潮文,輕鋼結構支撐體系內力計算及設計問題的探討。建筑結構,2003 
 
 
(本文來源:陜西省土木建筑學會  文徑網絡:文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
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