交錯(cuò)桁架體系應(yīng)用于學(xué)生公寓的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

交錯(cuò)桁架體系應(yīng)用于學(xué)生公寓的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析摘要:本文結(jié)合某小高層學(xué)生公寓分別對(duì)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析，探討出交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系是一種靈活的大空間建筑體系和受力性能優(yōu)良的新型結(jié)構(gòu)體系,綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著,發(fā)展這種結(jié)構(gòu)體系符合我國建筑業(yè)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)鋼框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)生公寓技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析一、工程概況某市一學(xué)生公寓，底層室內(nèi)外高差為0.30m,層高3.70m,標(biāo)準(zhǔn)層高為3.40m,共11層。建筑物縱向始終軸線間距為(3600X8)mm=28800mm，橫向始終軸間距為(5400+1800+5400)mm=12600mm?；撅L(fēng)壓0.40KN/㎡,基本雪壓0.45KN/㎡，抗震設(shè)防烈度7度。設(shè)計(jì)使用年限50年。建筑物場(chǎng)地類別為Ⅱ類。標(biāo)準(zhǔn)層的建筑平面圖如下:圖1標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面布置圖二、結(jié)構(gòu)選型交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)：主要由柱子、樓板和平面鋼桁架組成。柱子布置在房屋的周圍，不設(shè)中間柱。桁架的高度與層高相同，長度與房屋寬度相同，桁架兩端支撐在外圍柱上，在建筑物橫向的每條柱軸線上，隔一層設(shè)置一榀，在相鄰軸線上則是交替布置。相鄰桁架間，樓板一端支承在下層平面桁架的上弦，另一端設(shè)置在相鄰桁架的下弦。共10根柱子。鋼框架結(jié)構(gòu)：主要由鋼框架梁、鋼框架柱和鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板組成。在軸線上布置規(guī)則柱網(wǎng)，柱子上布置縱橫向的框架梁。共20根柱子。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)：主要由鋼筋混凝土框架梁、鋼筋混凝土框架柱和現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板組成。在軸線上布置規(guī)則柱網(wǎng)，柱子上布置縱橫向的框架梁。共20根柱子。三、結(jié)構(gòu)計(jì)算本工程使用STS鋼結(jié)構(gòu)模塊對(duì)交錯(cuò)桁架和鋼框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和荷載輸入，SATWE空間有限元分析模塊對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算分析。其中交錯(cuò)桁架的上下弦桿為連續(xù)壓彎桿件，弦桿與柱子的連接為鉸接，斜腹桿和豎腹桿兩端皆為鉸接。鋼框架結(jié)構(gòu)的縱向、橫向框架梁與柱的連接采用剛性連接。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)的鋼材皆為Q345。三種結(jié)構(gòu)墻體材料，外墻為混凝土空心砌塊，容重=11.80KN/㎡；內(nèi)隔墻為輕質(zhì)GRC空心隔墻板，容重=0.17KN/㎡。鋁合金門窗，容重=0.45KN/㎡，樓板為100mm厚，C30混凝土。三種結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件截面尺寸,單位為mm。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)：柱子H500X480X18X24，弦桿為方鋼管300X300X12，腹桿為方鋼管250X250X10。鋼框架結(jié)構(gòu)：下柱H500X500X18X24，上柱400X400X13X21，框架主梁H500X200X10X16。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：下柱550X550，上柱500X500，主梁250X600。三種結(jié)構(gòu)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性兩方面的指標(biāo)比較如下：表1側(cè)向位移荷載類別結(jié)構(gòu)形式頂點(diǎn)位移(mm)最大層間位移角水平地震作用X向交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)22.71/1148鋼框架結(jié)構(gòu)35.61/753鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)27.61/918Y向交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)19.841/1390鋼框架結(jié)構(gòu)24.81/1112鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)31.401/879風(fēng)荷載作用X向交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)10.601/2432鋼框架結(jié)構(gòu)12.701/2106鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)10.031/2494Y向交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)15.041/1920鋼框架結(jié)構(gòu)18.801/1536鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)21.201/1281表2底層橫向框架梁的最大撓度和相對(duì)撓度結(jié)構(gòu)形式交錯(cuò)桁架鋼框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)彈性撓度(mmm)5.106.494.77相對(duì)撓度1/24701/8321/1132表3（除基礎(chǔ)外）結(jié)構(gòu)主材用量及造價(jià)表結(jié)構(gòu)形式鋼材量（噸）混凝土（噸）鋼材量（元/噸噸）混凝土（元/噸噸）合計(jì)（萬元）交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)348.801149.6005800360243.69鋼框架結(jié)構(gòu)397.709585800360265.15鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)247.482985.5225000360231.22交錯(cuò)桁架18780.4鋼框架19759.1鋼筋混凝土框架23091.圖2地震作用下X向最大樓層傾覆彎矩曲線交錯(cuò)桁架19298.4鋼框架19976.1鋼筋混凝土框架22633.1圖3地震作用下Y向最大樓層傾覆彎矩曲線四、結(jié)果分析由表1可得，在滿足規(guī)范限值的情況下，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的頂點(diǎn)位移最小,其側(cè)向剛度最好。由圖2和圖3可得，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)與鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系在抗傾覆方面有優(yōu)勢(shì)。由表2看出，在豎向荷載作用下，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)的相對(duì)撓度小于鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的?？梢?，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的桁架豎向剛度高于框架梁，交錯(cuò)桁架的豎向受力性能較好。交錯(cuò)桁架體系的結(jié)構(gòu)性能與鋼框架支撐體系或鋼筋混凝土框架剪力墻體系的相同，但其在建筑布置上沒有任何剪力墻，柱子僅布置在房屋外側(cè)，可提供開間為兩倍柱距進(jìn)深為房屋寬度的無柱大空間。由于柱子數(shù)量少且截面小，減少了柱子所占的面積，建筑面積有效利用率大大提高。表3提供了三種結(jié)構(gòu)體系的上部結(jié)構(gòu)在材料用量和造價(jià)方面的數(shù)據(jù)。鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)都需采用較大的梁柱截面來滿足構(gòu)件受力和側(cè)向位移，使材料用量大大提高。在同種情況下，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的承重骨架用鋼量比鋼框架結(jié)構(gòu)省，且隨著房屋高度的增加更能體現(xiàn)出來。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)形式與鋼框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的相同，為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。交錯(cuò)桁架的柱子以軸力為主且數(shù)量少，基礎(chǔ)材料用量少，基礎(chǔ)費(fèi)用相對(duì)較低?？紤]上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的綜合造價(jià)，對(duì)交錯(cuò)桁架、鋼框架和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)山東省概預(yù)算定額做了工程概算，三者的造價(jià)比為1:1.15:1.25，交錯(cuò)桁架體系最經(jīng)濟(jì)。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件數(shù)量少，施工周期短，現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)少，安裝速度快，現(xiàn)場(chǎng)焊接量少，基礎(chǔ)處理比較容易。除基礎(chǔ)施工外,構(gòu)件的工廠化生產(chǎn),各部件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)組裝,大大縮短建造周期和資金占用時(shí)間?；炷潦┕すて陂L且工序多,結(jié)構(gòu)自重大等缺點(diǎn),使其在綜合效益方面較為遜色。五、結(jié)語通過本工程三種結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比分析表明：交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系無論在建筑上還是在結(jié)構(gòu)上，都明顯優(yōu)于鋼框架結(jié)構(gòu)體系和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，是一種受力性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系，且便于工廠化生產(chǎn)，大大縮短建造周期。因此，應(yīng)加強(qiáng)這一經(jīng)濟(jì)、適用、高效的新型結(jié)構(gòu)體系的研究與推廣。參考文獻(xiàn)(1)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ99-98）1998，（第5.5.1條）(2)魏明鐘《鋼結(jié)構(gòu)》2002，（第335頁）(3)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)》2003，（第211—214頁）(4)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）(5)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）(6)《