鋼結構住宅結構體系選擇[精品資料]

鋼結構住宅結構體系選擇 -精品資料 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 最新最全的 學術論文 期刊文獻 年終總結 年終報告 工作總結 個人總結 述職報告 實習報告 單位總結 摘要 : 論述了鋼結構住宅結構體系的類別，并對鋼結構住宅的結構體系、優(yōu)缺點進行了分析，通過實例進行證實。 關鍵詞 : 鋼結構住宅 結構體系 選擇 Abstract: The category of the steel structure residential structure system is discussed, and the structure of steel structure residence system, the advantages and disadvantages are analyzed, confirmed by examples.Key words: steel structure； Structural system； selection TU391 A 常用的鋼結構住宅主體結構體系有：鋼框架結構體系、鋼 框架 -剪力墻結構體系、鋼框架 -核心筒結構體系、鋼框架 -支撐結構體系、交錯桁架結構體系、輕鋼結構住宅體系。 一 鋼框架結構體系 1 結構體系分析 鋼框架體系的主要受力構件是框架梁、框架柱，它們通過鋼接共同抵抗豎向荷載和水平荷載?？蚣芄?jié)點是結構整體性的關鍵部位，許多震害表明節(jié)點往往是導致結構破壞的薄弱環(huán)節(jié)，框架結構的側向剛度小，屬于柔性結構，在強震作用下，由于彈塑性變形所產(chǎn)生的水平位移較大，框架結構的自振周期長，自重小，地震荷載作用小，對抗震有利。但另一方面，高層框架由于側向剛度小 ，在強震作用下的頂端水平位移和層間水平位移都過大，導致非結構構件如填充墻、建筑裝修和設備管道等性破壞嚴重。在地震過程中，這些非結構性的破壞常常危及到生命財產(chǎn)的安全，而且震后的修復工作和投資往往也是很大的。 鋼框架體系在水平荷載的作用下產(chǎn)生水平位移，要滿足規(guī)范的要求必須增大框架的抗側力能力，框架體系的抗側力能力主要取決于梁、柱剛度，要提高框架體系中梁、柱剛度，只有增大梁、柱的截面面積，而梁、柱的截面過大會影響住宅的建筑布局和室內空間，因此受水平位移限制的影響鋼框架體系的住宅一般都在 10 層以下。 2 優(yōu)缺點評價 鋼框架體系的優(yōu)點： (1) 鋼框架體系中鋼材強度高，剛度大，承載同樣的荷載梁柱的截面小，跨度大，增加房間的使用面積 3%-8%，空間靈活性強，可以組成大開間，充分滿足住戶室內布局的要求； (2) 剛度均勻，整體性剛度好，抗震性能好； (3) 受力、傳力體系明確，設計簡單； (4) 構件規(guī)則，易與其它結構形式結合； (5) 制造安裝簡單，施工速度快。 鋼框架體系的缺點： (1) 純框架結構側向剛度差，在水平荷載作用下，層間位移較大，容易導致非結構構件破壞； (2) 節(jié)點采 用剛接或者半剛接，在地震時可能會產(chǎn)生較大應力集中，導致結構破壞。 該結構體系一般應用于建造 10 層及 10 層以下的低層住宅，特別適用于別墅建筑。 3 應用舉例 湖南長沙遠大集團的輕鋼框架住宅樣板樓。該住宅樓共7 層，采用鋼框架結構體系，柱網(wǎng)尺寸 3.6m6.0m ，樓面采用壓型鋼板混凝土組合樓面，厚 120mm，耗鋼量 46kg/m2，造價約 650 元 /m2(不含地價和裝潢費用 )。 二 鋼框架 -剪力墻結構體系 1 結構體系分析 鋼框架 -剪力墻結構體系應用于高層、 多層的住宅中，該體系以框架為基礎，沿其柱網(wǎng)的兩個主軸方向布置一定數(shù)量的剪力墻，增強建筑的側向剛度。常見的是把樓電梯間填充墻做成剪力墻，既滿足規(guī)范要求，又滿足結構抗力要求。 鋼框架 -剪力墻結構體系中豎向荷載由鋼框架承擔，水平荷載由鋼框架和剪力墻共同承擔，并按兩類構件的層間抗側剛度成比例分配?？蚣鼙旧碓谒胶奢d作用下呈剪切型變形，剪力墻則呈彎曲型變形，兩者通過樓蓋體系的協(xié)調共同抵抗水平荷載。鋼框架 -剪力墻結構體系的上下各層層間變形趨于均勻，減小了頂層的側移，同時框架各層層剪力趨于均勻，各層梁柱截面尺寸 也趨于均勻，便于構件的優(yōu)選、設計、加工。 2 優(yōu)缺點評價 鋼框架 -剪力墻結構體系的優(yōu)點 :(1) 該結構體系側向剛度大，整體穩(wěn)定性、延性好； (2) 傳力路徑明確，結構分析簡單； (3) 耗鋼量低，可向多高層發(fā)展，綜合效益高； (4) 剪力墻對結構的防火、耐火性非常有利，可起到防火墻的作用。 鋼框架 -剪力墻結構體系缺點 : (1) 剪力墻屬于剛性結構，而鋼框架屬于柔性結構，當遭遇罕見地震時，剪力墻與框架的連接處易產(chǎn)生應力集中，導致墻體破壞，結構功能喪失； (2) 現(xiàn)澆混凝土剪力墻 施工速度慢，而且受天氣的影響較大。 該結構體系一般用于建造多層、中高層鋼結構住宅，7 18 層較為經(jīng)濟。 3 應用舉例 馬鋼光明新村 H 型高層住宅。該工程共 18 層，總高度55m，其中地面以上主體 17 層，層高 3.0m，地下室層高4.8m。該工程采用框架 剪力墻結構體系，梁、柱采用馬鋼軋制的熱軋 H 型鋼，墻體材料除剪力墻外均采用輕質復合墻板 蒸壓輕質加氣混凝土 ALC 板，樓面采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板。鋼筋混凝土鋼梁及其他承重鋼構件采用 30mm 厚 ALC 板包裹。內隔墻采用 50mm 厚 ALC 板， 分戶墻采用雙層 75mm 厚 ALC板。該工程主體框架用鋼量為 38 kg/m2，造價與混凝土結構持平 35。 三 鋼框架 -核心筒結構體系 1 結構體系分析 鋼框架 -核心筒結構體系是由框架和在靠近中心的部位由現(xiàn)澆的混凝土墻體或通過密排框架柱封閉圍成的核心筒組成。筒體一般布置在衛(wèi)生間或樓電梯間，該結構體系具有更大的抗側強度和剛度。該結構體系中，筒體和框架鉸接，核心筒則承擔全部的水平荷載，結構體系的破壞屬于彎剪型整體破壞，集中在混凝土核心筒，特別是混凝土筒體下部的四角和豎向剛度有突變的地 方。此外，鋼梁與混凝土的連接部位受力復雜，也是容易遭受破壞的地方。 2 優(yōu)缺點評價 鋼框架 -核心筒結構體系的優(yōu)點： (1) 充分發(fā)揮了鋼材的輕質高強、施工方便和混凝土的抗壓高強、防火耐腐性能； (2) 受力明確，結構分析簡單； (3) 框架柱一般布置在陽臺或轉角部位，便于住宅的布置，并且方便裝修； (4) 節(jié)約鋼材、降低造價、抗側強度大； (5) 除筒體現(xiàn)澆外構件可以進行工廠化生產(chǎn)，工期可縮短 30 40。 鋼框架 -核心筒結構體系缺點： (1) 核心筒與鋼框架的 剛度差別大，在強震作用下，作為第一道防線的核心筒很容易遭到破壞，而第二道防線的鋼框架非常薄弱，很難抵御后面的余震； (2) 鋼框架與筒體的連接復雜，施工精度要求高； (3) 核心筒一般為現(xiàn)澆混凝土，現(xiàn)場澆搗混凝土的工作量大，施工進度慢。 該結構體系一般用于建造高層、超高層鋼結構住宅， 12層以上較經(jīng)濟。 3 應用舉例 光明新村 1 號住宅樓。該樓共 18 層，總高 59m。該工程采用框架 混凝土筒體結構，框架柱截面形式有：H350350129mm ， H3003001015mm ，H25025094mm ，梁的截面形式有： H30015069mm ，H24812458mm 。組合樓板樓面厚 100mm，鋼筋混凝土厚250mm，內隔墻采用 50mm 厚 ALC 板，分戶墻采用雙層 75mm 厚ALC 板。該工程主體框架用鋼量為 38 kg/m2，工期 4 個月，造價與混凝土結構持平。 四 鋼框架 -支撐結構體系 1 結構體系分析 鋼框架 -支撐結構體系是在部分框架柱之間設置橫向或縱向的支撐，形成支撐框架，構成雙重抗側力的結構體系。該體系中的鋼框架主要承受豎向荷載作用，鋼支撐 承擔水平荷載作用，支撐框架是第一道防線，框架是第二道防線，支撐斜桿不承擔豎向荷載，支撐框架中的豎向支撐產(chǎn)生屈曲或破壞后，不影響結構承擔豎向荷載的能力，不危及結構的基本安全36。該結構體系適用于多高層住宅。 該體系中的鋼支撐可采用角鋼、槽鋼、圓鋼，主要目的是增加結構的抗側剛度。支撐體系的形式有十字交叉、人字型等中心支撐，各種偏心支撐，具體支撐形式如圖 3-1 所示： 圖 1 鋼結構支撐示意圖 支撐一般布置在分戶墻、外墻、衛(wèi)生間和樓梯間墻上，可以根據(jù)需要在一跨或者多跨上布置，一跨布置 時，一般在中間跨布置，以保證剛度中心位置。支撐一般做成鉸接，按壓桿或者拉桿設計，在地震烈度較高地區(qū)的，或者風荷載較大情況下，為了保證穩(wěn)定性，多按壓桿設計。 支撐充分利用了桿件的軸心受力特性，使住宅全部構件實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，是鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要方向。 2 優(yōu)缺點評價 鋼框架 -支撐結構體系的優(yōu)點： (1) 支撐多為軸心受力，充分利用鋼材質輕高強的性能，節(jié)約鋼材； (2) 支撐可提高結構的承載能力，提高框架的整體穩(wěn)定性，增大結構的側向剛度； (3) 該結構體系采用全鋼構 件，便于工廠化生產(chǎn)； (4) 減少了現(xiàn)場的濕作業(yè)，降低了噪音和環(huán)境污染； (5) 全鋼體系可循環(huán)利用，經(jīng)濟環(huán)保。 缺點： (1) 鋼支撐一般裸露在住宅外面，影響住宅的立面美觀； (2) 支撐的存在影響門窗洞口的位置布置，給住宅布局帶來不便； (3) 住宅的層高低，構件節(jié)間尺寸小，導致支撐構件及節(jié)點數(shù)量較多，節(jié)點為框架梁、框架柱、鋼支撐三種構件的連接，構造復雜； (4) 傳力路線長，抗側效果差； (5) 該結構體系由于支撐的不規(guī)則墻體只能采用砌筑。 該結構體系適用于建造多層、中高層、超高層鋼 結構住宅。 3 應用舉例 櫻花園 4 號樓。該樓共 6 層，建筑面積 1200m2， 1 層為商店，層高 3.9m， 2 6 層為住宅，層高 2.8m，該工程采用鋼框架一支撐結構，框架梁、柱均為 Q345H 型鋼，樓板采用組合樓板，外墻為 200mm 厚的蒸壓輕質加汽混凝土板，內墻采用75mm 厚的蒸壓輕質加氣混凝土板，主體結構的用鋼量為 35 kg/m2，綜合造價為 1090 元 /m2，工期 8 個月，結構的支撐形式如圖 3-2、 3-3 所示： 圖 2 結構的豎向支撐示意圖 圖 3 結構的支撐平面示意圖 五 交錯桁架 結構體系 1 結構體系分析 交錯桁架結構體系中的鋼桿件全部受軸力作用，桿件材料的性能得到充分發(fā)揮，但交錯桁架結構體系的腹桿較多，對住宅室內的布置不利。該結構體系由柱子、鋼桁架和樓面板組成，柱子沿房屋周邊布置，桁架在相鄰柱子上下層交錯布置，桁架高度等于層高，中間無柱，滿足建筑上大開間的要求，便于住宅的自由布置。 該結構體系的受力特點是：豎向荷載主要由柱子承擔，水平荷載通過樓面板傳到相鄰桁架的斜腹桿上，經(jīng)斜腹桿或底層支撐傳至基礎。該結構體系采用小柱距和短跨樓板，樓板厚度小，結構自重 輕，整體剛度大，用鋼量可比框架結構減少30% 40% 24。 2 優(yōu)缺點評價 交錯桁架結構體系的優(yōu)點： (1) 該結構體系的桁架桿件以承受軸力為主，充分利用了鋼材的輕質高強性能； (2) 桁架整體剛度大，側向位移??； (3) 抗震性能好，結構采用小柱距和短跨樓板，樓板厚度小，自重輕，造價低； (4) 工業(yè)化程度高，全部構件在工廠加工制作，現(xiàn)場安裝，施工周期短。 交錯桁架結構體系的缺點： (1) 該結構體系在大震作用下，結構的抗震性能差，腹桿構件提前屈曲或較早出現(xiàn)非彈性變形 ，造成承載力和剛度突然減小導致結構破壞； (2) 住宅的結構層高較低，交錯桁架構件節(jié)間尺寸較小，導致構件及節(jié)點數(shù)量均較多，構造復雜，不穩(wěn)定因素增加； (3) 國內外的技術和經(jīng)驗還不成熟。 該結構體系主要用于 15 20 層的高層住宅。 六 輕鋼龍骨結構體系 1 結構體系分析 輕鋼龍骨結構體系分為兩類：一類由冷彎薄壁型鋼組成的龍骨體系，它的梁柱由雙 C 或四 C 槽鋼組成，其他構件采用薄鋼板冷彎成 C 型、 Z 型， C 型、 Z 型構件可單獨使用，也可組合使用。冷彎薄壁型鋼組成的龍骨體系， 鋼板厚度 較薄，一般僅用 1.0 2.2mm，自重約為普通鋼結構的 1/2 1/3，材料的屈服強度因其冷彎效應而提高，截面中受壓板件的承載力高，截面積小，用鋼量小。另一類由小型熱軋型鋼組成的龍骨結構體系，由柱、梁、地龍骨和天龍骨、腰支撐和斜支撐以及各種配套的扣件、加勁件組成，構件之間用自攻螺釘來連接，梁柱構件厚度在 1 3mm 之間，柱子的最大跨度可達到9m25。 輕鋼龍骨結構體系的鋼材的強度指標是 30 50KSI（ 230 340N/mm2），應用最多的是 33KSI，與我國 Q235 鋼材的強度接近。輕鋼龍骨的截面 分為兩類： C 型槽鋼以及 C 型立龍骨，截面寬度 60 360mm。輕鋼龍骨結構體系的外墻和樓板均采用防腐的高強冷軋或冷彎鍍鋅鋼板制作，防腐性能好22。 該結構體系荷載的傳遞方式為：柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁，豎向力由樓面梁傳至墻壁的龍骨，再通過柱子傳至基礎，水平力由樓板傳至承重墻再傳至基礎。 2 優(yōu)缺點評價 輕鋼龍骨結構體系的優(yōu)點： (1) 自重輕，相當于磚混結構的 1/4 1/6； (2) 基礎設計簡單； (3) 結構構件截面尺寸小，可隱藏到墻體內部，實用美觀； (4) 樓板 采用輕鋼龍骨體系，上覆刨花板及樓面面層，下設石膏板吊頂，既方便管線的布置，又滿足了隔聲要求； (5) 工業(yè)化程度高，梁柱板構件均在工廠進行加工制作、現(xiàn)場組裝，施工速度快、效率高、質量有保證； (6) 布局靈活，凈實用面積大。 輕鋼龍骨結構體系的缺點： (1) 構件尺寸小，結構體系的抗側力剛度小，整體穩(wěn)定性差； (2) 梁柱鉸接，抗震性能差； (3) 國內冷彎型鋼品種少； (4) 該結構體系成本較高。 該結構體系一般適應于 2 3 層的低層鋼結構住宅，特別是別墅建筑。 3 應用舉例 早 在 1986 年，我國引進意大利的整體鋼結構住宅就采用了冷彎 C 型鋼。該工程主體結構為 3 層，建筑面積 180m2，柱子采用 H 型鋼 H140140 711 ，主梁采用大斷面冷彎型鋼 C28080305 ，次梁采用 C18080255 ，支撐采用角鋼 L756 。該工程由 10 人 40 天建成，鋼骨架安裝僅用 3天。 七 鋼結構住宅結構體系優(yōu)選 對于鋼結構住宅結構體系的選擇 , 不能限定于某一種特定的結構體系，要根據(jù)建筑級別、平面、立面、高度的要求，場地條件、抗震類別等靈活選擇 , 充分利用不同的抗側力結構體系，最大限度的滿足鋼結構住宅在標準化的基礎上實現(xiàn)多樣化。 1 結構選擇的影響因素： 場地類別，主要包括場地的地物地貌、周圍環(huán)境、氣象條件、水文條件、地質條件、自然災害情況等特點；住宅建筑的級別及抗震設防等級；住宅建筑的方案特征，包括建筑的高度、高寬比、長寬比以及體型；住宅的施工質量、工期要求等；居民的經(jīng)濟支付能力。 2 結構體系優(yōu)選 低層住宅包括別墅：一般采用輕鋼龍骨結構體系或鋼框架結構體系，該結構體系的構件為全鋼構件，易于實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝速度快，鋼材用量低 ，是我國住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向之一。 多、高層鋼結構住宅：優(yōu)選鋼框架 支撐結構體系，該結構體系屬于全鋼構件體系，所有構件都可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝，避免了現(xiàn)場澆搗混凝土、混凝土與鋼框架的公差不一致、混凝土在施工中誤差大、不易達到較高精度等問題。 按住宅的層數(shù)劃分，設計者在設計時根據(jù)工程的實際情況采用下列相應的結構體系，以達到技術可行、經(jīng)濟合理的目的： 3 層及 3 層以下的低層住宅及別墅采用輕鋼龍骨結構體系； 4 6 層多層住宅：鋼框架體系、鋼框架 支撐體系、板柱 支撐體系； 7 12 層 中高層住宅：鋼框架 支撐體系、鋼框架體系、鋼框架 混凝土剪力