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時(shí)間：2023-07-20 16:30:43
序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇多層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。
Abstract: with the diversity of the building with, in the structural design of the problems will meet, we will follow in various standards to solve some flexible structure scheme difficulties. This paper discusses the multilayer residence structure design key points of the authors.
Keywords: with; Multistory buildings; Structure design; Indoor combination
中圖分類(lèi)號(hào)： TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
一、多層住宅單元組合
1.1 單元設(shè)計(jì)的組合層次
單元設(shè)計(jì)的組合層次一般有三類(lèi)：即“單元―幢”、“套型―單元―幢”。 “基本間―套型―單元―幢”?！皢卧D幢”的組合層次簡(jiǎn)單明了，但可能作出的組合體類(lèi)型受單元尺寸制約，組合變化的靈活性不如其他兩種?！疤仔鸵粏卧D幢”的組合方法是以套型為最小組合單位。同一個(gè)套型可以在不同的組合單元中重復(fù)出現(xiàn)，因而設(shè)計(jì)幾種套型就可能作出多種組合單元。由于這些單元都是在統(tǒng)一的套型基礎(chǔ)上形成的，相互組合的靈活性較多，能形成比較多樣的組合體的成套設(shè)計(jì)。以套為基本單位定型的做法使套與套的界限明確，適于在工業(yè)化住宅中采用?！盎鹃g―套型―單元―幢”的組合方法是對(duì)戶(hù)的組成進(jìn)行再分析，提煉出幾種重復(fù)的單位即“基本間”。這種方法可以使套型的組成更具規(guī)律性，適合在小開(kāi)間橫墻承重的成套住宅設(shè)計(jì)中采用。這對(duì)簡(jiǎn)化平面參數(shù)，減少構(gòu)件規(guī)格十分有利。
1.2 單元組合方式
將若干個(gè)單元組合拼接起來(lái)就形成一幢住宅。其組合方式可分單向組合和多向組合兩
類(lèi)。單向組合一般可采用平接、錯(cuò)接、轉(zhuǎn)角接等不同的組合方式，在單向組合體中一般設(shè)計(jì)有盡端單元、中間單元、轉(zhuǎn)角單元。中間單元是標(biāo)準(zhǔn)單元，盡端單元?jiǎng)t由于山墻提供了直接采光的外墻而不同于中間單元。就是采取盡端單元與中間單元組合的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)角單元是供組臺(tái)體轉(zhuǎn)變方向組合使用的。它局限性大，而且要增加構(gòu)配件類(lèi)型，目前多采用中間單元作轉(zhuǎn)角組合的方法代替復(fù)雜的轉(zhuǎn)角單元。沿街布置的住宅，建筑朝向常受到街道走向的限制。為了獲得良好的建筑朝向，常進(jìn)行鋸齒形鍺接組合，這樣不僅滿(mǎn)足了朝向要求，而且又變化了建筑體形。這種組合可以用鋸齒形單元錯(cuò)接，也可以用平直單元作鋸齒形鍺落組。多向組合單元的設(shè)計(jì)要使單元具有幾個(gè)方向組合的可能性，必須使每個(gè)方向可能拼接的部位的尺寸相互協(xié)調(diào)以適應(yīng)多向組合的單元平面一般是多肢的。
二、多層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 多層住宅的戶(hù)內(nèi)組合
（1）戶(hù)內(nèi)各部分的功能關(guān)系。多層住宅戶(hù)內(nèi)各部分的組合必須符合功能關(guān)系要求，要為家庭提供盡可能好的使用條件，如廚房應(yīng)盡量靠近戶(hù)門(mén)入口，使帶進(jìn)家里的蔬菜和副食品直接送入廚房，餐室應(yīng)靠近廚房，便于聯(lián)系；臥室與分戶(hù)門(mén)之間應(yīng)有一個(gè)過(guò)渡空間，避免開(kāi)門(mén)就把臥室一覽無(wú)余，尤其北方要防止冬季冷風(fēng)直接吹入臥室；衛(wèi)生間從使用上看應(yīng)靠近臥室，但衛(wèi)生間易使墻面受潮，且水箱噪聲和氣味也會(huì)影響臥室，所以應(yīng)適當(dāng)隔離等等。戶(hù)內(nèi)組合應(yīng)滿(mǎn)足日照、通風(fēng)、采光、隔聲等基本要求。良好的朝向可以提供良好的日照和通風(fēng)條件，因此選擇合理的朝向是保證住宅能有舒適衛(wèi)生的居住環(huán)境的重要因素。戶(hù)內(nèi)氣流可以分為清、濁兩種，廚房、衛(wèi)生間的污濁氣流應(yīng)盡量不通過(guò)居室，以保證居室微小氣候的衛(wèi)生質(zhì)量。當(dāng)氣流由南向北時(shí)，濁氣流對(duì)居室無(wú)影響；氣流由北向南時(shí)，則濁氣流影響一個(gè)居室。組織好穿堂風(fēng)是炎熱地區(qū)戶(hù)內(nèi)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，為有利于形成穿堂風(fēng)，應(yīng)盡量使進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口相對(duì)，使氣流通暢。在具體設(shè)計(jì)中，常常不可能面面俱到，而應(yīng)綜合考慮各種因素，以次要矛盾服從主要矛盾。
（2）戶(hù)內(nèi)組合特點(diǎn)。戶(hù)內(nèi)組合可分為居室的非套間組合和居室之間相套的套間組合兩類(lèi)，非套間組合能使各房間獨(dú)立，使用上不會(huì)相互干擾。非套間組合一般用走道來(lái)組織戶(hù)內(nèi)交通。但走道所占交通面積比例較大，不太經(jīng)濟(jì)。如將走道適當(dāng)放寬形成過(guò)廳 (一般除滿(mǎn)通外還能放下一組餐桌椅)，不但可以組織戶(hù)內(nèi)交通，還兼有進(jìn)餐等起居功能，面積利用率可大大提高，如果過(guò)廳內(nèi)能放下一張單人床，則交通空間將變成兼有交通和居住功能的綜合空間―――居住過(guò)廳。由于居住過(guò)廳除組織交通外，可以進(jìn)餐，可以會(huì)客，還可在必要時(shí)設(shè)床解決臨時(shí)留宿問(wèn)題，等于增加了一個(gè)居住空間。因此在近階段，有無(wú)居住過(guò)廳成了戶(hù)型的一種標(biāo)志。常見(jiàn)的“二室一廳”戶(hù)型是目前在不可能大幅度提高三室戶(hù)比例的住宅建設(shè)中很受歡迎的一種戶(hù)型。由于住戶(hù)的經(jīng)濟(jì)地位、人員構(gòu)成以及生活習(xí)慣各不相同，因而對(duì)戶(hù)內(nèi)的平面布局要求各異；即便是同一住戶(hù)，不同時(shí)期對(duì)戶(hù)內(nèi)布局的要求也會(huì)有所改變。為了滿(mǎn)足住戶(hù)的不同需求，住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮戶(hù)內(nèi)組合即空間分限的靈活性和可變性。
2.2 動(dòng)態(tài)型住宅建設(shè)方式的設(shè)計(jì)
近年來(lái)，住宅設(shè)計(jì)中靈活可變性的問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。各地都在探索一些行之有效的方法。大開(kāi)間住宅要求板跨較大，在一定程度上受到施工條件的限制，對(duì)有些地區(qū)不一定適合。有的方案是在小開(kāi)間結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上加以探索。它通過(guò)變動(dòng)戶(hù)間某一道墻的位置可變化出多種套型，可改變相鄰兩套的面積和戶(hù)型，具有一定的適應(yīng)性，尤其適合商品住宅的需要。根據(jù)近年來(lái)對(duì)商品住宅的調(diào)查，絕大多數(shù)的買(mǎi)主都是在住宅建設(shè)過(guò)程中或基本建成后前來(lái)商購(gòu)，他們對(duì)面積和戶(hù)型的需求各異。這個(gè)方案設(shè)在戶(hù)間的某一道墻，可以在施工過(guò)程中或基本建成后，根據(jù)買(mǎi)主的需求確定其位置，由此可變換出 8 種戶(hù)型。還有一種被稱(chēng)為“支撐體住宅”的設(shè)計(jì)方法。其特點(diǎn)是由建設(shè)單位建成住宅骨架支撐體部分，即設(shè)計(jì)和建造住宅的“外殼”，其內(nèi)部讓住戶(hù)根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)條件和要求進(jìn)行房間分廂和裝修，將半成品住宅變成成品。目的是最大限度地滿(mǎn)足居住者的意愿。但這必須要有專(zhuān)門(mén)的室內(nèi)設(shè)計(jì)和裝修單位為之服務(wù)，要有性能良好的隔培配件、廚衛(wèi)設(shè)備、門(mén)窗系列和住宅內(nèi)各種配件與之配套，以滿(mǎn)足住戶(hù)的需求。
2.3 多層住宅建筑給排水設(shè)計(jì)
（1）立管管道敷設(shè)。立管管道敷設(shè)在管道井內(nèi)，使廚、衛(wèi)整潔美觀，缺點(diǎn)是占用了廚、衛(wèi)的面積，但比例不大。在中高檔商品房建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮這種方式，即可以提高廚、衛(wèi)的使用質(zhì)量，又可以降低排水管的水流噪聲，提高住房的環(huán)境質(zhì)量；對(duì)于廚、衛(wèi)面積較小的經(jīng)濟(jì)適用房和解困房，在南方天氣較暖和地區(qū)可考慮明裝在建筑物外墻陰角處，使空間得到最大利用；在其它地區(qū)可考慮明裝在廚、衛(wèi)的墻角處，但應(yīng)以不影響住戶(hù)廚、衛(wèi)的使用為前提。
（2）地漏設(shè)置問(wèn)題。地漏是排水管道系統(tǒng)中的一個(gè)重要附件，其作用就是及時(shí)排除地
面的積水。在住宅建筑中，一般只在衛(wèi)生間地面設(shè)置地漏，而在廚房中則不設(shè)置。因?yàn)樵趯?shí)際使用中，廚房地面不會(huì)形成積水，如有少量濺水，用拖布即可解決。同時(shí)，由于長(zhǎng)時(shí)間不用，使水分蒸發(fā)，破壞水封，管道中臭氣進(jìn)入室內(nèi)，污染空氣。故廚房不設(shè)置地漏，避免排水橫管進(jìn)入下層用戶(hù)。
（3）家用熱水器設(shè)置問(wèn)題。住宅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留安裝熱水供應(yīng)設(shè)施的條件，或設(shè)置熱水供應(yīng)設(shè)施。所以在沒(méi)有集中熱水供應(yīng)的住宅，應(yīng)考慮家用熱水器的安裝位置及冷熱水管道布置。家用熱水器一般有燃?xì)狻㈦?、太?yáng)能等三種。燃?xì)鉄崴骱碗姛崴饕话惆惭b在廚房或衛(wèi)生間內(nèi)，在建筑給排水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留出熱水器的安裝位置和冷熱水管道的接口，便于用戶(hù)裝修時(shí)安裝。太陽(yáng)能熱水器使用簡(jiǎn)便安全，無(wú)需燃料，運(yùn)行費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)污染，故已被作為一種節(jié)能措施，太陽(yáng)能熱水器一般安裝在屋頂，這樣就需要在衛(wèi)生間與屋面熱水器之間設(shè)置冷熱水管道，所以在建筑設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留太陽(yáng)能熱水器及冷熱水管道的安裝位置。
三、結(jié)語(yǔ)
住宅設(shè)計(jì)必須遵循自然辯證法，掌握和運(yùn)用科學(xué)的思維工具去探索建筑與環(huán)境的內(nèi)在自然規(guī)律。在建筑設(shè)計(jì)中要把握系統(tǒng)觀，體現(xiàn)科技觀，富有創(chuàng)新觀，只有這樣才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。
參考文獻(xiàn)
從住宅建筑的發(fā)展來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)住宅具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性好、施工污染少、可循環(huán)再生、使用率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅可提高住宅的產(chǎn)業(yè)化水平和居住功能水準(zhǔn)。本文就多層鋼構(gòu)住宅最新發(fā)展中的問(wèn)題進(jìn)行探討。
1結(jié)構(gòu)體系選擇與結(jié)構(gòu)布置
多層鋼結(jié)構(gòu)住宅可以選用的建筑結(jié)構(gòu)體系主要有純框架體系、框架一支撐體系、交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系等。
1.1框架體系和框架―支撐體系
框架體系是由基礎(chǔ)、柱、梁、板結(jié)構(gòu)件組成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系平面布置靈活，可提供較大的室內(nèi)空間，結(jié)構(gòu)各部分剛度均勻，結(jié)構(gòu)有較好的延性，自振周期較長(zhǎng)，延性較好;但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，在水平荷載作用下位移較大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞。在房屋層數(shù)較多時(shí)，為增加橫向抗側(cè)移剛度，同時(shí)減小柱子的計(jì)算長(zhǎng)度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，可采用框架一支撐體系?？蚣芤恢误w系在梁柱框架基礎(chǔ)上沿豎向布置抗剪支撐構(gòu)件，水平剪力主要由腹桿軸力的水平分量承擔(dān)而不是由柱承受。
多層住宅框架體系和框架一支撐體系的梁柱截面可采用軋制或焊接H形截面、方鋼管等，支撐構(gòu)件多采用角鋼或部分T型截面，在7°抗震設(shè)防區(qū)多層住宅的用鋼量多在35~40Kg/m2。在結(jié)構(gòu)平面布置上宜采用大柱網(wǎng)、大開(kāi)間的結(jié)構(gòu)布置形式，柱距5~8m較常見(jiàn)?？蚣苤诜课輽M向、縱向成列布置、不宜錯(cuò)開(kāi)太多，若設(shè)置支撐構(gòu)件時(shí)，應(yīng)注意避讓門(mén)窗洞口或設(shè)在無(wú)孔口的分戶(hù)墻中。
1.2交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系
交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的基本組成是柱子、桁架、梁和板。柱子僅布置在房屋周?chē)?，不設(shè)中間柱。
桁架跨度等于建筑全寬，高度等于樓層高度，桁架兩端支承在柱上，在相鄰柱軸線上為上、下層交錯(cuò)布置。而樓板一端支承在桁架的上弦桿，另一端懸掛在相鄰桁架的下弦桿。建筑縱向各柱通過(guò)連梁連接。建筑水平荷載主要被桁架中斜腹桿軸力的水平分量所平衡，水平荷載最終通過(guò)落地桁架的斜腹桿或底層斜撐傳至基礎(chǔ)。桁架桿件截面可采用角鋼、焊接T型、H型或方管截面。柱截面通常采用H型、鋼管等。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系中桿件受力合理，大部分桿件以受軸心力為主，用鋼量節(jié)約，在7°抗震設(shè)防區(qū)，其用鋼量較框架結(jié)構(gòu)節(jié)約10%左右，當(dāng)建筑橫向尺寸較大，這一優(yōu)勢(shì)將更明顯;桁架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大，位移也較小，柱強(qiáng)軸可布置在縱向，以加大結(jié)構(gòu)縱向側(cè)移剛度。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置時(shí)注意使一層桁架的斜腹桿落地(與基礎(chǔ)梁連接)或通過(guò)底層斜撐傳至基礎(chǔ)，否則結(jié)構(gòu)水平位移過(guò)大，難以滿(mǎn)足規(guī)范要求。還應(yīng)注意水平、豎向結(jié)構(gòu)布置要做到規(guī)則對(duì)稱(chēng)。從結(jié)構(gòu)布置上說(shuō)，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系可以提供兩倍于框架結(jié)構(gòu)體系的更大開(kāi)間，進(jìn)深也大大增加。可以提供更大的使用面積。此外，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系柱子數(shù)目較少，所以基礎(chǔ)數(shù)量較少，能夠進(jìn)一步節(jié)約材料。
在設(shè)計(jì)中采用何種結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)綜合考慮多種影響因素。除分析建筑高度、受力特點(diǎn)、合理柱網(wǎng)尺寸等結(jié)構(gòu)因素外，還應(yīng)該考慮施工的難易程度、用鋼量、施工速度、造價(jià)、宜改變布置的大空間更適應(yīng)現(xiàn)代生活等因素的影響。
2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算
在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)做到傳力可靠連接方便，還應(yīng)該注意節(jié)點(diǎn)的受力特征應(yīng)和計(jì)算模型相吻合，這樣才能保證結(jié)構(gòu)的安全可靠。按傳力特征來(lái)分，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)可分為鉸接、剛接和半剛接節(jié)點(diǎn)。鉸接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，在受彎構(gòu)件中引起跨中彎矩較大，用鋼量增多;剛接節(jié)點(diǎn)連接可減小跨中彎矩，節(jié)約用鋼，但構(gòu)造較復(fù)雜。在框架結(jié)構(gòu)多層住宅中，柱多采用H型截面，強(qiáng)軸布置在橫向，橫向梁柱通常為剛接節(jié)點(diǎn)?？v向腹板一般較薄，亦可采用鉸接節(jié)點(diǎn)?？蚣塄D支撐結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)可以是鉸接或半剛接。支撐與構(gòu)件的連接、交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)中桁架桿件的連接、桁架與柱連接通常設(shè)計(jì)為鉸接節(jié)點(diǎn)。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)中縱向連梁與柱可設(shè)計(jì)為剛接。
在剛性連接中，應(yīng)重視節(jié)點(diǎn)域的問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)域直接影響到節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度、變形及抗震性能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算不滿(mǎn)足時(shí)，不應(yīng)該簡(jiǎn)單的調(diào)整構(gòu)件截面尺寸，這樣可能帶來(lái)用鋼量的大量增加，可以考慮采用在柱腹板處貼焊補(bǔ)強(qiáng)板、梁上下翼緣加楔形蓋板、狗骨法等方法解決。
多層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)計(jì)算可采用設(shè)計(jì)單位較普及的STS、MTS、SAP2000、ANSYS等鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。對(duì)計(jì)算結(jié)果要逐一審核，包含周期、位移、應(yīng)力比等方面，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化以節(jié)約用鋼量。
3圍護(hù)墻體的選取
為突出鋼結(jié)構(gòu)自重輕、布置靈活、可改性好的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)住宅不宜采用傳統(tǒng)的“磚”類(lèi)或其它自重較大的材料。而多采用“板”“塊”類(lèi)墻體。在多層住宅中，可選擇加氣混凝土砌塊、壓型鋼板加輕質(zhì)保溫材料組成的復(fù)合墻體、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土(ALC)板、鋼絲網(wǎng)水泥增夾芯板等墻體，ALC板是目前應(yīng)用較多的一種墻體材料。內(nèi)墻也可采用紙面石膏板、纖維石膏板、玻璃纖維增強(qiáng)水泥板、紙面稻草板等。
4樓蓋體系
中圖分類(lèi)號(hào):TU398.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1008-0422(2010)04-0122-02
1、引 言
隨著我國(guó)住宅建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,建筑功能優(yōu)于普通框架結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)相比,異形柱避免了房間邊角因采用矩形柱時(shí)所產(chǎn)生的棱角突出,從而使房間平整、布置靈活,而且增加了使用面積,體現(xiàn)住宅的經(jīng)濟(jì)性。
異形柱指的是除了矩形、圓形以外的截面形式,如T形、十字形、L形等截面形式,它的優(yōu)點(diǎn)是,柱肢基本與填充墻等厚,使室內(nèi)不出現(xiàn)柱肢,便于室內(nèi)靈活布置,又可增加使用面積。異形柱結(jié)構(gòu)受力體系由異形柱或異形柱加剪力墻、框架梁組成,共同承受水平荷載和豎向荷載。目前,國(guó)標(biāo)《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJl49-2006)在總結(jié)地方規(guī)程的基礎(chǔ)上已經(jīng)正式實(shí)施,下面著重對(duì)多層建筑采用異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討。
2、異形柱結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理分析
2.1 承載能力
異形柱的截面形式主要有T形、十字形、L形和Z形(較少采用)等,L形多用于墻轉(zhuǎn)角,T形和十字多用于縱橫墻交接處。由于截面的這種特殊性,其墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向的剛度相差較大,各個(gè)方向的承載力也有較大差異。
2.2 變形特征
異形柱的肢厚一般為200-250mm,為了獲得足夠的承載能力,異形柱的肢長(zhǎng)一般不會(huì)太小,由此會(huì)容易造成剪跨比過(guò)小,形成短柱。由于肢厚較小,為薄壁構(gòu)件,剪切中心與截面形心往往不重合,變形以剪切為主,構(gòu)件的變形能力下降。由于異形柱屬于薄壁構(gòu)件,也會(huì)因截面曲率M/日較小,使彎曲變形性能有限,延性較差。
2.3 破壞機(jī)理
異形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面之外,受力時(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心混凝土的協(xié)調(diào)變形。這種變形協(xié)調(diào),使各柱肢內(nèi)存在比較大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)資料和理論分析表明,異形柱的破壞形態(tài)為:彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等。影響其破壞形態(tài)的因素有:荷載角、軸壓比、剪跨比、配筋率以及箍筋間距與縱筋直徑D的比值等。
異形柱由于其截面的特殊性及受力性能的復(fù)雜性,在設(shè)計(jì)中必須通過(guò)可靠的計(jì)算分析和必要的構(gòu)造措施,來(lái)保證其強(qiáng)度和延性。
3、工程實(shí)例
湖南某行政單位宿舍樓,地上5層,總建筑面積為15200m2,建筑物總高度自室外地坪箅起為16.78m,寬度12.8m,高寬比為1.31,標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.9m。地震設(shè)防烈度按6度考慮,抗震等級(jí)為3級(jí),場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi),基本風(fēng)壓為0.4kN/m2。平面布置如圖1所示。
根據(jù)建筑使用功能要求,本工程采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu),在兩個(gè)方向均有拉結(jié)。柱網(wǎng)均在5m以?xún)?nèi),局部設(shè)置矩形柱,異形框架柱、梁寬均為200mm。磚砌填充墻采用190mm×190mm kMl型多孔磚,內(nèi)墻采用加氣混凝土砌塊。
4、多層異形柱框架建筑結(jié)構(gòu)整體分析
4.1 計(jì)算原理與參數(shù)
PKPM-SATWE采用數(shù)值計(jì)算原理和迭代方法,將受壓區(qū)混凝土劃分為若干個(gè)小單元,利用截面假定確定小單元各點(diǎn)的混凝土和鋼筋應(yīng)變,由混凝土和鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線求得混凝土小單元和各根鋼筋的應(yīng)力,建立平衡方程,通過(guò)迭代方法求出所需配筋面積。
本工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30,縱向受力鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋
(D≤22mm),箍筋采用HRB235級(jí)鋼筋。由于結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性,考慮雙向地震作用,地劈作用分析方法采用側(cè)剛分析方法。
4.2 結(jié)構(gòu)自振周期
結(jié)構(gòu)的自振周期,如表1所示。
可以看出,水平地震力方向與坐標(biāo)軸夾角為0°時(shí),T3/T1=0.88
4.3 軸壓比
異形柱不同截面形式的軸壓比限值在文獻(xiàn)中有詳細(xì)的規(guī)定。表2列出了KZl、KZ3、KZ5、KZ7、I(Z8等有代表性的截面在水平力方向與坐標(biāo)軸夾角分別為0°和45°時(shí)作用下的軸壓比。
由于本工程建筑布置的特殊性,異形柱有少量一字形和z形柱,從表2的軸壓比值可以看出,L形、T形、+形異形柱在水平力方向與坐標(biāo)軸夾角為45。時(shí)的軸壓比值較0°時(shí)的軸壓比值均大,特別是L形柱,軸壓比差值較大,軸壓比公式為
μN(yùn)=N/fcAc (1)
其中:μN(yùn)為軸壓比;N為考慮地震作用組合的軸向壓力設(shè)計(jì)值;fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Ac為異型柱截面面積。
從式(1)可知,同截面同混凝土標(biāo)號(hào)的異形柱軸壓比越大,則上部荷載越大,故本工程異形柱設(shè)計(jì)中應(yīng)采用水平力方向與坐標(biāo)軸夾角為45°時(shí)的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。文獻(xiàn)通過(guò)模型分析提出L形等肢異形柱應(yīng)考慮45°和-45°地震作用方向的計(jì)算,這與本文研究得出的結(jié)論吻合。
4.4 底層剪力控制
通過(guò)異形柱受力機(jī)理分析可知,異形柱受力時(shí),柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的剪應(yīng)力和翹曲應(yīng)力,故異形柱受力計(jì)算除按軸壓比控制進(jìn)行雙偏壓計(jì)算外,還應(yīng)計(jì)算抗剪應(yīng)力。
從表3中可以看出,水平力方向與坐標(biāo)軸夾角為45°時(shí),5種不同形式的異形柱柱底剪力較水平力方向與坐標(biāo)軸夾角為0°時(shí)大,特別是L形截面的異形柱。這與異形柱在不同方向水平力作用下獲得的軸壓比數(shù)值趨勢(shì)相符。同時(shí)應(yīng)考慮L形柱在45°和-45°地震作用方向的計(jì)算。
4.5 層間位移角
結(jié)構(gòu)在水平力方向與坐標(biāo)軸夾角分別為45°(曲線1)和0°(曲線2)作用下,x和y方向的最大層間位移角,如圖2、3所示。從圖中可以看出x和y方向下層間位移角均小于等于1/600,滿(mǎn)足規(guī)范相應(yīng)要求。曲線1對(duì)應(yīng)樓層n各點(diǎn)層間位移角值均小于曲線2相對(duì)應(yīng)值,說(shuō)明結(jié)構(gòu)在水平力方向與坐標(biāo)軸夾
角為45°時(shí)抗側(cè)力能力較好。
5、異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)St中的優(yōu)化措施
5.1 異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化措施
從以上分析可以看出,異形柱結(jié)構(gòu)與矩形柱結(jié)構(gòu)在性能上存在較大差異,設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)控制和優(yōu)化對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)整體性能影響較大的內(nèi)容,具體如下:
1)調(diào)整異形柱平面框架布置形式,使其剛度中心盡量與形心重合,相應(yīng)調(diào)整異形柱柱肢高,使其滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)與平動(dòng)第1周期比T3/T1
2)異形柱的方向性較強(qiáng),在進(jìn)行整體計(jì)算分析時(shí),應(yīng)增加45°和-45°風(fēng)和地震作用方向的計(jì)算,保證結(jié)構(gòu)的安全度。
3)Z形柱本文未詳細(xì)分析,其剪切中心與形心雖然重合,但框架梁往往布置在兩翼,不可避免地產(chǎn)生翹曲應(yīng)力,故設(shè)計(jì)時(shí),建議將框架分析所得的截面彎矩乘以1.15-1.25的增大系數(shù)以考慮翹曲應(yīng)力的影響。
4)異形柱受力后,柱肢端部會(huì)出現(xiàn)較大應(yīng)力,加上梁作用于柱肢上,應(yīng)力產(chǎn)生不均勻性。一般越靠肢端,應(yīng)力越大,對(duì)柱肢形成偏心壓力,因而在異形柱配筋時(shí),應(yīng)在肢端設(shè)置暗柱,離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)2φ14的構(gòu)造鋼筋,箍筋同柱,可限制柱肢混凝土裂縫開(kāi)展,提高異形柱局部抗壓、抗剪強(qiáng)度及變形能力。
5.2 異形柱混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)處理措施
由異形柱的截面特性,決定了梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域面積較小,而梁柱縱筋交匯使得箍筋配置不可能太多。為了滿(mǎn)足抗剪承載力的要求,只能提高混凝土的標(biāo)號(hào),但隨之帶來(lái)的問(wèn)題是構(gòu)件變脆,同時(shí)與梁板混凝土強(qiáng)度的協(xié)調(diào)也成問(wèn)題,有時(shí)了為個(gè)別柱的需要,而使全部柱的混凝土標(biāo)號(hào)提高,也造成了投資上的浪費(fèi)。
為了解決這一問(wèn)題,設(shè)計(jì)時(shí)采用了在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的柱內(nèi)加豎向鋼板的方法,鋼板伸過(guò)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)上下一定的長(zhǎng)度錨固,按鋼板與混凝土協(xié)同工作來(lái)計(jì)算分析,確定鋼板的截面尺寸。最終設(shè)計(jì)的結(jié)果是鋼板截面尺寸較小,不影響梁柱鋼筋的布置,且鋼板設(shè)置靈活,哪里需要哪里加,從已建成工程使用來(lái)看,效果較好。
6、結(jié) 語(yǔ)
綜上所述,異形柱結(jié)構(gòu)由于具有不出現(xiàn)柱楞,不露梁,并能夠增加使用面積等優(yōu)點(diǎn),以及民用建筑市場(chǎng)朝著大開(kāi)間、太空間方向的發(fā)展,應(yīng)用前景將日益廣泛。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)其受力特點(diǎn),充分了解其破壞機(jī)理,選用合理的結(jié)構(gòu)形式,正確掌握分析方法,其結(jié)構(gòu)才能有可靠的安全保證。
參考文獻(xiàn):
1 前言
近年來(lái)，在我國(guó)出現(xiàn)的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑形式有：普通鋼結(jié)構(gòu)住宅工程、國(guó)外引進(jìn)的冷彎薄壁型鋼低層住宅工程，還有自主研發(fā)的輕鋼框架配套復(fù)合保溫墻板的低層和多層鋼結(jié)構(gòu)住宅工程等等。
對(duì)低、多層住宅，目前國(guó)內(nèi)外常用的輕鋼結(jié)構(gòu)體系主要有： 冷彎薄壁型鋼體系和輕型鋼框架體系。冷彎薄壁型鋼體系輕鋼構(gòu)件通常由不同厚度的薄鋼板冷彎滾壓成型，通常截面形狀為C型和槽型。輕型鋼框架體系一般是指由H型、異形截面的型鋼、方（或矩、圓）形鋼管組成的純框架及框架―支撐結(jié)構(gòu)體系，樓板一般采用壓型鋼板組合樓蓋等輕質(zhì)樓板，并利用墻體在水平力作用下的抗側(cè)力等有利因素，以達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省用鋼量的目的。
2 輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)
近百年來(lái)，建筑鋼材的應(yīng)用已遍及世界，由于其強(qiáng)度高、塑性韌性好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，初期主要用于高層建筑和橋梁建筑，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，從1949年的幾十萬(wàn)噸到1998年的上億噸，鋼結(jié)構(gòu)在住宅及輕重型鋼結(jié)構(gòu)廠房領(lǐng)域的發(fā)展極其迅速，越來(lái)越多的建設(shè)方開(kāi)始認(rèn)識(shí)到鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)越性，綜合起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：
1）鋼構(gòu)件強(qiáng)度高、塑性韌性好、自重輕，在地質(zhì)條件較差的地區(qū)可以大大減少基礎(chǔ)造價(jià)。
2）制作簡(jiǎn)便，施工周期短，可以縮短投資資金的占用周期，而且由于其連接特性，易于加固、改建、拆遷，更能保證資金的投資效益。
3）產(chǎn)業(yè)化、機(jī)械化的生產(chǎn)模式。鋼構(gòu)件制作產(chǎn)業(yè)化、相應(yīng)配套技術(shù)可以在工廠完成制作；施工機(jī)械化，準(zhǔn)確度及精密度更能保證產(chǎn)品質(zhì)量。
4）從設(shè)計(jì)理念上講，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以更好的實(shí)現(xiàn)建筑大開(kāi)間，適應(yīng)靈活分隔的要求。
5）輕鋼墻體自重輕，保溫隔熱性能比一般建筑砌體要優(yōu)越得多，節(jié)能效果好；
6）綠色、環(huán)保，符合國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展的要求。
3 輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系
《輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程》（JGJ209-2010）是我國(guó)第一部關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)住宅的技術(shù)規(guī)程，對(duì)以輕型鋼框架為結(jié)構(gòu)體系，及配套輕質(zhì)墻體、輕質(zhì)樓板、屋面建筑系統(tǒng)，層數(shù)不超過(guò)6層的非抗震設(shè)防、抗震設(shè)防烈度為6～8度的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收提供了標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。
3.1 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)
輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系根據(jù)建筑層數(shù)和抗震設(shè)防烈度可選用輕鋼框架體系，輕型鋼框架一支撐體系或冷彎薄壁型鋼體系。目前國(guó)內(nèi)在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中常采用輕鋼框架體系。它的特點(diǎn)是可以做成大開(kāi)間，充分滿(mǎn)足建筑布置上的要求。
輕鋼框架體系中，柱子可采用軋制H型鋼、高頻焊接或普通焊接H型鋼、冷軋或熱軋成型的鋼管或冷彎型鋼組合斷面（兩層以下），也可以采用鋼異形柱（如圖1）。主粱、次粱一般均采用熱軋或焊接H型鋼。
圖1 鋼異形柱
鋼結(jié)構(gòu)住宅的大開(kāi)間設(shè)計(jì)使得框架柱在兩個(gè)方向都可能承受較大的彎矩，因此對(duì)于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱常采用雙軸等強(qiáng)的鋼管柱。
適用于低層住宅的冷彎薄壁型鋼體系為板肋體系，樓面托梁、板肋墻體內(nèi)的承重與非承重龍骨常采用C型冷彎薄壁型鋼。
3.2 梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的梁柱連接節(jié)點(diǎn)，按梁對(duì)柱的約束剛度，一般可分為三類(lèi)：鉸接連接、剛性連接、半剛性連接，純鋼框架的梁柱節(jié)點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)一般應(yīng)采用剛性連接。
鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接的連接方法，主要有焊接連接、高強(qiáng)度螺栓連接和栓焊混合連接，具體講主要有三種：（1）全焊接型節(jié)點(diǎn)，梁翼緣現(xiàn)場(chǎng)坡口全熔透焊縫，腹板現(xiàn)場(chǎng)圍焊縫連接，螺栓起定位作用；（2）梁翼緣現(xiàn)場(chǎng)坡口全熔透焊縫、腹板摩擦型高強(qiáng)螺栓連接型節(jié)點(diǎn)；（3）全螺栓型節(jié)點(diǎn)，梁的翼緣、腹板均采用摩擦型高強(qiáng)螺栓與柱連接。
輕鋼框架中常用的鋼管柱與 H 型鋼梁的剛性連接可采用柱帶懸臂梁段式連接、柱橫隔板貫通式節(jié)點(diǎn)。對(duì)小截面的方、矩形鋼管柱，在梁柱連接節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)不方便加焊內(nèi)橫隔板時(shí)，可以采用外套筒式的節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)方法進(jìn)行梁柱連接。
梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)中，其受力狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足：
1）在梁端彎矩和剪力共同作用下承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
2）保證梁翼緣與柱連接部位，不能產(chǎn)生局部破壞；并根據(jù)柱子截面特性設(shè)置相應(yīng)的加勁肋或水平加勁隔板。
3）由柱翼緣板和水平加勁肋或水平加勁隔板所包圍的節(jié)點(diǎn)板域，在彎矩和剪力共同作用下，其承載力和變形能力要滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范的相應(yīng)要求。
4）梁柱連接節(jié)點(diǎn)在抗震設(shè)計(jì)或按塑性設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，需保證梁或柱的端部在形成塑性鉸時(shí)，該節(jié)點(diǎn)具有充分的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。
3.3 樓板及圍護(hù)結(jié)構(gòu)
輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的樓板應(yīng)采用輕質(zhì)板材，如鋼絲網(wǎng)水泥板、定向刨花板、輕骨料圓孔板、配筋的加氣發(fā)泡類(lèi)水泥板等預(yù)制板材，也可部分或全部采用現(xiàn)澆輕骨料鋼筋混凝土板。對(duì)鋼絲網(wǎng)水泥板或定向刨花板等輕質(zhì)薄型樓板與密肋鋼梁組合的樓板結(jié)構(gòu)，在計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)樓板平面內(nèi)剛度作出合理 的計(jì)算假定。
墻體的材料是節(jié)能建筑的關(guān)鍵。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，建議輕鋼住宅的圍護(hù)材料采用以普通水泥為主要原料的復(fù)合型多功能預(yù)制輕質(zhì)條形板材、輕質(zhì)塊體或輕鋼龍骨復(fù)合保溫墻體等。國(guó)外研究證明，由輕鋼住宅外墻體所導(dǎo)致的熱能耗散（傳遞），可通過(guò)在輕鋼龍骨外側(cè)增加保溫板來(lái)控制，其效率比加厚隔熱層要有效得多。圍護(hù)材料產(chǎn)品的干密度不宜超過(guò)800kg/m3，并以條形板為宜，便于施工安裝。以保溫為主要目的外墻板或屋面板，應(yīng)選用密度較小的復(fù)合保溫板材；以隔熱為主要目的外墻板或屋面板，應(yīng)選用密度較大的復(fù)合保溫板材。
3.4 輕鋼住宅的防護(hù)
輕型鋼框架體系承重鋼結(jié)構(gòu)的壽命取決于防腐涂裝施工質(zhì)量，涂層的防護(hù)作用程度和防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)短取決于涂層質(zhì)量，而涂層質(zhì)量受到表面處理（除銹質(zhì)量）、涂層厚度（涂裝道數(shù)）、涂料品種、施工質(zhì)量等因素的影響。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中應(yīng)明確規(guī)定鋼材除銹等級(jí)、除銹方法、防腐涂料（或鍍層）名稱(chēng)、及涂（或鍍） 層厚度等要求。除銹應(yīng)采用噴砂或拋丸方法，除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa2.5，不得在現(xiàn)場(chǎng)帶銹涂裝或除銹不徹底涂裝。
對(duì)于冷彎薄壁型鋼體系，其表面鍍鋅量是一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性及年限，規(guī)范規(guī)定的鍍鋅量會(huì)相應(yīng)不同。與常用表層涂料防銹不同，冷彎薄壁型鋼體系輕鋼構(gòu)件一般通過(guò)鍍鋅或鍍鋁鋅合金以達(dá)到防銹的目的。金屬表面（鍍鋅或鋁鋅合金層）可通過(guò)自身氧化來(lái)保護(hù)鋼材施工及使用過(guò)程中都不會(huì)銹蝕。
1 多層輕鋼住宅的優(yōu)點(diǎn)
由于我們自己的局限性的結(jié)構(gòu)體系，為封閉的小開(kāi)間住宅平面布局，不斷地適應(yīng)生活的要求不斷變化的模式。與傳統(tǒng)的住宅相比，多層住宅建筑具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，受到了越來(lái)越多人的關(guān)注。
（1）外形美觀，建筑造型簡(jiǎn)潔，富有，截面尺寸小，使用的凈面積的增加鋼材強(qiáng)度高，可以提供較大的柱網(wǎng)布置；當(dāng)考慮樓板的組合作用，使用組合梁或扁梁時(shí)，可以增加凈高。這種開(kāi)放式住宅既為建筑師提供設(shè)計(jì)的回旋余地，又為住戶(hù)提供了靈活分隔室內(nèi)空間的可能。
（2）供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結(jié)構(gòu)至少縮短一半工期。在當(dāng)前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對(duì)于降低工程總造價(jià)，增加投資效益幅度是十分重要的。
（3）干法施工，裝備化程度高，建設(shè)快速，高效，質(zhì)量有保證。
（4）輕鋼結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中能源與原材料消耗低，建筑垃圾少，粉塵少，噪音低，具有很高的可重復(fù)使用性和可循環(huán)性，因此是一種綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)。
2 結(jié)構(gòu)體系的選擇
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(lái)抵抗側(cè)向力。因此，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）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(shí)，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(gè)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?chē)贾?，沿縱向布置的支撐和沿橫向布置的支撐相連接，形成一個(gè)支撐芯筒。采用由軸向受力桿件形成的豎向支撐來(lái)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。
（2）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(diǎn)，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?chē)O(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(gè)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。
3 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)
3.1 柱
前已述及，鋼結(jié)構(gòu)住宅一般為大開(kāi)間，框架柱在兩個(gè)方向都承受較大的彎矩，同時(shí)應(yīng)該考慮強(qiáng)柱弱梁的 要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強(qiáng)弱軸慣性矩之比3～10，勢(shì)必造成材料浪費(fèi)。因 此對(duì)于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強(qiáng)的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對(duì)于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時(shí)可以提高框架的側(cè)向剛度，防火性能好，而且結(jié)構(gòu)破壞時(shí)柱體不會(huì)迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結(jié)構(gòu)中，選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的但總體上，箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應(yīng)得到廣泛應(yīng)用。方鋼管混凝土柱將是鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的 主要方向，但由于缺乏相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程，目前在住宅中應(yīng)用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復(fù)雜，不利于工廠制作和現(xiàn)場(chǎng)施工，應(yīng)加大力度開(kāi)發(fā)研究。
3.2 樓面屋蓋結(jié)構(gòu)
樓面和屋蓋必須有足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量減少樓板厚度，增加室內(nèi)凈高。壓型鋼板-混凝土組合樓蓋是目前應(yīng)用較為廣泛的形式。它具有施工速度快，平面剛度大，增加房屋凈高的優(yōu)點(diǎn)。具體做法是在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板，再現(xiàn)澆100～150mm混凝土。在鋼梁上焊接足夠的剪力連接件，使鋼梁與混凝土協(xié)同工作構(gòu)成組合樓蓋。這種做法耗鋼量較大，且需防火處理?？梢杂妙A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土薄板取代壓型鋼板。此外，預(yù)應(yīng)力圓孔板、迭合板、組合扁梁也是常用形式。
3.3 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(cuò)移，常在墻體內(nèi)布置垂直支撐，為了方便門(mén)窗開(kāi)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(shí)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。
4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免。按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接，鉸接和半剛接。初學(xué)者宜選擇可以簡(jiǎn)單定量分析的前兩者。常用的參考書(shū)[2]有豐富的推薦的節(jié)點(diǎn)做法及計(jì)算公式。
連接節(jié)點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常用的方法，初學(xué)者可偏安全選用前者。設(shè)計(jì)手冊(cè)中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計(jì)者查用，比較方便。也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來(lái)自動(dòng)完成。
具體設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：
4.1 焊接
對(duì)焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格遵守。焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng)。E43對(duì)應(yīng)Q235，E50對(duì)應(yīng)Q345. Q235與Q345連接時(shí)，應(yīng)該選擇低強(qiáng)度的E43，而不是E50.
焊接設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近。其他詳細(xì)內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定。
4.2 栓接
鉚接形式，在建筑工程中，現(xiàn)已很少采用。
普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用。
高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型。兩者計(jì)算方法不同。高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格M12.常用M16～M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。
自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。國(guó)外在低層墻板式住宅中，也常用于主結(jié)構(gòu)的連接。
4.3 連接板
可簡(jiǎn)單取其厚度為梁腹板厚度加4mm.然后驗(yàn)算凈截面抗剪等。
4.4 梁腹板
應(yīng)驗(yàn)算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強(qiáng)螺栓連接還需驗(yàn)算孔壁局部承壓。
4.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法安裝是初學(xué)者長(zhǎng)犯的錯(cuò)誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位與臨時(shí)固定。
4.6 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平。比如鋼管連接節(jié)點(diǎn)的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成。
5 結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)研究已進(jìn)入一個(gè)新階段，應(yīng)及時(shí)把握其發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，積極借鑒并吸納國(guó)外成熟技術(shù)，注意各專(zhuān)業(yè)間的相互配合，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，相信我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展前景是美好的。
中圖分類(lèi)號(hào)：TU973+.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1.抗震結(jié)構(gòu)體系的類(lèi)型
關(guān)于多層輕鋼住宅結(jié)構(gòu)抗震體系的類(lèi)型，根據(jù)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的組成方式劃分，有如下幾種類(lèi)型：
1）純鋼框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在水平作用力之下，有兩部分的框架側(cè)移，一是結(jié)構(gòu)傾覆力矩造成柱拉壓變形，引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的彎曲，二是結(jié)構(gòu)剪力造成梁柱受彎之后，引起了部分的側(cè)移。純鋼框結(jié)構(gòu)具有比較好的延性體系，而且平面布置上各個(gè)部位的剛度都較為均勻，具有較長(zhǎng)的自震周期。如下圖1.1所示：
圖1.1：純鋼框架結(jié)構(gòu)
2）框架支撐結(jié)構(gòu)體系，荷載力集中于結(jié)構(gòu)的梁柱上，但抗側(cè)的剛度比較小，如果結(jié)構(gòu)的高度較高，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的，而如果結(jié)構(gòu)的梁柱截面設(shè)計(jì)得太大，又會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的成本，因此框架支撐結(jié)構(gòu)體系通常都均勻?qū)ΨQ(chēng)布置了支撐構(gòu)成中心支撐框架結(jié)構(gòu)。如下圖1.2所示：
圖1.2：框架支撐結(jié)構(gòu)體系
3）伸臂及帶狀桁架。建筑物越高，其支撐系統(tǒng)的高度和寬度也會(huì)隨之增大，但抗側(cè)的剛度會(huì)明顯下降，為了提高結(jié)構(gòu)體系的剛度，可以在建筑物的頂部和中部位置設(shè)置伸臂及帶狀桁架結(jié)構(gòu)，提高建筑結(jié)構(gòu)體系的抗彎能力。如下圖1.3所示：
圖1.3：伸臂及帶狀桁架
4）鋼框架混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，在鋼框架當(dāng)中設(shè)置混凝土剪力墻，布置于住宅的建筑平面中心位置，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度水平。這種結(jié)構(gòu)由鋼框架和混凝土兩種不同的材料組成，屬于混合型的結(jié)構(gòu)。如下圖1.4所示：
圖1.4：鋼框架混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)
2.抗震結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本方法
地震的作用具有復(fù)雜性，在計(jì)算其作用力的時(shí)候要盡量簡(jiǎn)單化，常見(jiàn)的有底部剪力法：
根據(jù)結(jié)構(gòu)水平地震作用的規(guī)律，確定結(jié)構(gòu)總水平地震作用的分布狀態(tài)，在計(jì)算的時(shí)候，需要考慮所有主軸方向的自由度。
總水平地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值大小，可用公式2.1計(jì)算： （式2.1）
上式中
指的是結(jié)構(gòu)體系的總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；
指的是水平地震影響系數(shù)；
指的是多層建筑的重力荷載。
當(dāng)水平地震作用沿結(jié)構(gòu)高度的方向分布，可用公式2.2計(jì)算： （式2.2）
上式中
指的是在第i層水平地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值；
和分別代表第i層和第j層的計(jì)算高度；
和指的是集中在第i層和第j層的重力荷載代表值；
指的是結(jié)構(gòu)頂部附加地震的作用系數(shù)。
3.抗震結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的內(nèi)容
抗震結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)內(nèi)容，可分為鋼框架抗側(cè)力體系、鋼框架梁柱連接體系兩種：
1）鋼框架抗側(cè)力體系
鋼框架抗側(cè)力體系包括偏心支撐框架、抗彎框架和中心支撐框架三種類(lèi)型。如下圖1.5所示：
圖1.5：鋼框架抗側(cè)力體系
首先是偏心支撐框架，一端的支撐斜桿和梁連接，偏離梁柱軸線的交接點(diǎn)，另外一端在梁柱的交界處相連接。這種結(jié)構(gòu)，能夠在支撐梁和支撐柱之間形成耗能短梁，以消耗地震的能量，適用于地震頻發(fā)地區(qū)的多層房屋。
其次是抗彎框架，組成部分是梁柱，不僅布置靈活，而且不占室內(nèi)空間。其設(shè)計(jì)原理是利用梁端的非彈性變形特征，用塑性鉸來(lái)消耗地震產(chǎn)生的能量，但其抗側(cè)的剛度比較小，如果側(cè)向力太大，需要增加梁柱截面的面積，會(huì)增加設(shè)計(jì)和施工成本。
再次是中心支撐框架，將斜向支撐構(gòu)件設(shè)置于抗彎框架里面，使得支撐面、梁柱的軸心線連接成一體，以支撐承受水平的荷載，這種設(shè)計(jì)方法側(cè)向剛度比較大，而且不需要使用太多的鋼梁就能夠抵抗側(cè)向力，適合用于非地震區(qū)域的多層房屋設(shè)計(jì)。
2）鋼框架梁柱連接體系
鋼框架梁柱連接體系根據(jù)連接的剛度，可以分為以下三種，如下圖1.6所示：
圖1.6：鋼框架梁柱連接體系
首先是剛性的連接模式。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以采用全焊連接和栓焊混合連接兩種模式，完全熔透對(duì)接梁翼緣和柱翼緣的焊縫。
其次是半剛性的連接模式。包括頂?shù)捉卿撨B接、帶雙腹板角鋼的頂?shù)捉卿撨B接、端板連接，將鋼板焊接于梁端，然后再與梁腹板、梁翼緣焊接。而T型鋼的連接則是在梁上和下翼緣的位置設(shè)置T型鋼，然后將高強(qiáng)螺栓連接在梁柱上面。
再次是柔性連接模式。連接梁腹板和柱，常見(jiàn)的是承托連接，這種連接方法是在柱翼的承托件上設(shè)置梁，然后用小角鋼與柱連接于梁端，這樣就能控制住梁整體的穩(wěn)定性。
4.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，多層輕鋼住宅的抗震結(jié)構(gòu)體系，要求具備足夠的強(qiáng)度、剛度和延性，是我國(guó)目前建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)所在。我們一方面是提高體系的抗側(cè)移水平，另一方面是確保體系在地震發(fā)生時(shí)的側(cè)移限值。根據(jù)多層輕鋼住宅結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，我們可以找出這種住宅抗震結(jié)構(gòu)體系受力的基本原則。多層輕鋼結(jié)構(gòu)的住宅設(shè)計(jì)抗側(cè)力體系的研究，需要綜合結(jié)構(gòu)體系的布置模式、受力變形情況和結(jié)構(gòu)體系的總體特點(diǎn)，通過(guò)多方案的比較選擇，才能夠設(shè)計(jì)出符合抗震基本要求的住宅結(jié)構(gòu)方式。
一、前言
鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展水平從某種角度來(lái)說(shuō)是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅由于其所采用的建筑材料、適用范圍和產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)，使其建筑設(shè)計(jì)方法與于普通意義上的鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)有較大的不同。其自身的特點(diǎn)要求其建筑設(shè)計(jì)方法應(yīng)該滿(mǎn)足三個(gè)方面的要求。其一，以鋼結(jié)構(gòu)作為主要的結(jié)構(gòu)材料，其建筑設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度大的特點(diǎn)，盡量采用大空間的布局方式，保持室內(nèi)空間分隔的靈活性，在滿(mǎn)足近期不同使用需求的情況下，還可滿(mǎn)足遠(yuǎn)期改造的要求;其二，由于其適用范圍為多高層住宅，其建筑設(shè)計(jì)必須符合多高層住宅設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，一方面必須滿(mǎn)足住宅設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范要求，另一方面，必須滿(mǎn)足當(dāng)前和日后市場(chǎng)對(duì)住宅設(shè)計(jì)的舒適性和審美要求;其三，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)應(yīng)該符合產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化的特點(diǎn)，積極采用新技術(shù)、新材料，以促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。
二、多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
1.多高層鋼結(jié)構(gòu)體系選型設(shè)計(jì)
目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)所采用的結(jié)構(gòu)體系主要分為四種:1)純框架形式;2)框架支撐形式;3)型鋼混凝土組合形式;4)鋼框架一混凝土抗震墻形式。對(duì)于純框架形式，梁柱材料采用型鋼，通過(guò)焊接或螺栓連接的方式進(jìn)行組合安裝?？蚣苤涡问酵兛蚣苄问筋?lèi)似，只是由于抗震需要，在主體結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向布置斜撐，鋼斜撐與型鋼柱和梁連接組成豎向抗側(cè)力析架，從而取代傳統(tǒng)的混凝土剪力墻，安裝方式同樣采用焊接或螺栓連接。型鋼混凝土組合形式的特點(diǎn)是在鋼骨架梁柱外側(cè)另外澆筑一層混凝土，新澆筑的混凝土不僅起到結(jié)構(gòu)作用，同時(shí)有助于解決主體結(jié)構(gòu)的防腐、防火問(wèn)題。鋼框架一混凝土抗震墻形式，外部梁柱系統(tǒng)采用型鋼，同樣通過(guò)焊接或螺栓連接的方式進(jìn)行組合安裝，內(nèi)部核心筒或剪力墻采用現(xiàn)澆方式施工，通過(guò)預(yù)埋構(gòu)件同鋼結(jié)構(gòu)框架相連接，共同組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)體系的用鋼量低于純鋼結(jié)構(gòu)，施工速度介于純鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之間。但鋼與混凝土材料的剛度和延性相差較多，目前主要在低烈度地震區(qū)的高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中采用。鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便等原則，并結(jié)合建筑使用功能、建筑模塊和建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)以及抗震設(shè)防烈度等要求合理?yè)駜?yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好的結(jié)構(gòu)體系，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗風(fēng)、抗震能力和滿(mǎn)足住宅特點(diǎn)的使用功能。
2.多高層鋼結(jié)構(gòu)平面及空間設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)住宅通常為框架體系，結(jié)構(gòu)體系與圍護(hù)體系完全分開(kāi)，兩者相互獨(dú)立，圍護(hù)墻體可以根據(jù)需要靈活設(shè)置，建筑空間處理的任意性大大高于以墻體承重為主的傳統(tǒng)住宅。同時(shí)鋼框架由于剛度較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件均較為纖細(xì)，可以節(jié)約出更大的有效空間?；谝陨蠈?duì)于鋼結(jié)構(gòu)住宅空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，平面及空間設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則是:通過(guò)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備各專(zhuān)業(yè)的配合，達(dá)到平面及空間使用上最大限度的無(wú)障礙性和組合靈活性。對(duì)住宅可變性的要求，更加積極促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)在住宅中的應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)可能變換的程度，平面布置的靈活性分為五個(gè)等級(jí)一級(jí)靈活性:分隔構(gòu)件的變化、布置;如折疊式隔墻、作為空間分隔的家具等，這些可以任由房屋的使用者改變。二級(jí)靈活性:空間隔墻的拆改;包括可移動(dòng)的預(yù)制構(gòu)件、可拆卸的隔墻。三級(jí)靈活性:承重結(jié)構(gòu)的改動(dòng);如:建筑物的加高、加固，為增大空間而拆除部分中間支撐，增加或改變樓梯的位置。四級(jí)靈活性:除基礎(chǔ)以外上部結(jié)構(gòu)的全面改動(dòng);五級(jí)靈活性:全部重建。對(duì)于住宅而言，比較可行的靈活性應(yīng)限制在前兩種。大開(kāi)間鋼框架體系為內(nèi)部非承重隔墻的改造提供了方便，但考慮到住宅中設(shè)備管線的分布，因此希望設(shè)中要考慮集中布置的核心管井，而各入戶(hù)管線應(yīng)盡量埋設(shè)在樓板中，以方便隔墻的變動(dòng)。
3.多高層鋼結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)
鋼框架建筑的荷載由梁柱傳遞，墻體不起承重作用。這是鋼結(jié)構(gòu)住宅墻體與傳統(tǒng)的磚混或內(nèi)澆外砌剪力墻住宅的根本區(qū)別。這一特點(diǎn)使鋼結(jié)構(gòu)住宅墻體成為純圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不再受結(jié)構(gòu)空間的限制，可以根據(jù)居住空間的要求靈活分隔。鋼結(jié)構(gòu)住宅的外墻作為住宅基本維護(hù)結(jié)構(gòu)，必須滿(mǎn)足承載能力、熱工、防水、隔聲、防火、抗凍等方面的要求。多高層鋼結(jié)構(gòu)外墻的設(shè)計(jì)原則有：舒適性，指外墻材料必須滿(mǎn)足居住空間的各項(xiàng)建筑物理性能，在溫濕度、聲、光、空氣流通等方面創(chuàng)造適宜的居住環(huán)境；耐久性，包括墻體材料本身、連接件、密封材料以及外觀效果在住宅建筑結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)的耐久性。外墻直接暴露在大氣中，受外界環(huán)境的侵蝕很大，應(yīng)該提倡在不影響居住的前提下可以及時(shí)進(jìn)行局部更新的材料和構(gòu)造做法；外墻材料應(yīng)盡量地方化，降低運(yùn)費(fèi)并便于日后維修時(shí)就地取材。鋼結(jié)構(gòu)住宅的內(nèi)墻應(yīng)盡量采用非承重輕質(zhì)隔斷墻，其主要功能是將使用空間分隔開(kāi)來(lái)，內(nèi)隔墻材料及構(gòu)造做法應(yīng)滿(mǎn)足居住建筑各項(xiàng)物理環(huán)境性能標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度和防火安全要求，特別是作為防火分區(qū)的隔墻，必須確保墻體耐火極限要求。固定墻體如分戶(hù)隔墻、樓電梯間及走廊等公共部分墻體，應(yīng)滿(mǎn)足建筑物耐久年限的要求，廚房衛(wèi)生間等有水房間墻體應(yīng)具有防水功能，在使用年限內(nèi)不應(yīng)發(fā)生滲水、漏水現(xiàn)象，墻體材料不應(yīng)霉變、老化。分戶(hù)墻的選擇應(yīng)在安全可靠，隔聲效果達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上盡量選取輕質(zhì)耐久的材料;戶(hù)內(nèi)隔墻應(yīng)優(yōu)先選用質(zhì)輕、高強(qiáng)、拆裝方便的材料，墻內(nèi)走線應(yīng)靈活可變。
4.多高層鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)雖然是不燃燒體，但其材料化學(xué)特性決定了鋼材不耐火、不抗燒，極易導(dǎo)熱。普通建筑用鋼材，在全負(fù)荷狀態(tài)下失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500℃左右，一般在300℃~400℃時(shí)鋼材強(qiáng)度就開(kāi)始迅速下降。一般無(wú)任何保護(hù)及覆蓋物的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限只有15分鐘左右的時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求。因此，普通建筑用的鋼材作為建筑物的承載主體，一旦發(fā)生火災(zāi)，在高溫作用下，其承載力急劇下降，致使鋼結(jié)構(gòu)不可避免地出現(xiàn)變形，造成建筑物部分或全部坍塌。鋼結(jié)構(gòu)的防火措施主要有外包混凝土、外涂防火涂料和外包防火板三種。外包混凝土是解決鋼梁及鋼柱防火、防腐的最好措施，這種方法利于防火層的耐久性及今后的維護(hù)。但該方法會(huì)增加建筑物的總重量和施工工期。外涂防火涂料只需根據(jù)各種防火涂料的耐火性能及耐火極限要求，滿(mǎn)足厚度相應(yīng)的厚度，但防火涂料的耐久性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建筑物本身，需要后期維護(hù)。防火板可以根據(jù)梁柱的不同形狀，對(duì)鋼梁進(jìn)行包裹，使其達(dá)到所需的耐火極限。防火板的耐久性比防火涂料更長(zhǎng)，后期維護(hù)也較為方便，但價(jià)格較高。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況合理選用防火措施。
5.多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓板設(shè)計(jì)
建筑物樓板結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度、強(qiáng)度和保證梁的整體穩(wěn)定性。對(duì)于住宅建筑還要有良好的隔聲、防火性能，同時(shí)要考慮在樓板內(nèi)敷設(shè)管線的空間。鋼結(jié)構(gòu)的基本元件是冷彎或熱軋的型鋼和鋼板，它的承載能力高，外部尺寸小，重量輕，由于框架這種形式，建筑內(nèi)部支撐少，空間布置的靈活性大。在設(shè)計(jì)中，針對(duì)結(jié)構(gòu)材料和類(lèi)型特征，應(yīng)把握如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: ①設(shè)計(jì)中綜合考慮布置梁柱的位置，特別是柱的形式、排列和柱距，應(yīng)最大限度地滿(mǎn)足居住空間靈活性的要求；②選擇合理的樓蓋結(jié)構(gòu)跨度，既不要太大，也不要太??；③選擇適當(dāng)?shù)奈恢貌贾媒Y(jié)構(gòu)支撐體系，以不妨礙建筑空間布局為宜，應(yīng)避免設(shè)在有門(mén)窗洞口或?qū)?lái)住戶(hù)有可能開(kāi)設(shè)門(mén)窗洞口的位置。④選擇適宜的鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型，考慮人力、氣候、原材料、工期、造價(jià)等綜合因素的影響。⑤結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)化且尺寸精確，以免增加現(xiàn)場(chǎng)安裝的困難和導(dǎo)致廢料的產(chǎn)生。⑥選擇隔聲、防滲效果好的樓板體系，保障居住環(huán)境的舒適性
三、結(jié)語(yǔ)
總之，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的成熟技術(shù)，其優(yōu)良的技術(shù)性能和業(yè)化生產(chǎn)方式，在一定程度上體現(xiàn)了住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的方向。目前，越來(lái)越多的工程技術(shù)人員在從事鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水平在不斷提高；通過(guò)最近幾年鋼結(jié)構(gòu)住宅工程的施工，也積累了許多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以預(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅必將會(huì)大行其道。
參考文獻(xiàn):
1. 輕鋼住宅在我國(guó)的發(fā)展
我國(guó)輕型鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展歷史，雖然起步并不晚，主要由于經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的原因使得多層輕鋼住宅的發(fā)展受到制約。國(guó)內(nèi)最早出現(xiàn)的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是94年11月建于上海浦東北蔡的8層鋼結(jié)構(gòu)住宅，采用冷彎成型的矩形鋼管混凝土柱和U型冷彎型鋼組合梁組成框架。其特點(diǎn)是采用稻草板作外墻和樓板的組件，單位面積用鋼量34kg/m2。
天津經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)太平村是我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化的探索基地之一，來(lái)自中國(guó)，日本，美國(guó)，加拿大等15個(gè)國(guó)家和地區(qū)的95名參展商展示了各自的產(chǎn)品，其中鋼結(jié)構(gòu)住宅均采用框架結(jié)構(gòu)。樓板及墻體、屋頂均采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝，縮短了施工工期。
長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大集團(tuán)建造的8層鋼結(jié)構(gòu)公寓，稱(chēng)之為集成化建筑。該建筑裝有中央空調(diào)一體化機(jī)組，整體浴室，“五表”遠(yuǎn)傳系統(tǒng)等現(xiàn)代化設(shè)備。室內(nèi)設(shè)計(jì)考究，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅的風(fēng)格和質(zhì)量，表明了鋼結(jié)構(gòu)住宅的良好發(fā)展前景。表1為若干輕鋼住宅經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
當(dāng)前，國(guó)家將住宅產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。為居民提供高質(zhì)量的符合市場(chǎng)需求的商品化住宅成為必然趨勢(shì)。國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展
表1 輕鋼住宅經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
工程名稱(chēng) 馬鋼住宅試驗(yàn)樓 北京西三旗水電工程宿舍 涿州中鐵紫荊關(guān)鋼結(jié)構(gòu)公司試驗(yàn)樓保定太行集團(tuán)輕鋼住宅示范樓
結(jié)構(gòu)體系 12層框架－支撐體系 6層框剪體系 6層鋼框架－砼核心筒體系 空間框架結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)型式 熱軋H型鋼 H型鋼，壓型鋼板組合樓板焊接工型梁柱 H形柱，工形梁
用鋼量(kN/m2) 52 63 46 52
單位造價(jià)（元） 1100 1100 1200 900
“新型建筑體系”，已將其列入優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)領(lǐng)域中。國(guó)務(wù)院1999年頒發(fā)的72號(hào)文件
提出要發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究司正在編制與修改與多層鋼結(jié)構(gòu)房屋密切相關(guān)的技術(shù)規(guī)程。建設(shè)部科技司在今年上半年分別召開(kāi)了“鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則編制研討會(huì)”和“鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及關(guān)鍵技術(shù)研究課題立項(xiàng)評(píng)審會(huì)”。通過(guò)了18個(gè)包括鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及其關(guān)鍵和試點(diǎn)工程的立項(xiàng)。國(guó)家政策為鋼結(jié)構(gòu)住宅開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化住宅有望在最近取得突破性進(jìn)展。
2. 多層輕鋼住宅的優(yōu)勢(shì)
過(guò)去我國(guó)大量開(kāi)發(fā)的是以小開(kāi)間磚混結(jié)構(gòu)為主的住宅。這種住宅體系由于使用實(shí)心粘土磚，浪費(fèi)土地資源，建筑物自重大，對(duì)抗震不利。另一方面，由于結(jié)構(gòu)體系自身的限制，住宅平面布局多為封閉式的小開(kāi)間，不能適應(yīng)不斷變化的居住模式的要求。與傳統(tǒng)住宅相比，多層輕鋼住宅具有明顯的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，日益受到重視。
(1)自重輕，抗震性能好。采用高效輕型薄壁型材，構(gòu)件截面特性?xún)?yōu)良，相對(duì)承載力高，受力性能良好，整體剛度大，抗震性能好，可以大量節(jié)約材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低基礎(chǔ)，運(yùn)輸和安裝費(fèi)用。因此，對(duì)地震區(qū)，地質(zhì)條件差和運(yùn)輸不便的地區(qū)，其優(yōu)越性更為明顯。
(2)外形美觀，建筑造型簡(jiǎn)潔，豐富，構(gòu)件截面尺寸小，凈使用面積增加。鋼材強(qiáng)度高，可以提供較大的柱網(wǎng)布置；當(dāng)考慮樓板的組合作用，使用組合梁或扁梁時(shí)，可以增加凈高。這種開(kāi)放式住宅既為建筑師提供設(shè)計(jì)的回旋余地，又為住戶(hù)提供了靈活分隔室內(nèi)空間的可能。
(3)供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結(jié)構(gòu)至少縮短一半工期。在當(dāng)前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對(duì)于降低工程總造價(jià)，增加投資效益幅度是十分重要的。
(4)干法施工，裝備化程度高，建設(shè)快速，高效，質(zhì)量有保證。
(5)輕鋼結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中能源與原材料消耗低，建筑垃圾少，粉塵少，噪音低，具有很高的可重復(fù)使用性和可循環(huán)性，因此是一種綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)。
3.多層輕鋼住宅的體系與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
3.1抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系
主要應(yīng)用于多層輕鋼住宅的體系可分為：純鋼框架體系，框架－支撐體系，鋼框架－混凝土剪力墻體系，周?chē)箓?cè)力體系等。
(1)純框架體系常用于4～8層住宅。它主要由寬翼緣的H型或箱形柱和工字型梁組成，亦可采用熱軋H型鋼。這種體系具有較為靈活的空間布局，但側(cè)向剛度較弱。相對(duì)于框架－支撐體系，用鋼量較大。純框架體系多采用雙向剛接，這樣可以加大結(jié)構(gòu)自身的側(cè)移剛度，減少抗側(cè)移構(gòu)件內(nèi)力，加強(qiáng)耗能機(jī)制，提高建筑物的延性。但節(jié)點(diǎn)形式較為復(fù)雜。由于建筑美觀的要求，端板連接不宜于多層輕鋼住宅。
(2)框架－支撐體系主要由焊接工字型梁柱組成。多數(shù)情況下，這種體系為橫向承重。梁柱節(jié)點(diǎn)在橫向上，為剛接；縱向?yàn)殂q接。因此，結(jié)構(gòu)在縱向相當(dāng)于排架，抗側(cè)移剛度很低，需設(shè)置側(cè)向支撐抵抗水平荷載，限制結(jié)構(gòu)的水平變形。支撐可用槽鋼，角鋼或圓鋼桿，具體形式可結(jié)合建筑立面或門(mén)窗洞口需要采用單斜桿、X型、K型或偏心支撐。單斜桿簡(jiǎn)單明快，但必須設(shè)置兩組不同傾斜支撐，以保證結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向具有同樣抗側(cè)力能力。X型支撐具有很好的側(cè)向剛度，但是交叉點(diǎn)處的細(xì)部構(gòu)造比較復(fù)雜。偏心支撐具有非常好的抗震耗能效果。它的工作原理是：在中、小地震作用下，支撐提供主要的抗側(cè)力剛度，與中心支撐相似；在大地震作用下，保證支撐不發(fā)生受壓屈曲，而讓耗能梁段屈服消耗能量。它是專(zhuān)為抗震設(shè)計(jì)提供的支撐形式。
(3)框架－鋼筋混凝土剪力墻（筒）體系。用鋼筋混凝土剪力墻部分或全部代替鋼支撐，就形成了框架－鋼筋混凝土剪力墻（筒）體系。它適用于小高層住宅。一般將樓梯或電梯間設(shè)計(jì)成鋼筋混凝土墻（筒）。這樣即有效的加強(qiáng)了建筑物的側(cè)向剛度，又解決了樓梯間的防火問(wèn)題。如果結(jié)構(gòu)剛心偏移過(guò)大，出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，可在適當(dāng)部位設(shè)置鋼支撐。
(4)周?chē)箓?cè)力體系。這種體系在歐美國(guó)家的商業(yè)和民用建筑中十分流行。它的特點(diǎn)是剛架柱強(qiáng)軸與其相交的建筑軸線垂直，形成外筒，抵抗水平荷載，將之傳遞到基礎(chǔ)。它適用于建筑外型接近于正方型的結(jié)構(gòu)。可以將這種思路應(yīng)用到框架－支撐體系中。把縱向的支撐去掉，將原有位置的剛架柱扭轉(zhuǎn)90度，梁柱由鉸接變?yōu)閯偨印＿@樣，剛架柱同時(shí)起到抗風(fēng)柱與豎向支撐的作用。
對(duì)于多層輕鋼民用住宅體系的選擇，不必拘泥于某一種特定的體系?？梢愿鶕?jù)建筑平面設(shè)計(jì)的要求，靈活處理，綜合使用不同的抗側(cè)力體系。
3.2 樓面屋蓋結(jié)構(gòu)
樓面和屋蓋必須有足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量減少樓板厚度，增加室內(nèi)凈高。壓型鋼板－混凝土組合樓蓋是目前應(yīng)用較為廣泛的形式。它具有施工速度快，平面剛度大，增加房屋凈高的優(yōu)點(diǎn)。具體做法是在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板，再現(xiàn)澆100～150mm混凝土。在鋼梁上焊接足夠的剪力連接件，使鋼梁與混凝土協(xié)同工作構(gòu)成組合樓蓋。這種做法耗鋼量較大，且需防火處理?？梢杂妙A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土薄板取代壓型鋼板。此外，預(yù)應(yīng)力圓孔板、迭合板、組合扁梁也是常用形式。
3.3 墻體結(jié)構(gòu)
各種輕質(zhì)墻體材料以其良好的保溫、隔熱、隔聲性能受到開(kāi)發(fā)商的青睞。目前，墻體主要分為自承重式和非自承重式。自承重墻體主要包括用于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的加氣混凝土塊、太空板、輕鋼龍骨加強(qiáng)板等，以及用于內(nèi)墻的輕混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。外掛的非自承重式墻體材料主要有彩色壓型鋼板、彩色壓型鋼夾芯板、玻璃纖維增強(qiáng)外墻板等。采用非自承重式墻體材料，需設(shè)置墻梁用以懸掛外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。門(mén)窗洞口上下要布置。墻梁多采用C或Z型冷彎薄壁型鋼，尺寸取決于跨度（剛架間距）和墻距（板跨）。
3.4 多層輕鋼住宅的防火
鋼材屬于不耐火材料，溫度為400 °C時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度將降為常溫的一半，溫度達(dá)到600 °C時(shí)，鋼材基本喪失全部強(qiáng)度和剛度。所以，鋼結(jié)構(gòu)不僅要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)，還要采用防火措施保護(hù)。目前常用的防火措施有以下四種方法(1)防火涂料法。將具有一定厚度的防火涂料直接噴在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。防火涂料主要兩類(lèi)：涂層8～50mm，粒狀表面，密度較小，耐火極限1～3h的為厚涂型防火隔熱材料；涂層3～7mm，遇火膨脹增厚，耐火極限0.15～2h的為薄涂型防火隔熱材料。噴涂法造價(jià)較低，操作簡(jiǎn)便，施工速度快，但是構(gòu)件表面不平整，影響美觀。（2）隔離法。將防火材料或防火磚沿構(gòu)件的外圍，將構(gòu)件包裹，與外界隔離。這種方法美觀，無(wú)污染，但施工速度較慢，適用于外露的構(gòu)件。（3）實(shí)心包裹法。將鋼構(gòu)件澆注到混凝土中。（4）膨脹漆覆蓋法。將具有一定厚度的膨脹漆噴涂、抹、刷在經(jīng)過(guò)處理的構(gòu)件表面?？够饦O限最高達(dá)2h。覆蓋法施工容易，但不適用于潮濕的環(huán)境，僅適用于干燥的室內(nèi)。
4. 工程實(shí)例
4.1 工程背景介紹
某示范樓建筑面積4665m2，5層純鋼框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)67m，寬13.5m，層高3m。焊接工字形梁，縱橫雙向剛接H形柱。樓面活荷載為2.0kN/m2，屋面活荷載0.3kN/m2，輕型屋面恒荷載0.3kN/m2；基本風(fēng)壓0.25 kN/m2；設(shè)計(jì)地震烈度為7度，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地。屋面為冷彎薄壁C型檁條鋪雙層鍍鋅壓型鋼板夾100mm厚保溫棉屋面系統(tǒng)，外墻采用200mm厚陶?；炷量招钠鲶w墻，分戶(hù)墻為180mm厚菱鎂土板，戶(hù)內(nèi)隔墻為90mm厚菱鎂土板。條型基礎(chǔ)，柱與基礎(chǔ)為剛接。
示范樓共有四個(gè)居住單元，兩種建筑平面布置形式，建筑面積分別為143 M2，102 M2。一單元為大兩室兩廳，二、三、四單元為小兩室兩廳。一單元的大客廳使用了組合扁梁，從而實(shí)現(xiàn)了梁與樓蓋的一體化，減少了結(jié)構(gòu)層高。對(duì)于正常極限狀態(tài)下的組合扁梁，將鋼和混凝土兩種材料組成的組合梁截面換算成同一種材料的截面，再按照彈性理論計(jì)算。為了樓板的放置，扁梁的下翼緣一般較寬，需驗(yàn)算施工時(shí)產(chǎn)生的偏心荷載。為了減少設(shè)計(jì)工作量，通常把扭矩簡(jiǎn)化為已對(duì)大小相等、方向相反的力分別作用于扁梁的上下翼緣。詳細(xì)分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)。
4.2 計(jì)算方法與基本要求
對(duì)于多層輕鋼住宅，盡管采用單向板，但由于縱橫向均有墻體荷載分布，宜采用三維空間計(jì)算模型。本工程采用的是普通樓板，不考慮樓蓋對(duì)鋼架梁剛度增大的作用，忽略樓板的空間聯(lián)系作用，空間模型為純框架結(jié)構(gòu)。計(jì)算分析是采用有限元分析軟件ANSYS完成。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中采用三維梁?jiǎn)卧?，質(zhì)量單元計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期以及靜力分析。
相對(duì)于工業(yè)建筑而言，多層民用建筑的荷載工況簡(jiǎn)單明了。主要考慮以下三種工況：
工況一：1.2×恒載標(biāo)準(zhǔn)值＋1.4×活荷載標(biāo)準(zhǔn)值
工況二： 1.2×恒載標(biāo)準(zhǔn)值＋0.85×1.4×（風(fēng)荷載＋活荷載）標(biāo)準(zhǔn)值
工況三：1.2×重力代表值＋1.3×水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值
對(duì)于多層輕鋼住宅地震荷載計(jì)算，由于樓層較低，結(jié)構(gòu)布置對(duì)稱(chēng)，采用底部剪力法就可滿(mǎn)足要求。
多層輕鋼住宅側(cè)向位移具體要求如下:
(1)在風(fēng)荷載作用下的頂點(diǎn)水平位移與總高度之比不宜大于1/500。
(2)層間相對(duì)位移與層高之比不宜大于1/400。
(3)在常遇地震作用下，層間側(cè)移不超過(guò)樓層高度1/250。
對(duì)于多層輕鋼住宅，還要滿(mǎn)足剛架柱構(gòu)件穩(wěn)定性與鋼框架的整體穩(wěn)定性要求。
表2 兩種方案（空間模型）比較
柱截面（mm） 柱用鋼量(t) 單位用量（kg/m2）縱向主自振周期(s) 地震作用下縱向最大層間位移 橫向主自振周期（s） 地震作用下橫向最大層間位移(mm)
方案一 300x300x12x8 92.91 51.96 1.657 1/426 1.232 1/633
方案二 300x300x10x10 114.55 57.46 1.140 1/700 1.231 1/632
方案比較 節(jié)省19％ 節(jié)省9.6％ 基本相同
4.3 計(jì)算分析
由于活荷載與基本風(fēng)壓較小，所以工況三為控制工況。計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)將兩種方案進(jìn)行了比較，不改變剛架梁的截面形式，只對(duì)剛架柱進(jìn)行改動(dòng)。方案一，剛架柱為工字形；方案二，剛架柱為箱形。表2給出兩種方案空間模型的主要計(jì)算結(jié)果，可得到以下結(jié)論：
(1)兩種方案的剛架柱在強(qiáng)軸方向慣性矩相同，即在橫向結(jié)構(gòu)的剛度相同，因此橫向主自振周期以及地震作用下橫向最大層間位移基本一致。
(2)本工程長(zhǎng)寬比5，縱橫雙向剛接，因此對(duì)于方案一，當(dāng)橫向側(cè)向剛度滿(mǎn)足要求時(shí)，縱向剛度也能達(dá)到要求。
(3)在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，方案一節(jié)約鋼材用量，單位面積用鋼量減少約10％，經(jīng)濟(jì)性好。因此，在設(shè)計(jì)中選擇了工字形剛架柱。表3示范樓主要構(gòu)件尺寸及其用鋼量。但是由于輕鋼體系剛架柱的腹板很薄，為了防止局部失穩(wěn)引起的結(jié)構(gòu)失效，剛架柱宜在縱向梁柱剛接處做成局部箱形柱。
表3 示范樓主要構(gòu)件尺寸及其用鋼量
截面尺寸（mm） 用鋼量(t) 比例（％）
剛架柱（GJZ） I300x300x12x8 92.91 38.3
剛架梁（GJL） I400x180x8x6 78.52 38.4
扁梁（BL） I280x140x16x10x210 10.86 4.48
次梁1（CL1） I300x180x8x6 9.14 3.77
屋面梁 I300x160x8x6 10.56 4.36
中圖分類(lèi)號(hào)：G267文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
剪力墻分為平面剪力墻和筒體剪力墻。平面剪力墻用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)、無(wú)梁樓蓋體系中。為增加結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度及抗倒塌能力，在某些部位可現(xiàn)澆或預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻?，F(xiàn)澆剪力墻與周邊梁、柱同時(shí)澆筑，整體性好。筒體剪力墻用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)中 ，由電梯間、樓梯間、設(shè)備及輔助用房的間隔墻圍成，筒壁均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，其剛度和強(qiáng)度較平面剪力墻高可承受較大的水平荷載。此兩類(lèi)剪力墻比較復(fù)雜，最好采用有限元法借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算判斷過(guò)程是由整體參數(shù)來(lái)判斷的有關(guān)計(jì)算方法有那些注意的問(wèn)題,希望大家展開(kāi)討論.
還有個(gè)比較重要而且需要進(jìn)一步理解的概念是:協(xié)同工作原理 基本的原理是這樣的:框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的?？蚣艿膫?cè)移曲線是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪力墻的側(cè)移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架—剪力墻（以下簡(jiǎn)稱(chēng)框-剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框—剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡(jiǎn)稱(chēng)彎剪型。在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框—剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些，比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反。框架和剪力墻在共同承擔(dān)外部荷載的同時(shí)，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用?？蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系，即為協(xié)同工作原理。
一、 框架抗震等級(jí)和機(jī)構(gòu)高度的調(diào)整
抗震設(shè)計(jì)的細(xì)長(zhǎng)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，在基本振型地震作用下，其框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50％時(shí)，框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)采用，柱軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用；其最大適災(zāi)高度和高寬比限值可比純框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加。
目前不論手算近似方法還是計(jì)算機(jī)方法，一般均采用了樓板平面內(nèi)剛度無(wú)限大的假定，即認(rèn)為樓板是平面內(nèi)不變形的。在框—剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻的間距較大，實(shí)際上樓板是會(huì)變形的。在水平作用下，剪力墻部位水平位移較?。欢诳蚣懿课挥捎诳蚣艿膭偠容^小，樓板位移較大，相應(yīng)地框架的實(shí)際水平力比計(jì)算值大。
更重要的是，剪力墻剛度較大，承受了大部分水平力，在地震力作用下，剪力墻會(huì)首先開(kāi)裂，剛度下降，從而使部分地震力向框架轉(zhuǎn)移，框架承受地震力會(huì)增加。此外，框架是框—剪結(jié)構(gòu)抵抗地震作用的第二道防線，有必要提高其設(shè)計(jì)地震力，以使強(qiáng)度有更大的儲(chǔ)備。
因此，在地震力作用下，框—剪結(jié)構(gòu)中框架的剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，
在鋼筋混凝土中不使用墊塊，將無(wú)法保證鋼筋位置達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼筋籠歪斜、鋼筋保護(hù)層大小不一、鋼筋外露等嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，大大降低構(gòu)件承載能力，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。在剪力墻澆筑過(guò)程中，為防止鋼筋移位，最好的辦法是使用對(duì)拉螺栓，螺栓在模板內(nèi)和鋼筋焊接固定，在外由模板橫向牽扯，既固定了鋼筋又固定了模板，是最完善的方式，完全能替代墊塊的作用。其實(shí)，對(duì)拉螺栓在建筑工程中非常常見(jiàn)，如果有人注意觀察，如混凝土水池等結(jié)構(gòu)的內(nèi)外壁上有些鋼筋露頭，最后完工后會(huì)被割除，然后在其位置涂抹瀝青漆防腐，這些就是對(duì)拉螺栓的痕跡。
二、 剪力墻的機(jī)構(gòu)布置
1．平面布置。剪力墻結(jié)構(gòu)中全部豎向荷載和水平力都由鋼筋混凝土墻承受，所以剪力墻應(yīng)沿平面主要軸線方向布置。
（1）矩形、L形、T形平面時(shí)，剪力墻沿兩個(gè)正交的主軸方向布置；
（2）三角形及Y形平面可沿三個(gè)方向布置；
（3）正多邊形、圓形和弧形平面，則可沿徑向及環(huán)向布置。
單片剪力墻的長(zhǎng)度不宜過(guò)大：
（1）長(zhǎng)度很大的剪力墻，剛度很大將使結(jié)構(gòu)的周期過(guò)短，地震力太大不經(jīng)濟(jì)；
（2）剪力墻以處于受彎工作狀態(tài)時(shí)，才能有足夠的延性，故剪力墻應(yīng)當(dāng)是高細(xì)的，如果剪力墻太長(zhǎng)時(shí)，將形成低寬剪力墻，就會(huì)由受剪破壞，剪力墻呈脆性，不利于抗震。故同一軸線上的連續(xù)剪力墻過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)用樓板或小連梁分成若干個(gè)墻段，每個(gè)墻段的高寬比應(yīng)不小于2。
2．每個(gè)墻段可以是單片墻，小開(kāi)口墻或聯(lián)肢墻。每個(gè)墻肢的寬度不宜大于8.0m，以保證墻肢是由受彎承載力控制，和充分發(fā)揮豎向分布筋的作用。內(nèi)力計(jì)算時(shí)，墻段之間的樓板或弱連梁不考慮其作用，每個(gè)墻段作為一片獨(dú)立剪力墻計(jì)算。
2.1邊緣構(gòu)件的設(shè)置
一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對(duì)于普通剪力墻，其暗柱配筋滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0.7%，一般部位0.5%。對(duì)于短肢剪力墻，控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往就按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋。
(1)考慮梁約束作用時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度特征值 增大，自振周期T1減小，地震力增大，因而總底部剪力增大；剪力墻承擔(dān)的剪力加大，但除底層外，墻彎矩反而有所減?。豢蚣艹袚?dān)的剪力減?。唤ㄖ镯旤c(diǎn)位移減小，但層間位移加大。
（2)在求得總剪力墻、總框架、總連梁內(nèi)力以后，常根據(jù)各構(gòu)件剛度進(jìn)行第二步分配，計(jì)算構(gòu)件控制斷面的內(nèi)力。
工程概況：
以某住宅小區(qū)為例，建造在斜山坡地帶。占地面積約18000m2，總建筑面積約20000m2，小區(qū)內(nèi)擬建5幢6+1層磚混住宅建筑。根據(jù)原地形的特點(diǎn)和場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，本著盡可能少挖土方、降低造價(jià)的原則。5幢建筑物順山坡地形布局，將原斜山坡修整為七個(gè)臺(tái)階地，每個(gè)臺(tái)階地高差2．7 m。按照設(shè)計(jì)總體要求，5幢建筑物均采用跌落法的建筑設(shè)計(jì)手法。即將臺(tái)階地間的高差設(shè)于兩個(gè)單元之間的橫墻處（圖1）。由工程地質(zhì)勘察報(bào)告揭示的場(chǎng)地土層分布自上而下依次為：沖填土，粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化泥巖。
一、邊坡穩(wěn)定性分析與處理
在斜山坡上興建多層磚混住宅建筑，除了有位于建筑物邊緣以外的室外邊坡外，還有因臺(tái)階開(kāi)挖形成的位于建筑物下部的邊坡。位于建筑物邊緣以外的室外邊坡可按常規(guī)方法設(shè)計(jì)處理。但當(dāng)邊坡位于建筑物下部時(shí)，這種邊坡已不是獨(dú)立的土質(zhì)邊坡，而是與建筑物相關(guān)聯(lián)的邊坡，其建筑物的上部荷載和基礎(chǔ)形式將對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。本文著重闡述這類(lèi)位于建筑物下部邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題。在進(jìn)行該類(lèi)工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，場(chǎng)地的穩(wěn)定性主要包括三個(gè)方面：場(chǎng)地的整體穩(wěn)定性、臺(tái)階處邊坡及擋土墻的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。
1．1 整體穩(wěn)定性
該小區(qū)建筑場(chǎng)地為山區(qū)地貌，建筑場(chǎng)地位于江南隆起的東南緣與華南活動(dòng)帶的拼貼復(fù)合部位，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)較大的區(qū)域性構(gòu)造通過(guò)，建筑場(chǎng)地范圍內(nèi)各層巖土體較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)溶洞、土洞等不良地質(zhì)作用．場(chǎng)地穩(wěn)定。但經(jīng)人工開(kāi)挖平整后，破壞了原有的平衡狀態(tài)，建筑物荷載作用亦會(huì)對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析、計(jì)算。
1．2 局部穩(wěn)定性
(1)場(chǎng)地開(kāi)挖形成的多級(jí)臨空臺(tái)階破壞了原有場(chǎng)地的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。臺(tái)階的開(kāi)挖、填筑和堆載也可對(duì)邊坡的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。開(kāi)挖邊坡使坡體內(nèi)土的初始應(yīng)力狀態(tài)改變，坡腳附近出現(xiàn)應(yīng)力集中帶，坡頂和坡面的一些部位可能出現(xiàn)張拉應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。
(2)場(chǎng)地內(nèi)建筑物下部的臨空臺(tái)階在建筑物的上部荷載作用下具備坍塌條件。建筑物對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響主要取決于通過(guò)基礎(chǔ)傳到坡體內(nèi)的荷載，這些傳到坡體內(nèi)的建筑荷載作用在滑動(dòng)土體上，增加了滑動(dòng)土體的下滑力，對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。斜山坡地建筑荷載是不能忽視的影響因素。
(3)基礎(chǔ)回填土未經(jīng)壓實(shí)固結(jié)處理可能造成的固結(jié)沉降；堆填土在雨水或施工用水滲入軟化后可能導(dǎo)致邊坡局部失穩(wěn)。
1．3 基礎(chǔ)穩(wěn)定性
基礎(chǔ)的穩(wěn)定性強(qiáng)說(shuō)明地基承載力可靠，不產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降及傾斜，滿(mǎn)足建筑物正常使用極限狀態(tài)的要求。
1．4 建筑物下部邊坡穩(wěn)定的作用力分析
在分析建筑物下部的邊坡穩(wěn)定時(shí)，需考慮上部建筑荷載及基礎(chǔ)形式對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響。作用于斜山坡地建筑物下部土體上的作用力除了土體自重外，還包括建筑物通過(guò)基礎(chǔ)傳到坡體內(nèi)的荷載。
建筑物通過(guò)基礎(chǔ)傳到坡體內(nèi)的荷載包括水平荷載、豎向荷載和彎矩三項(xiàng)。水平荷載指向坡體內(nèi)時(shí)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性有利，指向坡體外部時(shí)，則是不利荷載。水平荷載作用可由風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生；豎向荷載如結(jié)構(gòu)自重、使用荷載、雪荷載等；彎矩對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響不大，可忽略。
建筑物通過(guò)基礎(chǔ)傳到坡體內(nèi)的荷載對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響與基礎(chǔ)形式有關(guān)，當(dāng)建筑物采用淺基礎(chǔ)時(shí)，由于基礎(chǔ)埋深較淺，通過(guò)基礎(chǔ)傳到坡體內(nèi)的荷載大部分會(huì)作用在滑動(dòng)土體上，增大了山坡土體向下的滑動(dòng)力，容易使坡體失穩(wěn)或產(chǎn)生滑坡。
1．5 建筑物下部邊坡穩(wěn)定的處理方法
在進(jìn)行斜山坡地多層磚混住宅建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，上述三個(gè)方面的穩(wěn)定問(wèn)題相互關(guān)聯(lián)，必須根據(jù)具體情況統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理。
根據(jù)本工程上部建筑特點(diǎn)和地質(zhì)條件的情況，本工程采用磚砌條形淺基礎(chǔ)，為了保證建筑物下部的邊坡穩(wěn)定，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，采用了放臺(tái)階的做法，即以臺(tái)階處的基礎(chǔ)底標(biāo)高為基準(zhǔn)，沿縱墻放臺(tái)階過(guò)渡（圖2），橫墻基礎(chǔ)底標(biāo)高同相交處縱墻的基底標(biāo)高，這樣可使相交的縱橫墻基礎(chǔ)底在同一標(biāo)高，增強(qiáng)了建筑物基礎(chǔ)的整體性，既對(duì)臺(tái)階處土坡整體穩(wěn)定性有利。也減小了土坡處的土壓力，有利于臺(tái)階處土體的局部穩(wěn)定。
圖2 橫橫基礎(chǔ)埋深變化示意
在臺(tái)階高差處利用橫墻基礎(chǔ)設(shè)置室內(nèi)擋土墻。因磚混住宅建筑的橫墻間距較小，臺(tái)階臨空處室內(nèi)擋土墻的設(shè)計(jì)受建筑墻的限制，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮建筑物與擋土墻間的相互影響。如單獨(dú)另設(shè)室內(nèi)擋土墻不太合適，設(shè)計(jì)時(shí)可將兩個(gè)單元之間位于臺(tái)階高差處的橫墻基礎(chǔ)適當(dāng)做大，大放腳以上的墻體兼作室內(nèi)擋土墻，其厚度按計(jì)算確定。擋土墻內(nèi)適當(dāng)增設(shè)同墻厚的鋼筋混凝土扶壁柱，扶壁柱與墻體沿豎向每500mm高設(shè)4Φ6鋼筋與墻體拉結(jié)。在擋土墻底部和頂部各設(shè)一道鋼筋混凝土圈梁，圈梁分別與兩側(cè)同標(biāo)高的縱向圈梁相連，以增強(qiáng)擋土墻的整體穩(wěn)定性。在進(jìn)行該類(lèi)擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：
(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將橫墻基礎(chǔ)與室內(nèi)擋土墻共同考慮，由于該橫墻基礎(chǔ)與相鄰兩側(cè)的基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)連接成為一個(gè)整體，要求墻體保持剛性，沒(méi)有偏轉(zhuǎn)與平移，故該擋土墻結(jié)構(gòu)須保持靜止，不可發(fā)生側(cè)向位移，此時(shí)墻后的土壓力宜按靜止土壓力計(jì)算；
(2)擋土墻荷載計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入作用在土體上的建筑荷載；
(3)由于建筑物下部的室內(nèi)擋土墻與橫墻基礎(chǔ)共同考慮．且與相鄰兩側(cè)的基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)連接成為一個(gè)整體，該擋土墻的計(jì)算簡(jiǎn)圖不同于普通擋土墻，其計(jì)算簡(jiǎn)圖可簡(jiǎn)化為上下端鉸接的構(gòu)件（圖3）。
圖2 橫橫基礎(chǔ)埋深變化示意
在臺(tái)階高差處利用橫墻基礎(chǔ)設(shè)置室內(nèi)擋土墻。因磚混住宅建筑的橫墻間距較小，臺(tái)階臨空處室內(nèi)擋土墻的設(shè)計(jì)受建筑墻的限制，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮建筑物與擋土墻間的相互影響。如單獨(dú)另設(shè)室內(nèi)擋土墻不太合適，設(shè)計(jì)時(shí)可將兩個(gè)單元之間位于臺(tái)階高差處的橫墻基礎(chǔ)適當(dāng)做大，大放腳以上的墻體兼作室內(nèi)擋土墻，其厚度按計(jì)算確定。擋土墻內(nèi)適當(dāng)增設(shè)同墻厚的鋼筋混凝土扶壁柱，扶壁柱與墻體沿豎向每500mm高設(shè)4Φ6鋼筋與墻體拉結(jié)。在擋土墻底部和頂部各設(shè)一道鋼筋混凝土圈梁，圈梁分別與兩側(cè)同標(biāo)高的縱向圈梁相連，以增強(qiáng)擋土墻的整體穩(wěn)定性。在進(jìn)行該類(lèi)擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：
(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將橫墻基礎(chǔ)與室內(nèi)擋土墻共同考慮，由于該橫墻基礎(chǔ)與相鄰兩側(cè)的基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)連接成為一個(gè)整體，要求墻體保持剛性，沒(méi)有偏轉(zhuǎn)與平移，故該擋土墻結(jié)構(gòu)須保持靜止，不可發(fā)生側(cè)向位移，此時(shí)墻后的土壓力宜按靜止土壓力計(jì)算；
