時間：2023-07-28 09:18:57
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇多層住宅結構設計，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
從住宅建筑的發(fā)展來看，鋼結構住宅具有強度高、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，發(fā)展鋼結構住宅可提高住宅的產(chǎn)業(yè)化水平和居住功能水準。本文就高多層鋼構住宅最新發(fā)展中的問題進行探討。
1結構體系選擇與結構布置
多層鋼結構住宅可以選用的建筑結構體系主要有純框架體系、框架一支撐體系、交錯桁架結構體系等。
1.1框架體系和框架―支撐體系
框架體系是由基礎、柱、梁、板結構件組成。框架結構體系平面布置靈活，可提供較大的室內(nèi)空間，結構各部分剛度均勻，結構有較好的延性，自振周期較長，延性較好;但框架結構的側向剛度較小，在水平荷載作用下位移較大，易引起非結構構件破壞。在房屋層數(shù)較多時，為增加橫向抗側移剛度，同時減小柱子的計算長度，增強穩(wěn)定性，可采用框架一支撐體系?？蚣芤恢误w系在梁柱框架基礎上沿豎向布置抗剪支撐構件，水平剪力主要由腹桿軸力的水平分量承擔而不是由柱承受。
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，支撐構件多采用角鋼或部分T型截面，在7°抗震設防區(qū)多層住宅的用鋼量多在35~40Kg/m2。在結構平面布置上宜采用大柱網(wǎng)、大開間的結構布置形式，柱距5~8m較常見?？蚣苤诜课輽M向、縱向成列布置、不宜錯開太多，若設置支撐構件時，應注意避讓門窗洞口或設在無孔口的分戶墻中。
1.2交錯桁架結構體系
交錯桁架結構體系的基本組成是柱子、桁架、梁和板。柱子僅布置在房屋周圍，不設中間柱。
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，水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層斜撐傳至基礎。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。交錯桁架結構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°抗震設防區(qū)，其用鋼量較框架結構節(jié)約10%左右，當建筑橫向尺寸較大，這一優(yōu)勢將更明顯;桁架結構抗側移剛度大，位移也較小，柱強軸可布置在縱向，以加大結構縱向側移剛度。交錯桁架結構體系結構布置時注意使一層桁架的斜腹桿落地(與基礎梁連接)或通過底層斜撐傳至基礎，否則結構水平位移過大，難以滿足規(guī)范要求。還應注意水平、豎向結構布置要做到規(guī)則對稱。從結構布置上說，交錯桁架結構體系可以提供兩倍于框架結構體系的更大開間，進深也大大增加?？梢蕴峁└蟮氖褂妹娣e。此外，交錯桁架結構體系柱子數(shù)目較少，所以基礎數(shù)量較少，能夠進一步節(jié)約材料。
在設計中采用何種結構體系，應綜合考慮多種影響因素。除分析建筑高度、受力特點、合理柱網(wǎng)尺寸等結構因素外，還應該考慮施工的難易程度、用鋼量、施工速度、造價、宜改變布置的大空間更適應現(xiàn)代生活等因素的影響。
2節(jié)點設計及結構計算
在鋼結構住宅體系中，節(jié)點的設計相當重要。節(jié)點設計不僅應做到傳力可靠連接方便，還應該注意節(jié)點的受力特征應和計算模型相吻合，這樣才能保證結構的安全可靠。按傳力特征來分，鋼結構節(jié)點可分為鉸接、剛接和半剛接節(jié)點。鉸接節(jié)點構造簡單，在受彎構件中引起跨中彎矩較大，用鋼量增多;剛接節(jié)點連接可減小跨中彎矩，節(jié)約用鋼，但構造較復雜。在框架結構多層住宅中，柱多采用H型截面，強軸布置在橫向，橫向梁柱通常為剛接節(jié)點?？v向腹板一般較薄，亦可采用鉸接節(jié)點?？蚣塄D支撐結構中梁柱節(jié)點可以是鉸接或半剛接。支撐與構件的連接、交錯桁架結構中桁架桿件的連接、桁架與柱連接通常設計為鉸接節(jié)點。交錯桁架結構中縱向連梁與柱可設計為剛接。
在剛性連接中，應重視節(jié)點域的問題，節(jié)點域直接影響到節(jié)點的強度、剛度、變形及抗震性能。當節(jié)點域驗算不滿足時，不應該簡單的調(diào)整構件截面尺寸，這樣可能帶來用鋼量的大量增加，可以考慮采用在柱腹板處貼焊補強板、梁上下翼緣加楔形蓋板、狗骨法等方法解決。
多層鋼結構住宅設計計算可采用設計單位較普及的STS、MTS、SAP2000、ANSYS等鋼結構設計軟件。對計算結果要逐一審核，包含周期、位移、應力比等方面，應重視結構設計的優(yōu)化以節(jié)約用鋼量。
3圍護墻體的選取
為突出鋼結構自重輕、布置靈活、可改性好的特點，鋼結構住宅不宜采用傳統(tǒng)的“磚”類或其它自重較大的材料。而多采用“板”“塊”類墻體。在多層住宅中，可選擇加氣混凝土砌塊、壓型鋼板加輕質保溫材料組成的復合墻體、蒸壓輕質加氣混凝土(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、玻璃纖維增強水泥板、紙面稻草板等。
4樓蓋體系
多層鋼結構住宅房屋的樓板不僅起著傳遞豎向荷載的作用;在水平荷載作用下，還起著保證抗側力構件空間協(xié)調(diào)的作用。因此，樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性。目前，鋼結構住宅中較多地采用壓型鋼板混凝土組合樓板。由于組合樓板擔負著傳遞水平力的作用，故而鋼梁與壓型鋼板連接處應設置必要的栓釘，壓型鋼板組合樓板有蝶型壓型鋼板樓板、勁扣式壓型鋼板樓板等，對鋼結構住宅可采用勁扣式壓型鋼板，其內(nèi)口封閉，平整的板底外觀不需要再做吊頂。
關鍵詞：多層住宅；鋼結構設計；結構體系；節(jié)點設計
從住宅建筑的發(fā)展來看，鋼結構住宅具有強度高、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，發(fā)展鋼結構住宅可提高住宅的產(chǎn)業(yè)化水平和居住功能水準。本文就多層鋼構住宅最新發(fā)展中的問題進行探討。
1結構體系選擇與結構布置
多層鋼結構住宅可以選用的建筑結構體系主要有純框架體系、框架一支撐體系、交錯桁架結構體系等。
1.1框架體系和框架―支撐體系
框架體系是由基礎、柱、梁、板結構件組成。框架結構體系平面布置靈活，可提供較大的室內(nèi)空間，結構各部分剛度均勻，結構有較好的延性，自振周期較長，延性較好;但框架結構的側向剛度較小，在水平荷載作用下位移較大，易引起非結構構件破壞。在房屋層數(shù)較多時，為增加橫向抗側移剛度，同時減小柱子的計算長度，增強穩(wěn)定性，可采用框架一支撐體系?？蚣芤恢误w系在梁柱框架基礎上沿豎向布置抗剪支撐構件，水平剪力主要由腹桿軸力的水平分量承擔而不是由柱承受。
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，支撐構件多采用角鋼或部分T型截面，在7°抗震設防區(qū)多層住宅的用鋼量多在35~40Kg/m2。在結構平面布置上宜采用大柱網(wǎng)、大開間的結構布置形式，柱距5~8m較常見。框架柱在房屋橫向、縱向成列布置、不宜錯開太多，若設置支撐構件時，應注意避讓門窗洞口或設在無孔口的分戶墻中。
1.2交錯桁架結構體系
交錯桁架結構體系的基本組成是柱子、桁架、梁和板。柱子僅布置在房屋周圍，不設中間柱。
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，水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層斜撐傳至基礎。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。交錯桁架結構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°抗震設防區(qū)，其用鋼量較框架結構節(jié)約10%左右，當建筑橫向尺寸較大，這一優(yōu)勢將更明顯;桁架結構抗側移剛度大，位移也較小，柱強軸可布置在縱向，以加大結構縱向側移剛度。交錯桁架結構體系結構布置時注意使一層桁架的斜腹桿落地(與基礎梁連接)或通過底層斜撐傳至基礎，否則結構水平位移過大，難以滿足規(guī)范要求。還應注意水平、豎向結構布置要做到規(guī)則對稱。從結構布置上說，交錯桁架結構體系可以提供兩倍于框架結構體系的更大開間，進深也大大增加。可以提供更大的使用面積。此外，交錯桁架結構體系柱子數(shù)目較少，所以基礎數(shù)量較少，能夠進一步節(jié)約材料。
在設計中采用何種結構體系，應綜合考慮多種影響因素。除分析建筑高度、受力特點、合理柱網(wǎng)尺寸等結構因素外，還應該考慮施工的難易程度、用鋼量、施工速度、造價、宜改變布置的大空間更適應現(xiàn)代生活等因素的影響。
2節(jié)點設計及結構計算
在鋼結構住宅體系中，節(jié)點的設計相當重要。節(jié)點設計不僅應做到傳力可靠連接方便，還應該注意節(jié)點的受力特征應和計算模型相吻合，這樣才能保證結構的安全可靠。按傳力特征來分，鋼結構節(jié)點可分為鉸接、剛接和半剛接節(jié)點。鉸接節(jié)點構造簡單，在受彎構件中引起跨中彎矩較大，用鋼量增多;剛接節(jié)點連接可減小跨中彎矩，節(jié)約用鋼，但構造較復雜。在框架結構多層住宅中，柱多采用H型截面，強軸布置在橫向，橫向梁柱通常為剛接節(jié)點?？v向腹板一般較薄，亦可采用鉸接節(jié)點?？蚣塄D支撐結構中梁柱節(jié)點可以是鉸接或半剛接。支撐與構件的連接、交錯桁架結構中桁架桿件的連接、桁架與柱連接通常設計為鉸接節(jié)點。交錯桁架結構中縱向連梁與柱可設計為剛接。
在剛性連接中，應重視節(jié)點域的問題，節(jié)點域直接影響到節(jié)點的強度、剛度、變形及抗震性能。當節(jié)點域驗算不滿足時，不應該簡單的調(diào)整構件截面尺寸，這樣可能帶來用鋼量的大量增加，可以考慮采用在柱腹板處貼焊補強板、梁上下翼緣加楔形蓋板、狗骨法等方法解決。
多層鋼結構住宅設計計算可采用設計單位較普及的STS、MTS、SAP2000、ANSYS等鋼結構設計軟件。對計算結果要逐一審核，包含周期、位移、應力比等方面，應重視結構設計的優(yōu)化以節(jié)約用鋼量。
3圍護墻體的選取
為突出鋼結構自重輕、布置靈活、可改性好的特點，鋼結構住宅不宜采用傳統(tǒng)的“磚”類或其它自重較大的材料。而多采用“板”“塊”類墻體。在多層住宅中，可選擇加氣混凝土砌塊、壓型鋼板加輕質保溫材料組成的復合墻體、蒸壓輕質加氣混凝土(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、玻璃纖維增強水泥板、紙面稻草板等。
4樓蓋體系
多層鋼結構住宅房屋的樓板不僅起著傳遞豎向荷載的作用;在水平荷載作用下，還起著保證抗側力構件空間協(xié)調(diào)的作用。因此，樓板必須有足夠的承載力、剛度和整體性。目前，鋼結構住宅中較多地采用壓型鋼板混凝土組合樓板。由于組合樓板擔負著傳遞水平力的作用，故而鋼梁與壓型鋼板連接處應設置必要的栓釘，壓型鋼板組合樓板有蝶型壓型鋼板樓板、勁扣式壓型鋼板樓板等，對鋼結構住宅可采用勁扣式壓型鋼板，其內(nèi)口封閉，平整的板底外觀不需要再做吊頂。
關鍵詞:多層建筑;異形柱;框架結構;結構設計;優(yōu)化措施
中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號：
1、引言
隨著我國住宅建筑規(guī)模的不斷擴大和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,建筑功能優(yōu)于普通框架結構的鋼筋混凝土異形柱框架結構應運而生。與傳統(tǒng)磚混結構、框架結構相比,異形柱避免了房間邊角因采用矩形柱時所產(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。異形柱結構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,國標《混凝土異形柱結構技術規(guī)程》(JGJl49-2006)在總結地方規(guī)程的基礎上已經(jīng)正式實施,下面著重對多層建筑采用異形柱結構設計進行分析探討。
2、異形柱結構的受力機理分析
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)外兩個方向的剛度相差較大,各個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,異形柱的肢長一般不會太小,由此會容易造成剪跨比過小,形成短柱。由于肢厚較小,為薄壁構件,剪切中心與截面形心往往不重合,變形以剪切為主,構件的變形能力下降。由于異形柱屬于薄壁構件,也會因截面曲率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,受力時要靠各柱肢交點處核心混凝土的協(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力和剪應力。國內(nèi)外大量的試驗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雜性,在設計中必須通過可靠的計算分析和必要的構造措施,來保證其強度和延性。
3、工程實例
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,標準層層高為2.9m。地震設防烈度按6度考慮,抗震等級為3級,場地類別為Ⅲ類,基本風壓為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構,在兩個方向均有拉結。柱網(wǎng)均在5m以內(nèi),局部設置矩形柱,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構整體分析
4.1計算原理與參數(shù)
PKPM-SATWE采用數(shù)值計算原理和迭代方法,將受壓區(qū)混凝土劃分為若干個小單元,利用截面假定確定小單元各點的混凝土和鋼筋應變,由混凝土和鋼筋的應力應變關系曲線求得混凝土小單元和各根鋼筋的應力,建立平衡方程,通過迭代方法求出所需配筋面積。
本工程結構混凝土強度等級采用C30,縱向受力鋼筋采用HRB335級鋼筋
(D≤22mm),箍筋采用HRB235級鋼筋。由于結構平面不規(guī)則性,考慮雙向地震作用,地劈作用分析方法采用側剛分析方法。
4.2結構自振周期
結構的自振周期,如表1所示。
可以看出,水平地震力方向與坐標軸夾角為0°時,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中有詳細的規(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軸夾角分別為0°和45°時作用下的軸壓比。
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軸夾角為45。時的軸壓比值較0°時的軸壓比值均大,特別是L形柱,軸壓比差值較大,軸壓比公式為
μN=N/fcAc(1)
其中:μN為軸壓比;N為考慮地震作用組合的軸向壓力設計值;fc為混凝土軸心抗壓強度設計值;Ac為異型柱截面面積。
從式(1)可知,同截面同混凝土標號的異形柱軸壓比越大,則上部荷載越大,故本工程異形柱設計中應采用水平力方向與坐標軸夾角為45°時的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。文獻通過模型分析提出L形等肢異形柱應考慮45°和-45°地震作用方向的計算,這與本文研究得出的結論吻合。
4.4底層剪力控制
通過異形柱受力機理分析可知,異形柱受力時,柱肢內(nèi)存在相當大的剪應力和翹曲應力,故異形柱受力計算除按軸壓比控制進行雙偏壓計算外,還應計算抗剪應力。
從表3中可以看出,水平力方向與坐標軸夾角為45°時,5種不同形式的異形柱柱底剪力較水平力方向與坐標軸夾角為0°時大,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)值趨勢相符。同時應考慮L形柱在45°和-45°地震作用方向的計算。
4.5層間位移角
結構在水平力方向與坐標軸夾角分別為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,滿足規(guī)范相應要求。曲線1對應樓層n各點層間位移角值均小于曲線2相對應值,說明結構在水平力方向與坐標軸夾
角為45°時抗側力能力較好。
5、異形柱框架結構設St中的優(yōu)化措施
5.1異形柱框架結構設計中的優(yōu)化措施
從以上分析可以看出,異形柱結構與矩形柱結構在性能上存在較大差異,設計過程中應重點控制和優(yōu)化對異形柱結構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,相應調(diào)整異形柱柱肢高,使其滿足扭轉與平動第1周期比T3/T1
2)異形柱的方向性較強,在進行整體計算分析時,應增加45°和-45°風和地震作用方向的計算,保證結構的安全度。
3)Z形柱本文未詳細分析,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)生翹曲應力,故設計時,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)以考慮翹曲應力的影響。
4)異形柱受力后,柱肢端部會出現(xiàn)較大應力,加上梁作用于柱肢上,應力產(chǎn)生不均勻性。一般越靠肢端,應力越大,對柱肢形成偏心壓力,因而在異形柱配筋時,應在肢端設置暗柱,離端部厚度范圍內(nèi)設2φ14的構造鋼筋,箍筋同柱,可限制柱肢混凝土裂縫開展,提高異形柱局部抗壓、抗剪強度及變形能力。
5.2異形柱混凝土節(jié)點核心區(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。為了滿足抗剪承載力的要求,只能提高混凝土的標號,但隨之帶來的問題是構件變脆,同時與梁板混凝土強度的協(xié)調(diào)也成問題,有時了為個別柱的需要,而使全部柱的混凝土標號提高,也造成了投資上的浪費。
為了解決這一問題,設計時采用了在節(jié)點核心區(qū)的柱內(nèi)加豎向鋼板的方法,鋼板伸過節(jié)點核心區(qū)上下一定的長度錨固,按鋼板與混凝土協(xié)同工作來計算分析,確定鋼板的截面尺寸。最終設計的結果是鋼板截面尺寸較小,不影響梁柱鋼筋的布置,且鋼板設置靈活,哪里需要哪里加,從已建成工程使用來看,效果較好。
6、結語
綜上所述,異形柱結構由于具有不出現(xiàn)柱楞,不露梁,并能夠增加使用面積等優(yōu)點,以及民用建筑市場朝著大開間、太空間方向的發(fā)展,應用前景將日益廣泛。結構設計時應根據(jù)其受力特點,充分了解其破壞機理,選用合理的結構形式,正確掌握分析方法,其結構才能有可靠的安全保證。
參考文獻:
[1]中華人民共和國建設部.混凝土異形柱結構技術規(guī)程(JGJl49-2006)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006
【關鍵詞】淺談 多層 砌體 住宅 設計
改革開放后，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建筑結構無論從理論還是施工技術都有長足發(fā)展。建筑物結構形成越來越多，使用的材料也越來越豐富，其中砌體結構在土木工程領域的應用非常廣泛。
在多層住宅建筑中，用砌體內(nèi)外承重墻和鋼筋混凝土樓板組成的混合結構房屋占主導地位。砌體結構有其自身優(yōu)點，如耐久性好、耐火性好、便于就地取材、施工技術要求低、造價低廉等；但其也有缺點，如強度低，整體性能和延性差，自重大，砌筑工作量大，勞動強度高等。為充分發(fā)揮其優(yōu)勢，砌體結構在材料和結構構造方式上進行了很多的探討，取得了一些新進展，如采用配筋砌體、組合砌體和預應力砌體等新的結構形式，可以克服材料的性能不足，改善砌體結構的受力性能；采用空心稱重砌塊，降低結構自重；進行墻體材料改革，發(fā)展非燒結材料，利用工業(yè)廢料，減少對農(nóng)田的占用。
在商品房住宅小區(qū)設計中，大部分建筑采用了砌體結構。由于用戶對房屋使用功能要求的多樣化，使得建筑平面布置和立面造型都較為復雜，增加了設計難度。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
一、總高度和層數(shù)接近規(guī)范限值
《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）7.1.2條規(guī)定"房屋的總高度指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度，半地下室從地下室內(nèi)地面算起，全地下室和嵌固條件好的半地下室應允許從室外地面算起；對帶閣樓的坡屋面應算到山尖墻的1/2高度處。"城鎮(zhèn)中小區(qū)內(nèi)多數(shù)住宅樓均采用一層為車庫，頂層帶閣樓或是坡屋面的形式。這樣房屋的總高度和層數(shù)就會接近或超過規(guī)范規(guī)定的極限值。這時，橫墻內(nèi)的構造柱間距不宜大于層高的2倍，即一般不宜超過5.4米；縱墻內(nèi)的構造柱一般不超過3.9米（外縱墻）和4.2米（內(nèi)縱墻），即大致每開間均應設置一根構造柱，如此要求是十分必要的，實驗證明墻段的寬高比超過2時，構造柱的約束作用會降低。
二、縱向布置較弱
隨著住宅商品化，使得砌體住宅樓的客廳面積增大，由于業(yè)主使用要求不同，大房間內(nèi)不設置縱墻或只設置較短的墻段，便于其以后用隔斷自由分割。眾所周知，多層砌體房屋的抗震性能主要取決于砌體墻，而水平方向地震作用分為兩個方向，房屋的縱向相對于橫向比較弱，在地震作用下率先產(chǎn)生裂縫，嚴重者會出現(xiàn)傾斜、錯動、倒塌等現(xiàn)象，進而使房屋遭到破壞。所以在拿到建筑專業(yè)的條件圖后，結構設計人員要先思考分析，務必要和建筑設計人員溝通，盡量做到縱、橫墻的布置均勻對稱，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應上下連續(xù)，同時一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。
多層磚混住宅一般采用橫墻承重或縱橫共同承重的結構體系。由于內(nèi)縱墻體少，因而房屋該方向空間剛度和整體性均較差，拉震能力低。當縱墻不能貫通布置時，可在縱橫墻交界處采取加強措施，如在縱、橫墻交接處增設鋼筋混凝土構造柱，并適當加強構造配筋或者可以在縱橫墻交接處每隔一定高度放置水平拉結構筋如2ф6@500，以加強房屋整體性，防止縱、橫墻交界處在地震力的作用下被拉開。另外，構造柱與墻體必須依靠樓層上下樓蓋圈梁的拉結才能成為一個整體。構造柱作為一種豎向構件，一般沿墻截面不變，配筋也少有變化。因此，在各樓層柱高處必須有圈梁作為錨固點，以形成上下和左右墻段的約束作用。樓蓋圈梁在多層結構中很難準確計算，它的作用是多方面的，如增強拉接，提高結構的整體性，抵御地基的不均勻沉降，加強樓板與墻體的連接等。
三、墻體上下不連續(xù)
住宅樓底層平面局部內(nèi)收或外伸，形成上下層墻體不連續(xù)，或底層作為汽車庫、小商店以致外墻的門洞間墻寬度較小時，底部應采用框架-抗震結構體系。6、7度且總層數(shù)不超過五層的底層框架之間的砌體震墻，但應計入砌體墻對框架的附加軸力和附加剪力；其余情況應采用鋼筋混凝土抗震墻。底層框架-抗震墻房屋，應允許采用嵌砌于框架之間的砌體抗震墻，但應計入砌體墻對框架的附加軸力和附加剪力；其余情況應采用鋼筋混凝土抗震墻。底層框架-抗震墻房屋的縱橫兩個方向，第二層與底層側向剛度的比值，6、7度時不應大于2.5，8度時不應大于2.0，且均不應小于1.0。底部兩層框架-抗震墻房屋的縱橫兩個方向，底層與底部第二層側向剛度應接近，第三層與底部第二層側向剛度的比值，6、7度時不應大于2.0，8度時不應大于1.5，且均不應小于1.0。
底部抗震墻的布置宜均勻對稱，避免由于水平地震作用下扭轉導致破壞；抗震橫墻間距應滿足規(guī)范要求；同時調(diào)整底部大片剪力墻的布置形式和開洞方式，當墻體較寬時可考慮開設一些洞口，以減少該大墻片的剛度。鋼筋混凝土抗震墻周邊應設置由梁（或暗梁）和邊框柱（或框架柱、暗柱）組成邊框；各墻段的高寬比不宜大于2。底層框架-抗震墻的縱、橫地震剪力設計值應乘以增大系數(shù)，以提高底層或底部兩層結構的安全度，滿足規(guī)范對于薄弱部位應采取必要措施的要求。其值應根據(jù)第二層與底層的側向剛度比值的大小在1.2-1.5范圍內(nèi)選用。對于采用嵌砌于框架之間的普通磚砌抗震墻，墻厚不應小于240mm，砌筑用的砂漿強度等級不應小于M10的要求，且施工時應先砌墻后澆筑框架的施工方案。
四、異形樓板的配筋
【關鍵詞】多層建筑；結構體系；結構設計
1 多層輕鋼住宅的優(yōu)點
由于我們自己的局限性的結構體系，為封閉的小開間住宅平面布局，不斷地適應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和優(yōu)勢，受到了越來越多人的關注。
（1）外形美觀，建筑造型簡潔，富有，截面尺寸小，使用的凈面積的增加鋼材強度高，可以提供較大的柱網(wǎng)布置；當考慮樓板的組合作用，使用組合梁或扁梁時，可以增加凈高。這種開放式住宅既為建筑師提供設計的回旋余地，又為住戶提供了靈活分隔室內(nèi)空間的可能。
（2）供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結構至少縮短一半工期。在當前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對于降低工程總造價，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，建設快速，高效，質量有保證。
（4）輕鋼結構在生產(chǎn)和使用的過程中能源與原材料消耗低，建筑垃圾少，粉塵少，噪音低，具有很高的可重復使用性和可循環(huán)性，因此是一種綠色環(huán)保結構。
2 結構體系的選擇
建筑層數(shù)越多，高度越高，則由于風力或地震力引起的側向力就越大，建筑物必須有相應的剛度來抵抗側向力。因此，結構體系也就需要不斷的發(fā)展。目前，多層和小高層鋼結構建筑常用的結構體系有以下幾種。
（1）框支結構體系。純框架在風、地震荷載作用下，側移不符合要求時，可以采用帶支撐的框架，即在框架體系中，沿結構的縱、橫兩個方向布置一定數(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面積的周圍布置，沿縱向布置的支撐和沿橫向布置的支撐相連接，形成一個支撐芯筒。采用由軸向受力桿件形成的豎向支撐來取代由抗彎桿件形成的框架結構，能獲得比純框架結構大的多的抗側力剛度，可以明顯減小建筑物的層間位移。
（2）框架剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架剪力墻結構體系，這種結構以剪力墻作為抗側力結構，既具有框架結構平面布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度，可用于40至60層的高層鋼結構。當鋼筋混凝土墻沿服務性面積（如樓梯間、電梯間和衛(wèi)生間）周圍設置，就形成框架多筒體結構體系。這種結構體系在各個方向都具有較大的抗側力剛度，成為主要的抗側力構件，承擔大部分水平荷載，鋼框架主要承受豎向荷載。
3 主要構件設計
3.1 柱
前已述及，鋼結構住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的 要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強弱軸慣性矩之比3～10，勢必造成材料浪費。因 此對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時可以提高框架的側向剛度，防火性能好，而且結構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結構中，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得到廣泛應用。方鋼管混凝土柱將是鋼結構住宅發(fā)展的 主要方向，但由于缺乏相應的規(guī)范、規(guī)程，目前在住宅中應用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復雜，不利于工廠制作和現(xiàn)場施工，應加大力度開發(fā)研究。
3.2 樓面屋蓋結構
樓面和屋蓋必須有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性，同時應當盡量減少樓板厚度，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。具體做法是在鋼梁上鋪設壓型鋼板，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)同工作構成組合樓蓋。這種做法耗鋼量較大，且需防火處理?？梢杂妙A應力鋼筋混凝土薄板取代壓型鋼板。此外，預應力圓孔板、迭合板、組合扁梁也是常用形式。
3.3 支撐和剪力墻形式
多層框架鋼結構體系的側向剛度較弱，隨著層數(shù)的增加，為了抵抗水平地震作用，減小層間錯移，常在墻體內(nèi)布置垂直支撐，為了方便門窗開洞，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構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，地震時易發(fā)生應力集中，導致墻體產(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構，與鋼框架組合，起到剛性構件的作用。
4 節(jié)點設計
在結構分析前，就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設計的節(jié)點與結構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)點分剛接，鉸接和半剛接。初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書[2]有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式。
連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法，初學者可偏安全選用前者。設計手冊中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用，比較方便。也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成。
具體設計主要包括以下內(nèi)容：
4.1 焊接
對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強制規(guī)定，應嚴格遵守。焊條的選用應和被連接金屬材質適應。E43對應Q235，E50對應Q345. Q235與Q345連接時，應該選擇低強度的E43，而不是E50.
焊接設計中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近。其他詳細內(nèi)容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(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，可在次要結構部位使用。
高強螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個強度等級。根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型。兩者計算方法不同。高強螺栓最小規(guī)格M12.常用M16～M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設計中應慎重使用。
自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。國外在低層墻板式住宅中，也常用于主結構的連接。
4.3 連接板
可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm.然后驗算凈截面抗剪等。
4.4 梁腹板
應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。
4.5 節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現(xiàn)場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。
4.6 節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平。比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設備才能完成。
5 結束語
當前我國鋼結構研究已進入一個新階段，應及時把握其發(fā)展趨勢，結合我國國情，積極借鑒并吸納國外成熟技術，注意各專業(yè)間的相互配合，促進鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，相信我國鋼結構住宅的發(fā)展前景是美好的。
參考文獻：
關鍵詞：多層砌體；住宅建筑；結構設計；問題
中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號：
隨著我國的國民經(jīng)濟高速發(fā)展,綜合國力得到了大大的提高,相應帶動了大量的城鄉(xiāng)改造工程。但城市的發(fā)展在幅員遼闊的中國極不平衡,較為落后、偏僻的城市,由于經(jīng)濟實力較差、交通不便等原因,樓房的建設依然以砌體結構為主,如辦公樓、教學樓、多層住宅、沿街二、三層店鋪和多層底商住宅樓等。因設計水平所限,注重了承載力的計算,忽視了構造措施和概念設計;注重了本專業(yè)的設計,忽視了和別的專業(yè)相協(xié)調(diào),在許多建筑的施工圖設計中,已經(jīng)埋下了很大的安全隱患。這樣的設計不僅不符合現(xiàn)行設計規(guī)范,而且降低了建筑結構的可靠度和安全性
一、砌體結構的含義
用磚砌體、石砌體或砌塊砌體建造的結構叫做砌體結構。我國砌體結構應用非常的廣泛,它具有可以就地取材，非常好的耐久性和比較好的大氣穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,也同樣具有不錯的保溫隔熱性能。
二、 砌體結構的特點
多層砌體房屋是指由燒結普通粘土磚、燒結多孔粘土磚、混凝土小型空心砌塊等砌體承重的多層房屋。通常砌體結構房屋給人們的印象多數(shù)是建筑高度不大、層數(shù)較少、層高較低、窗戶較小、內(nèi)部墻較多，立面造型簡單，這種印象正好說明了砌體結構的建筑特點。砌體結構由粘土磚或砌塊砌筑而成，材料呈脆性，其抗剪、抗拉和抗彎強度較低，因此抗震性能較差，即便有圈梁、構造柱等加固措施，在強烈地外，巷子中磚瓦緊湊地接著淅淅瀝瀝的水滴?！暗未鸬未鹣滦∮炅?，種子說我要發(fā)芽，我要發(fā)芽?！庇浀贸鮼頃r，我在小巷中震作用下，破壞率仍然較高。
三、多層砌體住宅建筑結構設計易忽視的問題
1、地基處理及基礎設計
地基及基礎在建筑的安全性方面的重要作用不言而喻。砌體結構房屋，由于平面不規(guī)則，或房屋高差較大引起建筑物重量懸殊較大，或由于地基不均勻，即房屋各部位下面持力層地基強度不同，以及下臥層軟硬程度不同，而引起較大的不均勻沉降。顯然，對于以脆性材料為主的砌體結構這種不均勻沉降更是極其不利的。但由于砌體結構上部荷載相對來說并不很大，許多設計人員往往在設計中不太重視，在地基處理和基礎設計時的比較隨意，如：（1）人為造成不均勻地基。如建筑距離較小時，為了解決基礎外放的問題，同一結構單元，樁基和天然地基或換填土地基混用等。（2）采用軟件進行基礎設計時，為減少繪圖工作量，歸并系數(shù)較大，這等同于獨基(或條基)采用不同的地基承載力特征值。從理論上講，上述兩種情況，事實都是對同樣的地基承受不同的附加應力，必然會產(chǎn)生不均勻沉降。
為更好的控制不均勻沉降，從而減少由于沉降差引起的結構附加應力。在做地基處理及基礎設計時應該更加細致，比如：對同一結構，承載能力較低的地基之上的基礎，寬度取值可比計算值大些，以減少對地基的附加壓力，從而減少沉降值；而地基強度較高的基礎，寬度可按計算設置甚至略小于計算值（慎用），以期人為增加該部分基礎的沉降量，減少與較軟弱地基部分的沉降差。
設計中如遇到地質條件很不均勻的復雜地基時，除了對由于地基承載力不同而引起的砌體結構房屋的不均勻沉降作上述處理外，相應的應上部結構也適當進行加強，以增強結構的整體剛度，抵抗地基的均勻沉降。如增加設置圈梁的層數(shù)和圈梁設置的密度，加強不同土層的交接房屋結構的連接構造和配筋等。
2、預制過梁的設計與施工
過梁是墻體門、窗或設備洞口上承擔豎向荷載的構件。在設計及施工工程中常見問題如下:
（1） 過梁端部支承長度不足.(一般為240mm)
從設計角度講，過梁截面設計主要取決于：過梁上荷載選?。徽孛媸芡?，支座斜截面受剪承載力計算；按梁端有效支承長度或過梁有效支承長度驗算支承處砌體局部受壓。預制尺寸的誤差，施工操作中的隨意擺放都能導致過梁支承長度的不足。在此中情況下，容易導致支承處砌體局部受壓強度不足。更有甚者，一端與構造柱相連的過梁沒有采用與構造柱整體澆筑， 只是在構造柱相應位置處甩筋后澆，使過梁支座截面的斜截面抗剪能力降低，滿足不了設計要求。
（2） 門窗洞口處過梁與設備洞口處過梁不區(qū)別對待
設備洞口處過梁與門窗洞口處過梁的區(qū)別在于設備洞口處過梁須預留洞口(供穿管用)，造成其本身強度的削弱。有的設計人員人為：住宅結構中過梁的荷載不大，故常常忽略。但是在實際工程之中，確確實實有的設備洞口上方的過梁由于開洞而設計時沒有加強，從而導致過梁跨中出現(xiàn)豎向裂縫，影響正常使用。所以在砌體住宅設計中，考慮過過梁開洞削弱的影響， 適當加大設備洞口連梁的截面高度和配筋，避免在使用期間其出現(xiàn)裂縫，滿足正常使用要求。
3、砌體承重墻設備留洞問題
（1）砌體住宅結構設計中,樓梯間由于樓層處開大洞沒有樓板連接形成了砌體結構中的一個比較薄弱的部位。然而，近幾年的砌體住宅設計中,往往把設備留洞放樓梯間在兩側橫墻上，致使本來就比較薄弱的部位更加變的薄弱了。具體表現(xiàn)如下:
a）樓梯間橫墻處較大洞口兩側沒有設置構造柱。
b）相鄰洞口之間凈距過小。
（2）因為結構施工圖中很少有設備洞口定位,有時只是在《結構設計總說明》統(tǒng)一注明墻體開洞加強措施，從而導致現(xiàn)場施工中墻體留洞帶有很大的隨機性.較大的消弱了墻體的側向剛度，大大降低了墻體側向承載力。對此提出建議如下:
a）較大洞口或洞口集中部位兩側設置構造柱，構造柱整層通高配置。并應于相應洞口（洞口上皮一致）上方設置現(xiàn)澆混凝土過梁，與兩側構造柱整澆一起。
b）若洞口上皮不一致時，除按條1 設置構造柱外，洞口間凈距最小須保證各洞口過梁在墻體上支承長度之和。
c）待設備箱體安裝完畢固定后,應用細石混凝土添塞充實。其次，砌體結構承重墻體砌筑過程中，各管線的預埋尤其注意。施工中往往由于疏忽大意，導致管線沒有預埋墻體之中，而只能在墻體上開線槽，臥管線與槽中。這種做法實際上存在幾個缺陷：其一，墻體開槽，削弱墻體強度。其二，線槽填充的混凝土與砌體材料的熱漲性能差異較大，將導致墻面開裂。其三，墻體懸掛器件穿孔時，易損壞管線，造成漏水，漏電。所以在施工時應組織周密，勿漏項，盡量避免這種費力不討好的返工之做。
4、樓板配筋問題
砌體住宅結構設計中，樓板鋼筋的用量占據(jù)上部結構鋼筋用量的很大比例。而開發(fā)商為了減少投資，控制造價，一味控制建筑結構用鋼量。甚至提出限制鋼筋用量的設計要求。有的結構設計人員就從樓板配筋上下“功夫”， 不合理的縮減樓板配筋或者過分相信軟件計算數(shù)據(jù)，沒有考慮工程經(jīng)驗在內(nèi)，從而造成鋼筋配置量偏小，構造布置上不滿足要求，導致樓板開裂或產(chǎn)生過大撓度變形，影響住宅的正常使用。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于：結構計算中的理論條件與現(xiàn)實工程實際的情況不相符。列舉實例如下：（1）樓板負筋位置的正確保證。理論設計原則是采用“大直徑，大間距”。實際配置中僅滿足設計配筋需要從而采用了直徑小的鋼筋。這樣一來，施工人員的踩踏、現(xiàn)場澆注混凝土的砸壓造成負筋下移，結果是：a）樓板保護層過大，表層混凝土開裂b）樓板支座截面處樓板計算高度變小，支座負筋配置量加大，導致配筋不足，引起支座裂縫。（2）衛(wèi)生間等開有較多洞口的樓板沒有考慮洞口削弱的影響，設計過程中沒有人為的適當增強。在多層砌體住宅結構設計中，衛(wèi)生間所轄板塊較小，建議樓板配筋采用雙層雙向全部拉通的布置方式。而對于放置浴缸、浴盆的衛(wèi)生間，其活荷載的取值應加大。
我國是一個發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展還很不平衡，在今后很長一段時間里，多層砌體結構房屋還會在中小城鎮(zhèn)、廣大農(nóng)村，尤其是廣大民居建筑中還將廣泛采用。因此，設計人員必須嚴格執(zhí)行規(guī)范和相應的構造要求，只有這樣才能有效消除設計質量隱患，保護人民生命財產(chǎn)安全。另外，還要深入開展科學研究，充分挖掘技術潛力，努力克服材料弱點，進而提高多層砌體結構的抗震性能，為經(jīng)濟建設服務。
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關鍵詞：輕鋼結構 結構體系 組合樓蓋
一、前言
輕鋼結構住宅相比于傳統(tǒng)住宅，有其突出的優(yōu)點：
（1）輕鋼結構配件制作工廠化和機械化程度高，商品化程度高。
（2）現(xiàn)場施工速度快，主要為干作業(yè)，有利于文明施工。
（3）鋼結構建筑是環(huán)保型的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品。
（4）自重輕，抗震性能好。
（5）綜合經(jīng)濟指標不高于鋼筋混凝土結構。
隨著我國鋼產(chǎn)量的快 速增長，對用鋼政策由限制用鋼到合理用鋼到積極用鋼，國務院1999年頒發(fā)的72號文件提出要發(fā)展鋼結 構住宅產(chǎn)業(yè)，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。因此開發(fā)輕鋼結構住宅體系已成為當前住宅結構研究 中的熱點。不過，多層輕鋼結構的研究還處于起動階段，研究力度還不夠，實際設計和施工還存在不少爭議和問題。這些都急需解決，以利于輕鋼住宅在我國健康快速發(fā)展。
二、結構體系選型
對低、多層住宅，目前國內(nèi)外常用的結構體系主要有：
（一）冷彎薄壁型鋼體系
構件用薄鋼板冷彎成C形、Z形構件，可單獨使用，也可組合使用，桿件間連接采用自攻螺釘。這種體系節(jié)點剛性不易保證，抗側能力較差，一般只用于1～2層住宅或別墅。筆者處理的幾個舊房加層，如薊縣 國稅局、天津港派出所等改造工程，使用了該體系，效果較好。
（二）框架
目前，這種體系在多層鋼結構住宅中應用最廣。縱橫向都設成鋼框架，門窗設置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設計，滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅中，一般 都能滿足抗側要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主，弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證，因此設計 施工時須慎重處理。
（三）框架支撐體系
在風載或地震作用較大區(qū)域，為提高體系的抗側剛度，增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。這種體系為多重抗側體系，而且梁柱節(jié)點，柱腳節(jié)點可設計成鉸接、半剛接，施工構造簡單，基礎主要承受軸力， 體形較小，因此成為人們青睞的對象。
（四）框架剪力墻體系
在低多層住宅中，可以應用傳統(tǒng)的剪力墻體系，如鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻。目前正在研究的空腔結構板是一種理想的抗側結構?？涨唤Y構板是一種新型的輕質板材，采用黃紙制成具有眾多等邊空腔 結構的板狀基架，然后經(jīng)浸漬而成。該板材與鋼框架可靠連接，便可形成新型剪力墻。另外美國，澳大利亞等國還開發(fā)了交錯桁架體系，比較新穎。
三、 主要構件設計
（一）柱
前已述及，鋼結構住宅一般為大開間，框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面，強弱軸慣性矩之比3～10，勢必造成材料浪費。因 此對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱，不僅截面受力合理，同時可以提高框架的側向剛度，防火性能好，而且結 構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此，盡管平面受力結構中，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得到廣泛應用。方鋼管混凝土柱將是鋼結構住宅發(fā)展 的 主要方向，但由于缺乏相應的規(guī)范、規(guī)程，目前在住宅中應用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復雜，不利于工廠制作和現(xiàn)場施工，應加大力度開發(fā)研究。
（二）樓蓋
在多層輕鋼房屋中，樓蓋結構的選擇至關重要，它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外，更主要的作用是保證與抗側力結構的空間協(xié)調(diào)作用；另外從抗震角度來看，還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自 重。常用的樓蓋結構有：壓型鋼板－現(xiàn)澆混凝土組合樓板，現(xiàn)澆鋼筋混凝土板以及鋼－混凝土疊合板，而以第一種最為常用。目前，在多層輕鋼房屋整體分析時，還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，即使 設置抗剪鍵，也偏保守地假設鋼結構承受全部荷載，這樣不僅增加材料用量和結構自重，反而會造成強梁弱柱的不利情況。有一6層算例，表1、表2分別反映了考慮樓蓋組合作用對梁剛度以及結構整體剛度的影響。
表1 截面慣性矩對比
構件名稱 截面慣性矩 組合前后的對比
主梁（負彎矩區(qū)） 1.51（2.22） 1.47
主梁（正彎矩區(qū)） 1.51（4.28） 2.83
次梁 0.797（2.48） 3.11
注：括號內(nèi)為考慮年組合作用的情況
表2 結構位移對比
結果 工況1 工況2 工況3
樓層梁撓度 16.9（10.9） 16.9（10.2） /
屋蓋梁撓度 35.5（35.4） 34.3（34.2） /
底層層間位移 16.9（10.2） 4.8（3.7） 8.4（5.9）
頂點位移 / 18.2（13.8） 49.9（31.0）
注：括號內(nèi)為考慮年組合作用的情況
算例表明，考慮組合作用后主梁的剛度大大增加，使得梁的撓度和地震作用下柱頂?shù)膫纫拼鬄闇p少，此考慮組合作用應予關注。為使樓層高度減到最小，提供更大的空間，組合扁梁樓蓋也成為一種趨勢。
轉貼于 （三）支撐體系
支撐分軸交支撐和近年發(fā)展起來的偏交支撐兩種，前者耐震能力較差，后者在強震作用下具有良好的吸能耗能性能，而且為門窗洞的布置提供了有利條件，目前國內(nèi)用的還很少，建議在高烈度區(qū)首選偏交支撐。剪切型耗能梁段，加勁肋按以下公式設計：
a＝29tw－d / 5，（γp＝±0.09rad）（1）
a＝38tw－d / 5，（γp＝±0.06rad）（2）
a＝56tw－d / 5，（γp＝±0.03rad）（3）
式中，a―――加勁肋間距，d―――梁高， ―――腹板厚度，γp―――塑性轉角；彎曲型耗能梁段還需在 梁段端點外1.5bf處加設加勁肋。
（四）節(jié)點抗震設計
框架梁柱節(jié)點一般采用兩種連接方法，根據(jù)"常用設計法"，即翼緣連接承受全部彎矩，梁腹板只承受全部剪力的假定進行設計。震害表明，這種設計不能有效滿足"強節(jié)點弱桿件"的抗震要求，在高烈度區(qū)隱患 很大。改進的框架節(jié)點設計，在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積或加大的翼緣截面面積主要由大震下的驗算公式確定：
式中： 為基于極限強度最小值的節(jié)點連接最大受彎承載力，全部由局部加大后的翼緣連接承擔；為梁件的 全塑性受彎承載力； 為基于極限強度最小值的節(jié)點連接最大受剪承載力，僅由腹板的連接承擔；為梁的凈跨； 為梁在重力荷載代表值作用下按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值。
四、結論
1）低、多層輕鋼結構住宅考慮樓蓋與鋼梁的組合作用，可顯著減小主梁撓度和柱頂位移。
關鍵詞：多層民用住宅 輕鋼結構
1. 輕鋼住宅在我國的發(fā)展
我國輕型鋼結構經(jīng)過20多年的發(fā)展歷史，雖然起步并不晚，主要由于經(jīng)濟與技術的原因使得多層輕鋼住宅的發(fā)展受到制約。國內(nèi)最早出現(xiàn)的輕鋼結構住宅是94年11月建于上海浦東北蔡的8層鋼結構住宅，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)濟開發(fā)區(qū)太平村是我國住宅產(chǎn)業(yè)化的探索基地之一，來自中國，日本，美國，加拿大等15個國家和地區(qū)的95名參展商展示了各自的產(chǎn)品，其中鋼結構住宅均采用框架結構。樓板及墻體、屋頂均采用復合結構，工廠預制，現(xiàn)場安裝，縮短了施工工期。
長沙遠大集團建造的8層鋼結構公寓，稱之為集成化建筑。該建筑裝有中央空調(diào)一體化機組，整體浴室，“五表”遠傳系統(tǒng)等現(xiàn)代化設備。室內(nèi)設計考究，體現(xiàn)了鋼結構住宅的風格和質量，表明了鋼結構住宅的良好發(fā)展前景。表1為若干輕鋼住宅經(jīng)濟技術指標。
當前，國家將住宅產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟新的經(jīng)濟增長點。為居民提供高質量的符合市場需求的商品化住宅成為必然趨勢。國家鼓勵發(fā)展
表1 輕鋼住宅經(jīng)濟技術指標
工程名稱 馬鋼住宅試驗樓 北京西三旗水電工程宿舍 涿州中鐵紫荊關鋼結構公司試驗樓保定太行集團輕鋼住宅示范樓
結構體系 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 空間框架結構
結構型式 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（元） 1100 1100 1200 900
“新型建筑體系”，已將其列入優(yōu)先發(fā)展的高新技術領域中。國務院1999年頒發(fā)的72號文件
提出要發(fā)展鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)，在沿海大城市限期停止使用粘土磚。建設部標準定額研究司正在編制與修改與多層鋼結構房屋密切相關的技術規(guī)程。建設部科技司在今年上半年分別召開了“鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化技術導則編制研討會”和“鋼結構住宅建筑體系及關鍵技術研究課題立項評審會”。通過了18個包括鋼結構住宅建筑體系及其關鍵和試點工程的立項。國家政策為鋼結構住宅開發(fā)創(chuàng)造了條件，鋼結構產(chǎn)業(yè)化住宅有望在最近取得突破性進展。
2. 多層輕鋼住宅的優(yōu)勢
過去我國大量開發(fā)的是以小開間磚混結構為主的住宅。這種住宅體系由于使用實心粘土磚，浪費土地資源，建筑物自重大，對抗震不利。另一方面，由于結構體系自身的限制，住宅平面布局多為封閉式的小開間，不能適應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與優(yōu)勢，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，構件截面特性優(yōu)良，相對承載力高，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，減輕結構重量，降低基礎，運輸和安裝費用。因此，對地震區(qū)，地質條件差和運輸不便的地區(qū)，其優(yōu)越性更為明顯。
(2)外形美觀，建筑造型簡潔，豐富，構件截面尺寸小，凈使用面積增加。鋼材強度高，可以提供較大的柱網(wǎng)布置；當考慮樓板的組合作用，使用組合梁或扁梁時，可以增加凈高。這種開放式住宅既為建筑師提供設計的回旋余地，又為住戶提供了靈活分隔室內(nèi)空間的可能。
(3)供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結構至少縮短一半工期。在當前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對于降低工程總造價，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，建設快速，高效，質量有保證。
(5)輕鋼結構在生產(chǎn)和使用的過程中能源與原材料消耗低，建筑垃圾少，粉塵少，噪音低，具有很高的可重復使用性和可循環(huán)性，因此是一種綠色環(huán)保結構。
3.多層輕鋼住宅的體系與結構特點
3.1抗側力結構體系
主要應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，周圍抗側力體系等。
(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，但側向剛度較弱。相對于框架－支撐體系，用鋼量較大。純框架體系多采用雙向剛接，這樣可以加大結構自身的側移剛度，減少抗側移構件內(nèi)力，加強耗能機制，提高建筑物的延性。但節(jié)點形式較為復雜。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)點在橫向上，為剛接；縱向為鉸接。因此，結構在縱向相當于排架，抗側移剛度很低，需設置側向支撐抵抗水平荷載，限制結構的水平變形。支撐可用槽鋼，角鋼或圓鋼桿，具體形式可結合建筑立面或門窗洞口需要采用單斜桿、X型、K型或偏心支撐。單斜桿簡單明快，但必須設置兩組不同傾斜支撐，以保證結構在兩個方向具有同樣抗側力能力。X型支撐具有很好的側向剛度，但是交叉點處的細部構造比較復雜。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。它是專為抗震設計提供的支撐形式。
(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計成鋼筋混凝土墻（筒）。這樣即有效的加強了建筑物的側向剛度，又解決了樓梯間的防火問題。如果結構剛心偏移過大，出現(xiàn)扭轉的問題，可在適當部位設置鋼支撐。
(4)周圍抗側力體系。這種體系在歐美國家的商業(yè)和民用建筑中十分流行。它的特點是剛架柱強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。它適用于建筑外型接近于正方型的結構?？梢詫⑦@種思路應用到框架－支撐體系中。把縱向的支撐去掉，將原有位置的剛架柱扭轉90度，梁柱由鉸接變?yōu)閯偨?。這樣，剛架柱同時起到抗風柱與豎向支撐的作用。
對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)建筑平面設計的要求，靈活處理，綜合使用不同的抗側力體系。
3.2 樓面屋蓋結構
樓面和屋蓋必須有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性，同時應當盡量減少樓板厚度，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。具體做法是在鋼梁上鋪設壓型鋼板，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)同工作構成組合樓蓋。這種做法耗鋼量較大，且需防火處理?？梢杂妙A應力鋼筋混凝土薄板取代壓型鋼板。此外，預應力圓孔板、迭合板、組合扁梁也是常用形式。
3.3 墻體結構
各種輕質墻體材料以其良好的保溫、隔熱、隔聲性能受到開發(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結構的加氣混凝土塊、太空板、輕鋼龍骨加強板等，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、玻璃纖維增強外墻板等。采用非自承重式墻體材料，需設置墻梁用以懸掛外圍護結構。門窗洞口上下要布置。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，鋼材的屈服強度將降為常溫的一半，溫度達到600 °C時，鋼材基本喪失全部強度和剛度。所以，鋼結構不僅要進行結構的抗火設計，還要采用防火措施保護。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構構件上。防火涂料主要兩類：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。噴涂法造價較低，操作簡便，施工速度快，但是構件表面不平整，影響美觀。（2）隔離法。將防火材料或防火磚沿構件的外圍，將構件包裹，與外界隔離。這種方法美觀，無污染，但施工速度較慢，適用于外露的構件。（3）實心包裹法。將鋼構件澆注到混凝土中。（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)過處理的構件表面?？够饦O限最高達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層純鋼框架結構，長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；基本風壓0.25 kN/m2；設計地震烈度為7度，Ⅱ類場地。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，分戶墻為180mm厚菱鎂土板，戶內(nèi)隔墻為90mm厚菱鎂土板。條型基礎，柱與基礎為剛接。
示范樓共有四個居住單元，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，從而實現(xiàn)了梁與樓蓋的一體化，減少了結構層高。對于正常極限狀態(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，再按照彈性理論計算。為了樓板的放置，扁梁的下翼緣一般較寬，需驗算施工時產(chǎn)生的偏心荷載。為了減少設計工作量，通常把扭矩簡化為已對大小相等、方向相反的力分別作用于扁梁的上下翼緣。詳細分析方法見文獻。
4.2 計算方法與基本要求
對于多層輕鋼住宅，盡管采用單向板，但由于縱橫向均有墻體荷載分布，宜采用三維空間計算模型。本工程采用的是普通樓板，不考慮樓蓋對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構。計算分析是采用有限元分析軟件ANSYS完成。在結構計算中采用三維梁單元，質量單元計算結構自振周期以及靜力分析。
相對于工業(yè)建筑而言，多層民用建筑的荷載工況簡單明了。主要考慮以下三種工況：
工況一：1.2×恒載標準值＋1.4×活荷載標準值
工況二： 1.2×恒載標準值＋0.85×1.4×（風荷載＋活荷載）標準值
工況三：1.2×重力代表值＋1.3×水平地震作用標準值
對于多層輕鋼住宅地震荷載計算，由于樓層較低，結構布置對稱，采用底部剪力法就可滿足要求。
多層輕鋼住宅側向位移具體要求如下:
(1)在風荷載作用下的頂點水平位移與總高度之比不宜大于1/500。
(2)層間相對位移與層高之比不宜大于1/400。
(3)在常遇地震作用下，層間側移不超過樓層高度1/250。
對于多層輕鋼住宅，還要滿足剛架柱構件穩(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 計算分析
由于活荷載與基本風壓較小，所以工況三為控制工況。計算設計時將兩種方案進行了比較，不改變剛架梁的截面形式，只對剛架柱進行改動。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算結果，可得到以下結論：
(1)兩種方案的剛架柱在強軸方向慣性矩相同，即在橫向結構的剛度相同，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)本工程長寬比5，縱橫雙向剛接，因此對于方案一，當橫向側向剛度滿足要求時，縱向剛度也能達到要求。
(3)在滿足規(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)濟性好。因此，在設計中選擇了工字形剛架柱。表3示范樓主要構件尺寸及其用鋼量。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)引起的結構失效，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
其它 4.040 16.7
