多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)探討

馬桂芳

【摘要】近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是隨著改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了巨大的進(jìn)步，與之相對(duì)應(yīng)的，我國(guó)的建筑工程行業(yè)也在快速的發(fā)展著。在建筑工程中，多層輕鋼結(jié)構(gòu)的房屋設(shè)計(jì)應(yīng)用的十分廣泛。因?yàn)槎鄬虞p鋼具有其固有的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越在建筑工程中受到施工方的歡迎。但是我國(guó)的建筑施工設(shè)計(jì)起步較晚，同西方發(fā)達(dá)國(guó)家之間還存在著許多的差距，盡管我國(guó)在近年來(lái)建筑工程的數(shù)量不斷增多，但是在建筑房屋的輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還是有很多的不足，該問(wèn)題的存在將會(huì)嚴(yán)重制約我國(guó)多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)的發(fā)展，也最終將會(huì)阻礙我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。因此，在實(shí)際的工作中，我們應(yīng)該不斷加強(qiáng)多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)研究，不斷提高我國(guó)的多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)水平。

【關(guān)鍵字】多層輕鋼結(jié)構(gòu)，房屋，設(shè)計(jì)探討

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一．前言

多層輕鋼結(jié)構(gòu)是近年來(lái)逐漸出現(xiàn)的一種鋼結(jié)構(gòu)，由于其具有很多的優(yōu)點(diǎn)，雖然在目前階段，它的應(yīng)用還不是很廣泛，但是在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，它必將會(huì)受到眾多施工方的歡迎。在普通的人們看來(lái)，多層輕鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)比較高，但是實(shí)際上，多層輕鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)并不是很高。多層輕鋼結(jié)構(gòu)要求在承重結(jié)構(gòu)上必須合理，同時(shí)對(duì)于建筑工程的防火、保溫等提出了很高的要求。但是這種多層輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有很多的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于房屋的施工來(lái)說(shuō)具有很大的意義。但是根據(jù)目前的情況，其設(shè)計(jì)還是存在很多的不足。本文筆者主要結(jié)合自己多年來(lái)在多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)方面的研究和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討和分析，希望對(duì)于該領(lǐng)域的研究和實(shí)踐具有一定的貢獻(xiàn)。

二．多層輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

1．結(jié)構(gòu)型式

（一）框架體系是多層輕鋼結(jié)構(gòu)的首選體系，在建筑平面式矩形的時(shí)候，該框架結(jié)構(gòu)就通過(guò)縱橫向并且各自平行的方式相交而成，這樣就會(huì)簡(jiǎn)化構(gòu)造。如果建筑平面不是矩形時(shí)，那么就從多個(gè)方向的非正常相交的框架組成。

（二）構(gòu)件斷面

抗震架構(gòu)的建筑最好采用鋼板焊接從而形成的箱形斷面。當(dāng)然還可以采用焊接的H鋼。梁斷面一般采用焊接的H鋼?，F(xiàn)階段，我國(guó)產(chǎn)的鋼一般都可以滿足多層輕鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

（三）梁、柱節(jié)點(diǎn)

在采用箱形斷面柱時(shí)，梁柱都采用剛性節(jié)點(diǎn)。如果采用H鋼時(shí)，在弱軸和梁的連接上采用鉸接。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)后可以知道，一般節(jié)點(diǎn)的彎矩和其相對(duì)轉(zhuǎn)角的關(guān)系既不是完全的相接，也不是完全不相接，而是根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行的。

2．平面布置

（一）次梁布置．

雖然次梁不是輕鋼結(jié)構(gòu)中主要的構(gòu)件，但是其是最多的構(gòu)件，將次梁進(jìn)行有效的配置有利于鋼結(jié)構(gòu)的整體性。在進(jìn)行輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，次梁和主梁鉸接相連，這樣可以加強(qiáng)梁的承載力并且減小它的跨度。在通常情況下，次梁的間距是由壓型鋼板在施工過(guò)程中的承載力和撓度值決定的，因此，如果使用板肋很高的壓型鋼板，一定可以增加次梁的間距。

（二）組合樓蓋布置

在進(jìn)行多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)中， 樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇就顯得十分重要了，樓蓋既可以將荷載力傳給墻、柱，還可以保證同抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要確保樓蓋的剛度強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

同時(shí)還要采用相關(guān)的措施來(lái)減少樓蓋的自重。其中組合樓蓋具有很強(qiáng)的特性，例如它的強(qiáng)度大、剛度好、抗震性能優(yōu)越并且成本很低，這種組合樓蓋已經(jīng)受到眾多施工方的歡迎。

（三）支撐布置

為了使多層輕鋼房屋的鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到增加，同時(shí)增加其抵抗水平風(fēng)的荷載以及其抗震能力，在一般情況下，我們將槽鋼或者是角鋼在墻體的平面內(nèi)設(shè)置一個(gè)垂直的支撐系統(tǒng)。根據(jù)施工的要求，這種垂直系統(tǒng)可以是橫向的也可以是豎向的。同時(shí)我們考慮到門窗等的位置，可以采用人字型、倒人字型、w型、倒w型、門式等這些形式，同時(shí)在不給建筑的功能造成負(fù)面影響的情況下，將支撐布置的更加均勻。

四．案例分析

1.工程概況

某企業(yè)辦公樓新建工程是一棟3層辦公建筑，建筑面積約為2066m2，平面形狀為矩形。其中第一層為建筑物入口及入口大廳、餐廳、接待廳、辦公室等，第二層主要為辦公室，屋面為屋頂花園，屋頂設(shè)置飄板。另外每層設(shè)有衛(wèi)生間和洗漱室，上下交通由布置在建筑物兩端的雙跑樓梯承擔(dān)。外墻主立面為玻璃幕墻，其它立面為200mm厚瓷磚飾面的小型混凝土空心砌塊，主要隔斷內(nèi)墻為200mm厚小型混凝土砌塊，次要內(nèi)墻為100mm厚輕鋼龍骨石膏板輕質(zhì)隔墻。

2.結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)方案：整體結(jié)構(gòu)方案為純鋼框架結(jié)構(gòu)體系、壓型鋼板組合樓蓋．柱下鋼筋混凝土承臺(tái)樁基礎(chǔ)。

（二）梁柱體系：平面布置為一般主次梁體系，次粱間距為2．1m、2．2m，框架柱采用焊接H型鋼，梁采用焊接H型鋼?？蚣芸v橫向均按剛性連接設(shè)計(jì)．現(xiàn)場(chǎng)連接采用高強(qiáng)螺栓。主梁與次粱之間采用鉸接連接，但帶懸挑處主次梁按剛性連接設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主、次梁時(shí)均不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用。

（三）樓、屋蓋體系：樓屋面均采用壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板選用FE3W型。樓面板總厚度126mm，屋面板總厚度170mm。

（四）支撐體系：由于建筑要求限制，本工程沒(méi)有設(shè)置柱間支撐體系。

3．計(jì)算分析

該工程依據(jù)國(guó)家和有關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。鋼材型號(hào)Q345，焊條E50XX。地震基本烈度為7度，IV類場(chǎng)地土，抗震等級(jí)為i級(jí)。工程計(jì)算分析采用同濟(jì)大學(xué)編制的3D3S鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，同時(shí)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列之鋼結(jié)構(gòu)分析軟件STS進(jìn)行驗(yàn)算。樓板采用樓面無(wú)限剛性的假定。計(jì)算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)的自振周期、頂點(diǎn)位移、層間位移角、層間剛度比、底部地震剪力均處于合理的范圍，梁、柱的設(shè)計(jì)應(yīng)力均不超過(guò)規(guī)范限值。說(shuō)明結(jié)構(gòu)布置、截面設(shè)計(jì)正常合理。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)梁、柱斷面規(guī)格尺寸(單位：一)進(jìn)行優(yōu)化和歸并后?？蚣苤捎昧薍400×320×14×25及H680 X 500×16×25等2種斷面；框架梁采用了H500 X 250×10×14，H500×350×10×20等2種斷面；次梁采用H400×180×6×l0等1種斷面。

4．節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

（一）梁柱連接：采用圖1所示所示的剛節(jié)點(diǎn)做法，這種做法不但能避免工地焊接，還可以避開(kāi)彎矩最大位置，從而使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

圖1 與組合樓板連接詳圖

（二）主次梁連接：采用圖2所示的2種做法，其中圖2適用于次梁帶懸挑梁處。

圖2 梁柱連接詳圖

（三）梁與組合樓板連接：采用圖3所示的做法，壓型鋼板與鋼梁之間用焊釘連接。

圖3 主次梁連接圖

五．結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)中，一定要注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)和工藝，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到各種可能的因素，確保多層輕鋼房屋的設(shè)計(jì)符合工程的要求，同時(shí)這還有利于工程的施工。因此，我國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)多層輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)，不斷提高房屋多層輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。

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