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閱讀 8839 次 淺析新疆地區(qū)多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系

摘要:通過對新疆地區(qū)某層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行計算分析,以用鋼量為指標(biāo),總結(jié)各種抗震條件下的最佳結(jié)構(gòu)體系,為新疆地區(qū)多層輕鋼住宅的工程設(shè)計提供一定的參考...
 
淺析新疆地區(qū)多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系
 
引言
    輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是以經(jīng)濟(jì)鋼型材構(gòu)件作為承重骨架,以輕型墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的居住類建筑.經(jīng)濟(jì)鋼型材構(gòu)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(gòu)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(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比較有諸多優(yōu)點,其綜合經(jīng)濟(jì)效益越來越為各方投資者所認(rèn)同。
 
    新疆處于祖國的西部,經(jīng)濟(jì)相對比較落后。截至目前,還沒有一幢多層輕鋼結(jié)構(gòu)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(chǔ)上降低結(jié)構(gòu)用鋼量也是廣大設(shè)計、研究人員關(guān)注的焦點。
 
2、基本資料與設(shè)計依據(jù)
    2.1基本資料
    結(jié)構(gòu)類型:多層輕鋼結(jié)構(gòu)框架;用途:住宅 ;層數(shù):六層 ;
    場地土類別:二類;風(fēng)荷載:0.5KN/m2;雪荷載:0.8 KN/m2;
    結(jié)構(gòu)構(gòu)件:結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件采用Q345鋼,其余構(gòu)件采用Q235鋼;框架梁柱為焊接型H鋼;
    構(gòu)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(chǔ):柱下獨立基礎(chǔ);  圍護(hù):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(shè)防的多層鋼結(jié)構(gòu)住宅框架支撐體系的結(jié)構(gòu),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(yīng)該一致,本設(shè)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(gòu)中,為避免斜桿與框架梁的夾角太小,本結(jié)構(gòu)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(shè)計所采用的支撐設(shè)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(shè)計依據(jù):
    《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001);《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003);《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001);《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)。
 
    計算模型的建立本設(shè)計的計算分析使用中科院的PKPM系列軟件的鋼結(jié)構(gòu)部分軟件設(shè)計,并用TAT程序進(jìn)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(gòu)住宅中,與混凝土結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)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(gòu)剛度的影響。
 
    3.3 柱間支撐與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件
    在多層輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,柱間支撐斜桿的兩端應(yīng)為剛性支撐,但在結(jié)構(gòu)整體計算時按照兩端鉸接考慮。圍護(hù)結(jié)構(gòu)等大量非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,由于在整體模型中通常只考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)而不計入其對結(jié)構(gòu)剛度的影響,所以計算所得的周期往往比實際結(jié)構(gòu)的周期長。為了比較準(zhǔn)確地計算實際結(jié)構(gòu)在地震作用下的效應(yīng),對主體結(jié)構(gòu)計算所得的周期乘以考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響的修正系數(shù)0.9。
 
    計算結(jié)果
    各結(jié)構(gòu)體系的用鋼量及比較見表一,表二。
表一   用鋼量(kg/m2)
結(jié)構(gòu)類型
框架梁、柱及
支撐用鋼量
結(jié)構(gòu)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(gòu)建筑總面積1121.12m2
    表中結(jié)構(gòu)類型中A代表框架結(jié)構(gòu)體系;B代表框架-中心支撐結(jié)構(gòu)體系;
    C代表框架-偏心支撐結(jié)構(gòu)體系;6、7、8、9分別表示抗震等級。 
                        圖3  各結(jié)構(gòu)體系用鋼量-烈度關(guān)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(gòu)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(gòu)為最佳體系;在7、8、9度區(qū)時,框架-偏心支撐結(jié)構(gòu)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(gòu)住宅進(jìn)行計算分析,使其在不同烈度下采用不同結(jié)構(gòu)體系,以用鋼量為參考指標(biāo),討論了在同等烈度時采用何種結(jié)構(gòu)體系更為經(jīng)濟(jì),為新疆地區(qū)多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計、研究提供一定的參考。
 
    本文的研究是針對整個結(jié)構(gòu)體系,但對于多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究和設(shè)計分析還有許多的工作值得投入,更多的細(xì)部結(jié)構(gòu)期待進(jìn)一步深入研究。這里在總結(jié)以上結(jié)論的基礎(chǔ)上提出幾點展望:節(jié)點的研究。節(jié)點是輕鋼結(jié)構(gòu)中的連接單元,是結(jié)構(gòu)必不可少的組成部分。連接的性能直接影響到整個結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。那么對于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅采用什么形式的節(jié)點更有利于整體結(jié)構(gòu)的受力,節(jié)點本身的構(gòu)造又對結(jié)構(gòu)有何影響。
 
    樓蓋結(jié)構(gòu)的研究。在多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅中,樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)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(gòu)的空間協(xié)調(diào)作用;另外從抗震角度來看,還應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結(jié)構(gòu)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(gòu)又有怎樣的影響。
 
參考文獻(xiàn):
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艾思平,輕鋼結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計問題。鋼鐵技術(shù),2004
盧林楓,顧強(qiáng),積極發(fā)展西部建筑市場中的輕型鋼結(jié)構(gòu)。四川建筑科學(xué)研究,2003
中國建筑科學(xué)研究院CAD工程部,多層建筑結(jié)構(gòu)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(xué)研究院印,2003
陳友泉,魏潮文,輕鋼結(jié)構(gòu)支撐體系內(nèi)力計算及設(shè)計問題的探討。建筑結(jié)構(gòu),2003 
 
 
(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò):文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
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