談低層輕鋼結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

李 妍 彭 義* 邵九龍

(1.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400715； 2.河南省建筑設(shè)計研究院，河南 鄭州 450000)

談低層輕鋼結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

李 妍1彭 義1*邵九龍2

(1.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400715； 2.河南省建筑設(shè)計研究院，河南 鄭州 450000)

根據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)常出現(xiàn)的破壞形式，介紹了提高低層輕鋼結(jié)構(gòu)樓蓋、墻體、屋蓋三個承重體系抗震性能的構(gòu)造措施以及輕鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件開洞(孔)的技術(shù)要求，為低層輕鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供參考。

冷彎薄壁型鋼，抗震性能，構(gòu)造措施，樓面結(jié)構(gòu)

關(guān)于輕鋼結(jié)構(gòu)的判定標(biāo)準，現(xiàn)多采用的是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定：具有輕型屋蓋和輕型外墻(也可以有條件地采用砌體外墻)的單層實腹式鋼架結(jié)構(gòu)，這里的輕型主要是指圍護是用輕質(zhì)材料[1]。輕鋼結(jié)構(gòu)具有施工周期短、抗震性能優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保等諸多特點，在歐美以及日本等地區(qū)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。因此，輕鋼結(jié)構(gòu)在我國農(nóng)業(yè)、商業(yè)等各個領(lǐng)域的低層建筑中應(yīng)用前景廣闊。

輕鋼結(jié)構(gòu)的自重較輕，其樓面梁、立柱和鋼屋架的質(zhì)量是同大小木結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量的1/3左右，是同大小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量的50%，而鋼材的強度是混凝土強度的8倍。因此，較其他結(jié)構(gòu)形式來說，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價低，能節(jié)約整個工程的成本。由牛頓第二定理(F=ma)可知，結(jié)構(gòu)受到的地震作用力與其自身質(zhì)量成正比。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在相同地震烈度，相同建筑場地的條件下，產(chǎn)生的破壞遠小于傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)建筑與混凝土結(jié)構(gòu)建筑。為增強輕鋼結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度與整體穩(wěn)定性，一般常采用布置偏心支撐或中心支撐的方式。偏心支撐結(jié)構(gòu)形式較節(jié)省鋼材，并且可以有效的依靠構(gòu)件變形來耗散地震帶來的能量，一般設(shè)防烈度在8度及以上時，采用偏心支撐體系較為合理。史三元等[1]研究了這兩種不同形式橫向支撐對輕鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能影響。他得出：在相同地震參數(shù)條件下對稱布置斜桿中心支撐更能夠約束結(jié)構(gòu)層間位移和提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度。在設(shè)防烈度較小的地區(qū)，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度，可以選用帶有中心支撐的輕鋼結(jié)構(gòu)形式。

1 輕鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式

輕鋼結(jié)構(gòu)在地震中較難發(fā)生整體性的破壞，大部分情況是發(fā)生節(jié)點及柱腳破壞或是受力構(gòu)件的破壞。在低層輕鋼結(jié)構(gòu)平面與立面設(shè)計上，宜盡量遵循簡單和對稱的原則，縮小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心的偏差。柱腳破壞主要形式是柱腳錨栓的拉裂破壞。柱的破壞包括翼緣屈曲、撕裂、脆斷以及拼接不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫等。梁的破壞包括腹板和翼緣的屈曲、截面扭轉(zhuǎn)屈曲和腹板裂縫等。加勁板與腹板的節(jié)點破壞主要表現(xiàn)為屈曲以及開裂狀況。梁的節(jié)點破壞主要發(fā)生在梁的下翼緣處，梁柱節(jié)點采用焊接連接的輕鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中應(yīng)保證梁端下翼緣的焊接質(zhì)量。

2 低層輕鋼結(jié)構(gòu)各體系抗震構(gòu)造措施

2.1 樓蓋抗震構(gòu)造措施

低層輕鋼結(jié)構(gòu)樓面體系由樓面結(jié)構(gòu)板、托梁、支撐、連接件和加勁件等構(gòu)成。常見的樓面結(jié)構(gòu)板材料為OSB板、纖維水泥壓力板、ALC板、紙面石膏板等，要求選用的樓面結(jié)構(gòu)板厚度不小于15 mm。為增強樓面腹板局部穩(wěn)定性，樓面梁集中荷載處宜設(shè)置樓面腹板槽形承壓加勁件；樓面板不宜懸挑出外墻超過1.2 m。當(dāng)輕鋼結(jié)構(gòu)的樓蓋懸挑并且上部有承重墻體時，懸臂梁的懸挑段長度不可以超過跨度的1/3。

樓面梁是輕鋼結(jié)構(gòu)樓蓋體系中的重要受力構(gòu)件，在設(shè)計時應(yīng)滿足保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定所需要的強度與剛度要求。受拉樓面梁的長細比限值為350，樓面托梁的布置間距宜為400 mm～600 mm。樓面連續(xù)梁跨度較大時在跨中處應(yīng)均勻設(shè)置剛性支撐或鋼帶支撐，支撐沿支座方向設(shè)置，間距一般要求不大于3 m，懸挑梁在支承處設(shè)置剛性支撐件。樓蓋體系各位置的構(gòu)件之間應(yīng)全部采用螺栓進行可靠的連接。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑樓面系統(tǒng)與基礎(chǔ)或承重外墻的連接要求見表1。

表1 樓蓋系統(tǒng)連接要求

2.2 墻體抗震構(gòu)造措施

輕鋼結(jié)構(gòu)墻體由立柱、墻體結(jié)構(gòu)面板、頂部和底部導(dǎo)梁組成，除此之外，承重墻和抗震墻還應(yīng)該增設(shè)支撐、拉條和撐桿。墻體是輕鋼結(jié)構(gòu)體系的重要部件，具有承重、抗側(cè)力以及圍護的作用。輕鋼結(jié)構(gòu)墻體按照受力功能可分為：承重墻、抗震墻和非承重墻三種。承重墻承擔(dān)結(jié)構(gòu)豎向的荷載，抗震墻承擔(dān)水平方向的荷載，包括風(fēng)荷載與水平地震力。

輕鋼結(jié)構(gòu)中，受壓立柱的長細比限值為200?？拐饓统兄貕υ诹⒚婧推拭嬖O(shè)計上，要求單層墻高不超過3.3 m，且盡量保持上下層墻體在同一垂直面內(nèi)，若有錯位情況，錯位距離不應(yīng)大于2 m。為增強輕鋼結(jié)構(gòu)整體抗傾覆能力，抗震墻在上下墻連接時應(yīng)使用抗拔連接件，布置在抗震墻體的端部、洞口兩側(cè)以及拼接處，間距在1.2 m～6 m，型號大于M16?？拐饓εc基礎(chǔ)之間連接除使用抗拔連接件外還應(yīng)設(shè)置地腳螺栓，地腳螺栓最小直徑限值為12 mm，最大布置間距為1 200 mm，埋入深度應(yīng)不小于螺栓直徑的25倍。對于非承重墻與僅承受豎向力的承重墻可不設(shè)置抗拔連接件。墻體龍骨骨架中立柱的間距宜為400 mm～600 mm。輕鋼結(jié)構(gòu)門窗過梁的截面分為箱形、工字形與L形，要求通過螺釘和角鋼等連接件與主柱可靠連接。在承重墻或抗震墻的墻體結(jié)構(gòu)板沒有與立柱連接的情況下，應(yīng)在未連接的那一側(cè)設(shè)鋼帶或撐桿。

2.3 屋蓋抗震構(gòu)造措施

輕鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系由屋面板、屋架、檁條、支撐和覆蓋的屋面材料等組成。在屋面材料的選擇上，壓型鋼板因其高強耐用、輕質(zhì)美觀的優(yōu)點成為應(yīng)用最廣泛的輕鋼結(jié)構(gòu)屋面材料。在低層輕鋼

結(jié)構(gòu)中，一般常采用三角形有檁屋架或三鉸拱有檁屋架形式。當(dāng)屋架采用鋼帶拉條支撐時，支撐與所有屋架交點處應(yīng)用螺釘連接。屋架下弦宜鋪設(shè)結(jié)構(gòu)板或設(shè)置縱向支撐桿件，腹桿宜設(shè)置縱向側(cè)向支撐或交叉支撐，屋架上弦桿的下翼緣和屋架下弦桿上的上翼緣應(yīng)設(shè)置水平支撐，支撐型鋼厚度不小于0.84 mm。若使用鋼帶支撐，鋼帶支撐的最小截面為40 mm×0.84 mm，間距不大于1.2 mm。屋面系統(tǒng)的連接要求見表2。

表2 屋蓋系統(tǒng)連接要求

3 開洞要求

梁柱的翼緣板和卷邊不得開孔，只允許在梁柱腹板的中心線上開孔，孔口需采用加強措施，加強件選用鋼板或者槽型鋼，厚度不小于開孔構(gòu)件腹板的厚度。低層輕鋼結(jié)構(gòu)不宜在墻體轉(zhuǎn)角處開洞，墻體門窗洞口上設(shè)過梁和立柱，立柱不宜拼接并應(yīng)與頂?shù)讓?dǎo)梁連接。樓面板開洞一般是為滿足鋪設(shè)管線的需求，開洞的寬度一般不大于2.4 m，洞口的下部應(yīng)有桁架或箱形截面梁加強，樓面結(jié)構(gòu)板洞口周圍有設(shè)置抗剪墻體的下部可以不用樓面梁加強。樓面板開多個洞口的情況，洞口中心距離最小值600 mm，直徑不大于腹板厚度的一半與65 mm中的較小值。洞口邊緣至最近端部支承構(gòu)件邊緣的凈距不小于300 mm 。樓面板開洞不能滿足上述要求的，應(yīng)用鋼板或槽型鋼補強，厚度不小于補強構(gòu)件的厚度。

除滿足上述構(gòu)造措施外，在進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候應(yīng)進行全面的計算，以此來選定各構(gòu)件的型號與布置情況。

4 結(jié)語

低層輕鋼結(jié)構(gòu)屬于可回收利用的節(jié)能環(huán)保型建筑，應(yīng)該在我國進行推廣性建設(shè)。輕鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計涉及很多方面，在進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時應(yīng)全面地考慮各個方面的因素，設(shè)計出符合抗震要求的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑。

[1] 史三元，陳志杰，王鳳春.不同形式支撐對多層輕鋼結(jié)構(gòu)抗震性能的對比分析[J].煤炭工程,2012(4)：62.

[2] 葉繼紅，馮若強，陳 偉.村鎮(zhèn)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震技術(shù)手冊[M].南京:東南大學(xué)出版社,2013.

[3] GB 50018—2002,冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JGJ 227—2011,低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程[S].

[5] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[6] 周緒紅，石 宇，周天華.低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報,2005，22(2)：96.

[7] 張立娜,韓彥芳.冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)及其在房屋建筑中的應(yīng)用[J].中國科技信息,2010(1)：47-49.

Introduction to the lower light steel structure seismic construction measures

Li Yan1Peng Yi1*Shao Jiulong2

(1.SchoolofEngineeringandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China；

2.HenanArchitectureDesignandResearchInstitute,Zhengzhou450000,China)

According to the light steel structure often appears in the earthquake damage form, introduced to improve the lower floor, wall, light steel structure roof three bearing system construction measures of the anti-seismic performance of open hole(hole), as well as light steel structural components of technical requirements, provide a reference for the engineering application of low-rise light steel structure.

cold-formed thin-walled steel, seismic performance, structural measures, floor structure

1009-6825(2015)02-0021-02

2014-11-10

李 妍(1989- )，女，在讀碩士; 邵九龍(1988- )，男，碩士

彭 義(1958- )，男，碩士生導(dǎo)師，副教授

TU391

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