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钢结构住宅结构形式

来源:www.yngzj.cn 发表时间:2019-10-09

钢结构住宅是十五期间我国将要重点推广的项目,其具有强度高、结构尺寸小、自重轻、施工速度快、抗震性能好及工业化程度高的特点。本文对国内外主要的钢结构住宅结构形式进行了回顾和总结,对各种结构体系进行了评述,并对钢结构住宅设计中存在的主要问题提出了建议。

一、结构体系

钢结构住宅结构体系大致可分为以下几种形式:


1.钢框架与混凝土简体(墙体)的混合结构体系


2.钢框架加支撑的结构体系


3.钢框架与预制混凝土墙体的框剪结构体系


4.钢框架与预制混凝土墙体的框剪结构体系


5.错列桁架结构体系


6.轻钢龙骨结构体系


1.钢框架与混凝土简体(墙体)的混合结构体系特点

钢框架与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、施工速度快和混凝上的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有效地结合起来,外周梁柱连接一般采用刚性连接,而楼面钢梁与混凝土墙则采用铰结,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剪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,否则楼面无限钢的假定将很难满足。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,对这些部位应予加强,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。


这种体系的不足之处为芯筒为混凝土,重量减少不是很多,现场浇灌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位,以利于住户的装修处理。

2.钢框架支撑体系特点


对于多层及小高层建筑,可在建筑的外墙,结合门窗位置布置双向交叉支撑,支撑可采用角钢、槽钢及圆钢,可按拉杆设计,而且在轻钢住宅结构中,支撑也不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,则梁柱可做成铰接,如支撑不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。


3.钢框架-预制混凝土墙体体系特点


这种体系一般预制混凝土墙体中均埋有钢板支撑,它只有在支撑点处于钢框架相连,而且混凝上墙板与框架梁柱留有空隙,从受力上来说,它仍是一种支撑。但其特点是内藏钢板按强度控制设置,不考虑屈曲。


对混凝上墙体应双面配筋,且双面钢筋应互相拉结,在钢支撑端部范围内应设置加强构造钢筋,如采用梅花形钢筋、螺旋形钢筋、钢箍等。这种体系受力性能良好,支撑构件相对较经济,且能与隔墙布置相结合。但现场安装比较困难,制作比较复杂。

4.钢框架结构体系特点


这种体系受力明确,使用灵活,制作安装简单,施工速度较快,但为抵抗侧向力所需梁柱藏面较大,一般可用于6层以下的多层建筑,且一般情况下,梁柱节点应采用刚接。这种体系用于高层建筑,经济性较差。


5.错列桁架结构体系特点


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,格架高度等于层高,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。由于两开间布置一榴桁架,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:水平力主要通过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,由于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%。因此该体系是种经济、 实用、高效的新型结构体系,目前湖南大学正在对该体系进行系统研究。


6.轻钢龙骨结构体系特点


轻钢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C型钢组成的龙骨体系,另类以小型热轧型钢组成的龙骨结构体系。轻钢龙骨体系般由柱、梁、天龙骨、地龙骨及中间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.


其主要受力机理为:柱子与上下龙骨及支撑或隔板组成受力墙壁,竖向力由楼面传至墙壁的天龙骨,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,并提供了必要的刚度,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,上覆创花板及楼面面层,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,省去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。其缺点为梁柱铰接不适合于强震区的高层建筑,国内该体系尚缺乏工程经验,冷弯型钢品种较少。

下面主要介绍ALC板加气混凝土板的物理性能及施工要求:

ALC板的计算容重650kg/M2


隔热保温导热系数0.11W/M.K 厚度125的板材相当于370厚的砖墙的保温性能,用150厚的ALC板能够满足上海地区保温节能的要求。


耐火性能150厚的板材耐火极限大于4小时。


隔音性能150厚的板材隔声指数大于46.4dB,满足45dB的规范要求。抗震性能层间位移角1/20时,板材无脱落。


施工要求外墙施工时,板缝之间须用合适的密封材料嵌缝,外再涂以合成树脂乳胶密封液一层,外面刷水泥浆一道,内掺水重5%~10%107胶, 最外面采用涂料及合适的饰面。


当ALC板用作外墙时,一般采用二层一块板, 长度为5600~6000,实际选用时应根据建筑物所在地区的风载选用合适的型号,至于内外墙开设的门窗洞口,均采用角钢过梁,同时门窗洞口两侧也采用100cm的角钢加强。此外ALC板也可用于轻质屋面,且该板易于切割。



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