钢结构设计施工

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【摘要】现在，我国目前钢结构研究已经进入了一个新的阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。当然，在钢结构住宅发展方面，还有一些技术问题有待解决。钢结构住宅的推广还需要做大量的工作，要广泛宣传开发轻钢结构的益处，完善不同类型结构设计规范和施工技术标准，建立一个能与传统建材相竞争的钢材供应网，研制新型的轻质保温墙体材料以及与之相配套的辅助材料，做好示范工程，加强信息交流，行业动态，寻求国际间的广泛合作，激发开发商在做决策时采用钢结构等。

【关键词】住宅结构，架支撑体，混凝土，设计形式

钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑。所谓轻钢是指以彩钢板作为屋面和墙面，以薄壁型钢作檩条和圈梁，以焊接“h”型截面物做主梁，现场用螺栓或焊接拼接的门式钢架为主要结构的一种建筑，再配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系，即轻钢结构体系。这种体系具有自重轻，建设周期短，适应性强，外表美观，造价低，易维护等特点，因此结构更是非常理想。因此钢结构的结构及其设计形式更要更深刻了解

钢结构住宅结构的形式

1钢框架与混凝土筒体（墙体）的混合结构体系其特点是钢一混凝土混合结构的平面布置一般为楼电梯或卫生间采用钢筋混凝土，形成主要的抗侧力结构，而外周的框架则采用钢框架这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机地结合起来，外周梁柱连接一般采用刚性连接，而楼面钢梁与混凝墙则采用铰结，由于混凝土承担了绝大部分的水平力，故而混合结构的位移控制指标可参照钢筋混凝土结构采用，但框架部分承担的地震力不得小于结构底部剪力的20%和楼层最大剪力的1.8倍二者的较小值，在大多数情况下，后者往往起控制作用，这种体系的住宅平面上应限制无剪力墙部分框架的长度，否则楼面无限刚的假定将很难满足。这种的受力特点为结构整体破坏属于弯剪型，结构破坏主要集中于混凝土芯筒，特别是结构下部的混凝土筒体四角，对这部位应予加强，保证筒体的延性，此外钢梁与混凝土墙体的连接部位受力复杂，也是最易遭受破坏的地方，该节点应保证能承受钢梁可能出现的轴向力。这种体系的不足之为芯筒为混凝土，重量减少不是很多，现场浇捣混凝土的工作量仍然较大。从建筑平面布置的角度来看，柱子一般布置在阳台或转角部件，以利于住户的装修处理。

2.架支撑体系

对于多层及小高层建筑，可以建筑的外墙，结合门窗位置双向交叉支撑，支撑采用角钢、槽钢成圆钢，可按拉杆设计，而且在轻钢住宅结构中，撑也不一定必须从下到上同一位置设置，也可跳格布置，其目的主要是为了增加结构的刚度，对于外墙开有门窗时，也可在窗台高度范围内布置，形成类似周边带状桁架的结构形式，对结构整体刚度进行加强。对高层住宅，可选择山墙和内墙布置中心支撑或偏心支撑，值得注意的是当采用单斜柱体系时，应设置不同倾斜方向的两组单斜杆，以抵抗双向地震作用，在节点方面，若支撑足以承受建筑物的全部侧向力作用，则梁柱可部分或全部做成刚接。在高烈度地区，如果柱子比较细长，则大多采用偏心框架体系，这种体系的特点是，在小震或中等烈度地表作用下刚度足以承受侧向水平力，在强震作用下又具有很好的延性和耗能能力。支撑框架在水平力作用下，类似于竖向悬臂桁架，柱子像弦杆一样承担外部荷载产生的弯矩，斜支撑和梁如同腹杆承受水平力，腹杆承担水平剪力，弦杆的轴向变形对框架侧向变形的影响使结构产生弯曲的形而腹杆的变形对框架侧向变形的影响使结构产生"剪切的形状，最终形成的侧向变形形状是弯、剪两种曲线效果的组合，弯、剪效果的相对大小，主要取决了耗能支撑的刚度，一般在均衡的低层支撑结构中，剪切变形最为重要，有时它基本决定了结构的侧向变形，因此这种结构的底层层间变形较大；在中高层结构中，柱子中较大的轴向力和变形以及二者沿高度的大量积累使弯曲变形占主导地位，在高宽比大于8的单对角支撑区格中，全部水平位移的60%～70%通常是弯曲变形引起的，因此这种结构的顶端或接近顶端的层间变形最大，据此认为，对于剪切型的低层结构，应注意在结构的底部设置耗能支撑；对于弯曲型的中高层结构，不能忽视在结构的顶部设置耗能支撑，支撑布置时，不得采用支撑点在柱中的K形支撑，同时对支撑构件应控制其轴压比，7度时一般不得大与/fy。如果作为住宅结构层高较低，构件节间尺寸较小，导致支撑构件及节数量均较多，而且传力路线较长，抗侧效果差，支撑结构体系也可考虑采用跨层支撑。

3列桁架结构体系

错列桁架结构体系产生于20世纪60年代，由美国麻省理工学院首先提出，并成功用于多个公寓及旅馆建筑中。该体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成，桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。由于两开间布置一榀桁架，且中间无柱子，所以非常适合住宅、旅馆建筑各单元的灵活布置要求。这种体系的受力特点为：水平力主要通楼板传至相邻桁架的斜腹杆，如此水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层支撑传至基础，楼层间的柱子主要承受轴力，其所受的剪力和弯矩很小。由于桁架有整层高，所以整个体系刚度较大，一般不需要增加柱子刚度以控制位移，由错列桁架结构体系中柱子主要承受轴力，其柱截面强轴可布置在纵向，故其纵向侧移刚度亦较大，这种体系的用钢量可较框架结构减少30～40%，因此该体系是一种经济、实用、高效的新型结构体系，目前湖南大学正对该体系作系统研究。

4轻钢龙骨结构体系

龙骨结构体系主要用于中低层住宅或别墅，大致可分为两类，一类为以冷弯C型钢组成的龙骨体系，另一类以小型热轧型钢组成的龙骨结构体系。轻钢龙骨体系一般由柱、梁、天龙骨、地龙骨及中腰支撑通过配套扣件和加劲件用自攻螺钉连接而成，梁柱构件厚度在1～3mm之间，柱子间距约为400～600mm。主要受力机理为：柱子与上下龙骨及支撑或隔板组成受力墙壁，竖向力由楼面梁传至墙壁的龙骨，再通过柱子传至基础；水平力由作为隔板的楼板传至受力墙壁再传至基础。由于在传力过程中，墙面板承受了一定的剪力，提供了必要的刚度，故墙面板应满足一定的要求。楼板可采用楼面轻钢龙骨体系，上覆刨花板及楼面面层，下部设置石膏板吊顶，既可便于管线的穿行，又满足了隔声要求。该体系的优点为组成体系的构件尺寸较小，可将结构构件隐藏在墙体内部，有利于建筑布置和室内美观，且保温性能良好，梁柱均为铰接，省却现场焊接及高强螺栓的费用，而且受力墙体也可在工厂整体拼装，加快了施工进度。