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多層輕鋼民用建筑中的結(jié)構(gòu)體系分析
（作者未知） 2009/5/10
摘要：本文結(jié)合辦公室的典型布置，在對各種方案分析比較的基礎(chǔ)上，討論了適合多層及小高層建筑的結(jié)構(gòu)體系，給出了3至18層建筑的合理經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)體系及其相應(yīng)的單位用鋼量，為類似的建筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇提供了可靠的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)體系 用鋼量 多層輕鋼
一、概述
過去，我國鋼材年產(chǎn)量較低，建筑行業(yè)一直限制鋼材的使用，提倡大力發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)，因此民用鋼結(jié)構(gòu)一直發(fā)展緩慢。80年代以后，隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，我國開始引進鋼結(jié)構(gòu)房屋，以門式剛架為主，主要用于工業(yè)廠房、庫房和一些公共設(shè)施。多層輕鋼結(jié)構(gòu)采用鋼骨架和輕質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)，自重輕，對地質(zhì)條件要求低。另外，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，適合工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，濕作業(yè)少，施工占用場地少，速度快。與多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，不僅造價持平甚至略低，而且綜合效益明顯。隨著我國城市對粘土磚的禁用，多層民用輕鋼結(jié)構(gòu)越來越受到工程界的青睞，正成為較有競爭力的民用建筑結(jié)構(gòu)體系之一。近幾年，上海、北京、長沙、大連、天津等地對多層鋼結(jié)構(gòu)房屋進行了有效的嘗試，取得了一些經(jīng)驗。但是，目前的示范工程還仍很不多，經(jīng)驗還很缺乏，有關(guān)技術(shù)規(guī)程還沒有跟上，工程界對合理的多層鋼結(jié)構(gòu)體系還未達成共識�？傮w上看，多層鋼結(jié)構(gòu)的開發(fā)還處于啟動階段。本文在對已有的示范工程分析比較的基礎(chǔ)上，本著尋求受力合理、用鋼量低的原則，對多層民用建筑中的結(jié)構(gòu)體系進行了分析，以供參考。
二、結(jié)構(gòu)方案
1．結(jié)構(gòu)體系的選擇
結(jié)構(gòu)體系的選擇，不僅要從滿足建筑的使用功能出發(fā)，節(jié)約投資考慮，更主要的是取決于建筑的高度，即取決于建筑層數(shù)的多少。建筑層數(shù)越多，高度越高，則由于風(fēng)力或地震力引起的側(cè)向力就越大，建筑物必須有相應(yīng)的剛度來抵抗側(cè)向力。因此，隨著建筑層數(shù)的不斷增加，結(jié)構(gòu)體系也就需要不斷的發(fā)展。目前，多層和小高層鋼結(jié)構(gòu)建筑常用的結(jié)構(gòu)體系有以下幾種。
(1) 純框架結(jié)構(gòu)體系。純框架結(jié)構(gòu)體系在地震區(qū)一般不超過15層�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的平面布置靈活，可為建筑提供較大的室內(nèi)空間，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻�？蚣芙Y(jié)構(gòu)有較大的延性，自振周期較長，因而對地震作用不敏感，抗震性能好。但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，由于側(cè)向位移大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，因此不宜建的太高。
(2) 框支結(jié)構(gòu)體系。純框架在風(fēng)、地震荷載作用下，側(cè)移不符合要求時，可以采用帶支撐的框架，即在框架體系中，沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向布置一定數(shù)量的支撐。在這種體系中，框架的布置原則和柱網(wǎng)尺寸，基本上與框架體系相同，支撐大多沿樓面中心部位服務(wù)面積的周圍布置，沿縱向布置的支撐和沿橫向布置的支撐相連接，形成一個支撐芯筒。采用由軸向受力桿件形成的豎向支撐來取代由抗彎桿件形成的框架結(jié)構(gòu)，能獲得比純框架結(jié)構(gòu)大的多的抗側(cè)力剛度，可以明顯減小建筑物的層間位移。
(3) 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)以剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，既具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度，可用于40至60層的高層鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼筋混凝土墻沿服務(wù)性面積（如樓梯間、電梯間和衛(wèi)生間）周圍設(shè)置，就形成框架多筒體結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系在各個方向都具有較大的抗側(cè)力剛度，成為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，承擔(dān)大部分水平荷載，鋼框架主要承受豎向荷載。
2．樓面結(jié)構(gòu)
多層輕鋼建筑樓板必須有足夠的剛度、強度和整體穩(wěn)定性，同時應(yīng)盡量采用技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重，并提高施工速度，組合樓蓋是常用的樓蓋之一。到目前為止，組合樓蓋主要有以下三種形式：(1)壓型鋼板組合樓蓋，其下表面凹凸不平，在民用建筑中需做吊頂，造價較高；(2)現(xiàn)澆整體組合樓蓋，其整體性能好，但需要支模板，施工速度慢；(3)鋼－混凝土疊合板組合樓蓋，其整體性好，還能節(jié)省支模和吊頂?shù)馁M用。
在組合樓板的應(yīng)用中，為使樓層高度減到最小，提供更大的無柱空間，現(xiàn)在的趨勢是把樓板和鋼梁合為一體，形成組合扁梁樓蓋。
3．支撐和剪力墻形式
多層框架鋼結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度較弱，隨著層數(shù)的增加，為了抵抗水平地震作用，減小層間錯移，常在墻體內(nèi)布置垂直支撐，為了方便門窗開洞，支撐形式可以靈活采用，如X型、單斜桿型、K型、M型、W型、V型和人型等。建議多采用偏心支撐，因其在地震作用下具有較好的延性和耗能性能。
剪力墻按其材料和結(jié)構(gòu)的形式可分為鋼筋混凝土剪力墻、鋼筋混凝土帶縫剪力墻和鋼板剪力墻等。鋼筋混凝土剪力墻剛度較大，地震時易發(fā)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致墻體產(chǎn)生斜向大裂縫而脆性破壞。為避免這種現(xiàn)象，可采用帶縫剪力墻。鋼板剪力墻是以鋼板做成剪力墻結(jié)構(gòu)，與鋼框架組合，起到剛性構(gòu)件的作用。
三、 （未完，下一頁）
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