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寶雞市青少年科技活動中心設計... 閱讀 8842 次 淺析新疆地區(qū)多層輕鋼結(jié)構住宅體系
摘要：通過對新疆地區(qū)某層輕鋼結(jié)構住宅進行計算分析，以用鋼量為指標，總結(jié)各種抗震條件下的最佳結(jié)構體系，為新疆地區(qū)多層輕鋼住宅的工程設計提供一定的參考...
淺析新疆地區(qū)多層輕鋼結(jié)構住宅體系
引言
輕鋼結(jié)構住宅是以經(jīng)濟鋼型材構件作為承重骨架,以輕型墻體材料作為圍護結(jié)構所構成的居住類建筑.經(jīng)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(zhì)墻體材料包括壓型鋼板及其組合板材，PC板，蒸壓輕質(zhì)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(zhì)材料。輕鋼結(jié)構與傳統(tǒng)結(jié)構相比較有諸多優(yōu)點，其綜合經(jīng)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(jīng)濟相對比較落后。截至目前，還沒有一幢多層輕鋼結(jié)構住宅。但隨著西部大開發(fā)，隨著人民生活水平的不斷提高，加之特有的地質(zhì)，地理，氣候等條件多層輕鋼住宅亟待開發(fā)。新疆是一個多地震區(qū)，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(jié)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(jù)
2.1基本資料
結(jié)構類型：多層輕鋼結(jié)構框架；用途：住宅 ；層數(shù)：六層 ；
場地土類別：二類；風荷載：0.5KN/m2；雪荷載：0.8 KN/m2；
結(jié)構構件：結(jié)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(xiàn)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(zhì)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(jié)構住宅框架支撐體系的結(jié)構，豎向支撐沿著豎向連續(xù)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(jié)構中，為避免斜桿與框架梁的夾角太小，本結(jié)構模型采用跨層支撐，支撐跨越層數(shù)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(cè)立面
圖1 支撐布置立面圖
2.3主要設計依據(jù)：
《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）；《鋼結(jié)構設計規(guī)范》（GB50017-2003）；《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）；《混凝土結(jié)構設計規(guī)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(jié)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(jié)構住宅中，與混凝土結(jié)構相似，多高層住宅的樓板通常在其自身平面內(nèi)剛度很大，因此在結(jié)構整體計算時，假定樓板在其平面內(nèi)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(jié)構整體計算時，考慮現(xiàn)澆鋼筋混凝土板與鋼梁共同工作對結(jié)構剛度的影響。
3.3 柱間支撐與非結(jié)構構件
在多層輕鋼結(jié)構設計中，柱間支撐斜桿的兩端應為剛性支撐，但在結(jié)構整體計算時按照兩端鉸接考慮。圍護結(jié)構等大量非結(jié)構構件，由于在整體模型中通常只考慮非結(jié)構構件的荷載效應而不計入其對結(jié)構剛度的影響，所以計算所得的周期往往比實際結(jié)構的周期長。為了比較準確地計算實際結(jié)構在地震作用下的效應，對主體結(jié)構計算所得的周期乘以考慮非結(jié)構構件影響的修正系數(shù)0.9。
計算結(jié)果
各結(jié)構體系的用鋼量及比較見表一，表二。
表一 用鋼量（kg/m2）
|
結(jié)構類型
|
框架梁、柱及
支撐用鋼量
|
結(jié)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(jié)構建筑總面積1121.12m2
表中結(jié)構類型中A代表框架結(jié)構體系；B代表框架－中心支撐結(jié)構體系；
C代表框架－偏心支撐結(jié)構體系；6、7、8、9分別表示抗震等級。
圖3 各結(jié)構體系用鋼量－烈度關系
結(jié)果分析
從以上表格中的數(shù)據(jù)以及用鋼量曲線可以看出：三種結(jié)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(jù)以上分析建議：在6度區(qū)，框架結(jié)構為最佳體系；在7、8、9度區(qū)時，框架-偏心支撐結(jié)構為最佳體系。
結(jié)語
本文通過對新疆地區(qū)某多層輕鋼結(jié)構住宅進行計算分析，使其在不同烈度下采用不同結(jié)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(jié)構體系更為經(jīng)濟，為新疆地區(qū)多層輕鋼結(jié)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(jié)構體系，但對于多層輕鋼結(jié)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(jié)構期待進一步深入研究。這里在總結(jié)以上結(jié)論的基礎上提出幾點展望:節(jié)點的研究。節(jié)點是輕鋼結(jié)構中的連接單元，是結(jié)構必不可少的組成部分。連接的性能直接影響到整個結(jié)構的安全性與經(jīng)濟性。那么對于輕鋼結(jié)構住宅采用什么形式的節(jié)點更有利于整體結(jié)構的受力，節(jié)點本身的構造又對結(jié)構有何影響。
樓蓋結(jié)構的研究。在多層輕鋼結(jié)構住宅中，樓蓋結(jié)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(cè)力結(jié)構的空間協(xié)調(diào)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(jié)構有:壓型鋼板一現(xiàn)澆混凝土組合樓板，現(xiàn)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(jié)構又有怎樣的影響。
參考文獻：
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艾思平，輕鋼結(jié)構特點及設計問題。鋼鐵技術，2004
盧林楓，顧強，積極發(fā)展西部建筑市場中的輕型鋼結(jié)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(jié)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(jié)構支撐體系內(nèi)力計算及設計問題的探討。建筑結(jié)構，2003
(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網(wǎng)絡：文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
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