多层轻钢结构框架设计

多层轻钢结构框架设计（精选10篇）

多层轻钢结构框架设计 篇1

1 概述

多层民用建筑设计多采用钢筋砼结构和砖混结构, 很少采用钢结构, 钢结构在民用房屋的应用主要还集中在高层建筑上, 近年钢结构在民用建筑上的应用越来越多, 随着钢结构在实际工程的应用经验和设计理论研究的深入, 及钢结构厂家不断推出新的钢结构产品, 钢结构在多层民用建筑上的应用日渐增长, 相对钢筋砼具有较高的经济价值。轧制H型钢的大量生产, 楼承板的多样化, 防腐涂料及防火涂料的成熟也为多层民用房屋钢结构的应用创造了广阔的空间, 多层钢结构有如下特点:

1.1 质量易控制:

钢结构构件工厂加工, 节点螺栓连接, 生产自动化程度高, 精度有保证, 干作业, 质量易于控制。

1.2 施工工期短:

钢结构工厂化生产, 现场安装, 工序简单, 工作面大, 施工速度快。

1.3 充分利用建筑空间:

钢结构相对钢筋砼结构梁柱截面小, 可以降低层高, 增大有效使用面积, 结构布置灵活, 容易获得大空间, 能够悬挑较大跨度。

比较分析了钢结构与钢筋砼结构方案在相同技术条件下, 设计结果的区别和特点。

2 工程实例的设计分析

2.1 工程概况

本工程地下一层, 地上八层, 抗震设防烈度8度, 建筑类别为丙类, 耐火等级一级, 建筑场地类别为Ⅲ类, 独立柱基, 基础埋深1.50米, 基础向外延伸1.50米。建筑物长38.4m, 宽16.2m, 结构总高36.8m, 柱距7.8X6.3m, 层高为2.70m、4.8m、4.2m、6x3.5m、7.0m。基本风压:0.45kN/m2, 基本雪压:0.40kN/m2, 楼面恒载:4.00kN/m2, 楼面活荷:2.00kN/m2, (2.50kN/m2) 。

2.2 结构方案布置

钢结构方案基础采用筏板基础, 考虑邻近建筑物基础的影响, 基础轴线偏离已有建筑基础3000米, 地上部分层层外挑3000米, 地下室柱为劲性混凝土柱, 地上部分为钢箱形柱, 梁为焊接H型钢, 楼盖为压型钢板组合楼盖, 电梯井亦采用焊接H型钢柱和梁, 框架带支撑结构布置五道支撑。

钢混框架剪力墙结构方案采用筏板基础, 未能解决基础与已有建筑基础相邻问题, 占用原建筑物基础0.50m, 混凝土框架柱, 布置四道剪力墙, 楼盖为现浇混凝土楼盖, 电梯井为混凝土剪力墙筒。

2.3 结构分析方法

三种结构体系均采用建研院PKPM系列软件STS与PMCAD建模, 接力SATWE计算。

2.4 计算结果

结构方案在满足规范配筋率、构造、及稳定、高宽厚比等的要求的前提下, 应力比取为0.85～0.9, 结构楼层位移、层间位移角, 均满足规范要求, 结构计算周期合理, 且两方案楼层位移等结果接近或相同。 (见表1)

钢框架结构与钢框支结构除钢柱截面不同, 板厚因高宽厚比要求较厚外, 其他技术指标基本相同, 由于支撑的存在, 在建筑布局使用上, 钢框架优于带支撑结构, 柱截面较大的要求是钢框架结构的缺点, 相对于钢筋砼结构, 钢结构梁柱截面较小, 例如柱截面, 钢支撑构件截面是钢筋砼构件截面的50%, 重量仅为钢筋砼重量的20%, 降低层高250mm, 减少基础截面和造价, 并且支撑较剪力墙轻巧灵活, 采用灵活的支撑形式可解决开门窗洞口的问题, 剪力墙的开洞给施工增加难度。

3 设计方案的经济性比较

根据以上的结构设计, 对三种结构体系的基础工程、楼盖及楼层梁柱工程、其他工程进行优化汇总, 进行比较分析如下:

3.1 基础工程:

基础工程占结构工程总量的20～40%, 占结构造价的比重比较大, 各结构体系工程量对比是非常有意义的。 (见表2)

钢框架结构与钢框支结构, 基础工程量区别仅在地下室劲性混凝土柱截面, 钢结构基础混土用量是钢筋砼结构基础混凝土用量的73.57%, 钢结构方案基础工程量小, 造价低, 基础受力合理, 技术处理简单, 在复杂地质条件下, 更具优势。

3.2 楼盖及楼层梁柱工程:

结构工程量主要集中在楼盖和梁柱上, 钢筋砼体系之间的对比可以通过此部分工程量的多少, 直接得出结论。 (见表3)

两方案的最大区别在与楼盖与楼层梁柱的工程量, 但钢结构与钢筋砼结构在此数量上不具可比性, 楼板混凝土用量两方案虽然相同, 但仍有较大区别, 本钢结构方案为组合楼盖, 未考虑组合作用对楼板和钢梁的贡献, 所以在结构安全度上, 还是远优于钢筋砼现浇楼盖的, 钢结构由于构件截面小, 可降低层高, 增大有效使用面积, 此部分的经济效益是长期的, 尤其是住宅钢结构的商业效益更加突出, 钢筋砼结构在此方面显然不具优势。

注: (1) 钢结构用量按截面大小乘轴线尺寸所得, 并考虑1.1的放大系数 (2) 钢结构价格按现行市场价格而定 (含安装费) (3) 钢筋砼结构造价按现行市场价格而定 (砼采用商品砼) 。

3.3 其他工程:

此部分工程在钢筋砼结构体系中所占比例要高于钢结构体系。 (见表4)

钢结构的其他工程量占主结构工程量的17.01%, 钢混结构的其他工程量占主结构的工程量27.87%, 可见钢筋砼结构工程量比较大, 为实现大跨度外挑和建筑立面的要求, 一般采用钢结构, 对于钢结构方案来说, 技术简单, 而钢筋砼方案, 技术上难于实现大跨悬挑, 施工难度也较大。

3.4 工程结构造价:

影响工程造价因素是多方面的, 尤其是钢结构体系受市场波动的影响大, 不象钢筋砼结构体系价格比较稳定, 所以取费是按照市场价格。 (见表5)

钢框架方案与钢框支方案在结构造价上差距不大, 区别主要在建筑使用和布局上, 钢框架的柱截面大于钢框支结构, 钢框支结构在建筑布置上不如钢框架结构灵活, 钢筋砼结构造价低于钢结构约13%, 平米造价低80元/m2左右, 本工程总价低40万元左右, 为结构部分总造价的10%左右, 如果计入装修、设备等费用, 占比例则更小。

4 结论

4.1 综上所述, 可知钢结构体系多层民用建筑在技术上比传统钢筋砼结构体系更为先进, 经济上, 结构造价相差无几。

4.2 从综合效益和可持续发展方面考虑, 钢结构体系也更为合理, 经济指标优于钢筋砼结构体系。

4.3 钢结构体系, 制造工场化, 施工干作业, 工期短, 工业化程度高, 无污染, 无建筑垃圾, 符合建筑市场发展趋势。

可见随着钢结构的进一步发展, 钢结构体系值得在多层民用建筑中推广使用。

摘要：多层民用建筑的结构形式多为钢筋砼结构或砖混结构, 随着钢结构应用, 钢结构在多层民用房屋也有应用, 实际工程的设计方案分析, 比较了钢筋砼结构、钢框架结构、钢框支结构设计结果的主要技术及经济指标, 表明钢结构比钢筋砼结构在综合技术经济上更具优越性。

关键词：多层民用建筑,钢筋砼结构体系,钢框架体系,钢框支体系,技术经济

参考文献

[1]王国周.钢结构-原理与设计.

[2] (GBJ17-88) .钢估结构设计规范.

[3]刘歌青, 石永久, 陈宏.多层轻钢结构工业厂房的设计与应用[J].工业建筑增刊 (2001年) .

[4]刘歌青, 石永久, 陈宏, 张勇.多层民用钢结构偏心支撑抗侧力体系分析与设计[J].建筑结构.

多层轻钢结构框架设计 篇2

多层框架结构的基础，一般有柱下独立基础、条形基础、十字形基础、片桩基础，必要时也可采用箱形基础或桩基等，

(1)条形基础呈条状布置，，横截面一般呈倒T形，其作用是把各柱传来的上部结构的荷载较为均匀地传给地基，同时把上部各报框架结构连成整体，以增加结构的整体性，减少不均匀沉降。条形基础可沿纵向布置，亦可沿横向布置。

(2) 十字形基础布置成十字形，，即沿柱网纵横方向均布置条形基础，既扩大了基底受荷面积，又可使上部结构在纵横两向都有联系，具有较强的空间整体刚度，

(3) 若十字形基础的底面积不能满足地基的承载力与上部结构容许变形的要求，则可扩大基础底面积直至使底板连成一片，即成为片筏基础。片筏基础可做成平板式或梁板式。平板式片筏基础实际上是一片等厚的平板，，施工简单方便，但混凝土用量大；梁板式片筏基础一般沿柱网纵横方向布置肋梁因而可减小底板厚度，增强结构刚度，但施工较为复杂。

多层钢筋混凝土框架结构设计分析 篇3

【关键词】多层结构；框架结构；设计分析；抗震设计

1.引言

随着我国经济的发展，复杂多层建筑结构不断涌现，同时为了满足各种不同的使用要求，建筑物的造型和建筑形式日趋多样化。这会结构设计者带了一定的难度。当在进行结构设计时，不仅需要确保结构方案满足使用要求，同时还应特别注意设计过程中可能忽略的一些问题。在多层建筑结构中，最广泛使用的一种结构形式为钢筋混凝土框架结构。这种结构形式能够提高较大的建筑空间，同时具有平面布置灵活的特点，能够满足各种不同的使用要求。

2.工程概况

本工程为某有色金属加工厂区内一栋四层现浇钢筋混凝土框架结构，该建筑的主要使用功能为办公楼。本工程的主要框架梁截面尺寸为250mm×600mm和250mm×400mm。柱的具体截面尺寸为500mm×500mm。混凝土强度等级为C30。钢筋主要有两种，受力钢筋为HRB400，箍筋为HPB300。

3.框架结构方案的分析

当进行结构方案的选择时，应重点考虑以下几点因素：（1）结构传力路径应尽量简单。当结构在荷载作用下，其内部的传力路径越简单，所消耗的材料就越少。（2）根据进度等距或者开间等跨的方式进行柱网的布置。如图1所示为柱网布置示意图。这种柱网布置方式不仅可以提高结构整体的刚度，同时还能减少结构中的弯矩。

4.重要结构计算参数的选取

4.1结构的抗震设防烈度。在进行多层钢筋混凝土框架结构的设计时，首先应确保建筑的类别。一般情况下，丙类建筑在进行地震作用计算时，应按照本地区抗震设防烈度进行；乙类建筑在进地震作用计算时，应满足本地区抗震设防烈度的要求。对于抗震措施应特别注意，尤其是抗震构造措施，要根据房屋高度、结构形式、场地条件等进行相应的调整。

4.2填充墙对结构刚度的影响。在框架结构中，由于填充墙的存在，当其与框架梁柱刚性连接时，就会是结构的整体刚度会有所提高，造成结构实际刚度往往会超过计算刚度，同时实际周期会比计算周期小，这样结构实际受到的地震作用大于计算结果，导致结构抗震设计偏于不安全。因此在进行结构周期计算时，应进行适当的折减，引入所谓的周期折减系数。另外，还应注意填充墙的多少及材质都对周期折减系数有影响。

4.3梁的刚度放大。在进行结构的设计计算时，在对梁进行模拟时，并没有考虑到现浇楼板的存在而导致刚度增大的问题。因此在进行结构计算时，可以通过对梁的刚度进行适当的放大，来近似考虑带翼缘梁的实际刚度。可根据楼板布置等因素，取楼面梁刚度增大系数为1.3～2.0，一般情况下建议中部框架梁的放大系数可以取为2，边框架梁取为1.5。

5.框架梁柱设计要点

5.1框架顶层端节点梁柱钢筋搭接问题。在多层框架钢筋混凝土结构中，建筑物的高度越高，在水平荷载作用下结构所产生的倾覆力矩就越大，顶点位移也越大。在建筑结构中，顶层所受到的风荷载往往较大，这会导致顶层框架柱（尤其是边柱）出现大偏心受力的情况。一般情况下可以采取的措施为：将横梁上部的钢筋伸入柱内，同时伸过横梁的下边；柱内的一部分中部钢筋（不少于两根）伸入顶端，其余钢筋伸入横梁内。该措施是将规范建议采用的两种构造措施加以结合并改进。这种节点外侧的钢筋搭接传力在解决前面提出的问题的同时，也很好的避免了梁端支座负弯矩钢筋密集，影响混凝土浇筑及钢筋与混凝土的粘结性能等常见问题。

5.2造型悬挑梁配筋问题。在实际的工程中，有时为了满足使用功能及建筑外立面造型的要求，需要在框架的梁端设计挑梁。挑梁的截面宽度通常会比框架梁的截面宽度小，这是因为两者所受到的荷载有所不同。但是在实际的设计中，如果没注意到这个问题，只是将框架梁上侧主筋延伸至外挑梁外端，施工时就会发现由于截面差异，部分钢筋无法伸进挑梁中，这就造成很多钢筋被截断，这样不仅会影响工程进度，关键是会影响工程质量，带来隐患。

5.3框架柱内力及配筋问题。（1）当进行框架计算时，根据两个方向计算所得的结果，选择其中更为不利的一个方向进行配筋，并按对称配筋方式，同一柱截面钢筋直径不宜相差太大；（2）当框架柱采用构造配筋时，适当的放大配筋量。根据工程的相关经验，一般情况下框架柱的配筋放大量控制在1.2～1.6倍之间。尤其应该注意对于可能出现偏心受拉情况的柱子，更要适当增加实配柱子纵筋截面面积；（3）在进行多层框架的计算时，往往容易忽视基础不均匀沉降和温度应力的问题。本工程就遇到土质不均匀的问题，笔者建议可以适当的放大柱的配筋，同时采取在两个方向上设置基础梁，并按照框架梁进行基础梁的设计，设置箍筋加密区。

6.多层框架结构构件设计内力调整要点

6.1强柱弱梁的要求。在多层框架结构中，强调强柱弱梁的设计要求，此形式可以使框架结构的梁端在地震荷载作用下屈服（形成塑性铰），但不会出现构件局部脆性破坏的情况。在这种情况下，柱端处于非弹性工程状态，但是仍然没有达到屈服强度。这样就可以利用梁的变形来吸收、耗散地震能，降低结构的地震反应，提高结构抗倒塌能力。当框架梁端由裂缝及挠度控制，实配钢筋大于抗震设计时的承载力配筋等情况下，会出现框架梁此端钢筋超配。梁端纵筋的超配程度的大小决定柱强于梁的幅度大小。建议在确保满足其他要求的情况下，应尽量加大框架柱截面尺寸，从而控制梁与柱的线刚度的比值。应严格控制梁端实配钢筋，对于梁端负弯矩钢筋不应该出现超配，对于梁端正弯矩钢筋应控制超配比例，建议不要超过10%。

6.2强剪弱弯的要求。框架柱存在两种破坏形式：弯曲破坏和剪切破坏。当柱发生剪切破坏时，其破壞形态是脆性的，延性极差；当柱发生弯曲破坏时，柱的纵向受力钢筋屈服后会形成塑性铰，从而具有较好的塑性变形能力和延性。因此，建议在进行结构设计的时候，有目的放大框架柱的剪力设计值，防止框架柱在弯曲屈服前出现剪切破坏，即应该做到“强剪弱弯”。强剪弱弯形式的设计是提高框架结构延性及抗震性能的一项重要措施，可以避免在地震中出现脆性剪切破坏问题。

6.3强柱根的要求。框架结构底层柱在地震作用下，如果过早出现屈服，会影响整个结构的变形和抗倒塌能力，因此，底层框架柱对整个结构的延性起控制作用。理想的塑性铰机制应该是迫使塑性铰发生在水平构件（尤其是次要构件）上，并应尽量推迟塑性铰在底层框架柱等关键部位出现。现行相关规范也规定了一些措施，如引入底层框架柱底弯矩增大系数。该增大系数可以有效避免底层框架柱下端过早屈服，从而提高结构的抗震安全度。但应注意到该系数只适用于框架结构。

7.结语

造型复杂多样的多层建筑不断涌现，使得结构设计具备更大难度。因此对于该类型的结构设计来说，当在进行结构设计时，不仅需要确保结构方案满足使用要求，同时还应特别注意设计过程中可能忽略的一些问题。文章通过结合某一栋四层现浇钢筋混凝土框架结构为例，系统地分析了结构布置方案以及相关设计参数选取，总结出可行的设计经验，为同行提供参考。

参考文献

[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S] .

多层框架结构设计心得 篇4

1 底层计算高度如何取

按《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 第7.3.11条的规定, 底层框架柱的高度从嵌固端算起。实际工程的底层计算高度一般可能会有三种取法:

从基础顶面算起、从基础系梁顶面算起、从室外地面下500mm处算起。

框架结构的基础一般为独立基础或条形基础, 一般情况下底层计算高度从独基或条基顶面算起是没有任何问题的。但有的工程独立基础之间设基础系梁, 那么底层计算高度是否可以从基础系梁顶面算呢?我认为肯定不行, 最简单的道理, 基础系梁不是框架柱的嵌固端。一些设计者可能会碰到这种情况, 如果底层计算高度从基础顶面算起, 底层的抗侧移刚度可能小于上一层刚度的70%, 或小于上三层抗侧移刚度平均值的80%, 根据《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) (2008年版) 第3.4.3条, 底层为薄弱层;如果计算高度从基础系梁顶面算, 底层可能不是薄弱层。这时一些设计人可能采取加大基础系梁截面尺寸和配筋的方式, 底层计算高度从基础系梁顶面算起, 从而避免薄弱层的出现。这种做法是不对的, 因为即使加大基础系梁的截面和配筋, 基础系梁仍不能作为底层框架柱的嵌固端。

因此, 底层计算高度应从基础顶面算起, 而不应从基础系梁顶面或室外地面下500mm处算起。

2 关于柱的设计

2.1 框架柱的截面设计

在多层或高层钢筋混凝土结构中, 柱的截面尺寸从下到上逐渐缩小, 以节约投资, 使设计更合理。笔者的经验是柱截面尺寸减小的间隔层数为3 5层, 如果间隔太密, 会造成模板浪费、施工不便;太疏又起不到节约投资、降低造价的目的。每次每侧减小的尺寸以100~150为宜, 如减得太多, 有可能导致结构竖向刚度突变。另外, 柱的最小截面尺寸应符合《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 第l1.4.11条的规定:矩形柱的宽度和高度均不宜小于300mm;圆柱的截面直径不宜小于350mm。

2.2 框架柱的箍筋肢距

《混凝土结构设计规范》 (GB 50010-2002) 第l1.4.15条规定“柱箍筋加密区内的箍筋肢距:一级抗震等级不宜大干200mm;二、三级抗震等级不宜大于250mm和20倍箍筋直径中的较大值;四级抗震等级不宜大于300mm”。此处的“箍筋肢距”的定义, 规范没有明确的说明。按一般的理解, 箍筋肢距应为每J肢箍筋的水平距离。因此不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且不大于200mm。

3 关于梁的设计

3.1 框架梁的负筋只需按计算配够, 不必增加配筋量

在框架结构的计算中, 由于地震作用、风荷载等水平力的作用, 往往使得框架梁的粱端负弯距远大过跨中正弯距。为了避免框架梁负筋过多过密, 我们往f往都将框架梁的负弯距乘以一个0.85左右的调幅系数进行调幅, 使梁端负弯距减少, 并相应增加跨中正弯距, 使梁的上下配筋均匀一些。如果在框架计算是作了负弯距调幅, 而配筋时又将负筋放大, 就是没有道理而且是自相矛盾的。

3.2 梁侧纵向钢筋的配置

梁侧纵向钢筋包括梁侧纵向构造钢筋和梁侧抗扭纵筋。新混凝土设计规范规定梁腹板高度hw≥450mm梁侧应沿高度配纵向构造钢筋, 且间距不大于200mm。梁侧纵向构造钢筋对防止梁侧面的开裂具有非常重要的作用。梁侧纵向钢筋的直径不应太大, 一般以Ф12~Ф16为宜。在实际设计中, 常常见到梁侧抗扭纵筋很大的情况, 这是由于电算结果显示抗扭纵筋的面积较大。对这种情况应在计算和设计上做一些调整:

3.2.1由于目前电算程序在结构构件分析时尚不能考虑现浇楼板对梁扭转的影响, 而是由程序给出一个梁扭距折减系数, 合理选用梁扭距折减系数对控制梁的扭距是很重要的, 一般情况可取0.4~0.6。3.2.2对跨度较大的次粱支承于主梁上时, 次梁的支承端会对主梁产生较大的扭距, 这时可在电算程序中指定该次梁的端支座为绞接。这种方法对解决梁在受剪扭情况下的超筋超限是非常有效的。3.2.3有时虽然做了以上调整, 但梁的抗扭纵筋面积仍然较大。此时应将抗扭纵筋面积分摊一部分到梁的四根角筋, 其余部分面积按梁侧腰筋设置, 梁腰筋直径仍以Ф12~Ф16为宜。

3.3 非加密区的箍筋的配筋率

抗震设计时框架梁的非加密区的箍筋的配筋率应满足《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 第11.3.9条的规定:p SV≥0.26ft/fyv。

4 多层钢筋混凝土框架结构设计应该注意的问题

4.1 关于强柱弱梁节点

这是为了实现在罕遇地震作用下, 让梁端形成塑形铰, 柱端处于非弹性工作状态, 而没有屈服, 但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱, 也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小, 是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力, 而且不致形成“层侧移机构”, 从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小, 以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此, 当建筑许可时, 尽可能将柱的截面尺寸做得大些, 使柱的线刚度ic与梁的线刚度ib的比值尽可能大于1, 并控制柱的轴压比满足规范要求, 以增加延性。验算截面承载力时, 人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大, 加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高, 以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造, 让塑性铰向梁跨内移。

4.2 楼板开大洞结构计算注意问题

楼板开洞的结构比较普遍, 如果开洞面积大于该层楼面面积的30%, 就属于平面不规则了, 计算时必须进行处理。以PKPM软件为例来说, TAT和SATWE分别采用了两种方式进行处理。TAT软件是将无楼板的节点定义为弹性节点, 也就是表明该节点不受刚性楼板假定的限制, 其平动自由度独立 (在这里所指的节点为梁柱交点) ;SATWE软件是将所有楼板定义为弹性膜, 由软件真实的计算楼板的平面内刚度, 忽略楼板的平面外刚度。建议如果某层洞口面积大于楼层面积的30%以上时, 应将全楼所有楼板定义为弹性膜比较符合实际, 也可以将该层洞口边缘节点定义为弹性节点 (即不考虑楼板的刚度) ;如果屋面为刚网架时, 应输入一板厚, 定义为弹性膜, 真实计算楼板的平面内刚度, 比较符合实际。在正确定义了弹性节点或弹性膜后, 在后续计算中必须采用总刚计算法, 否则侧刚计算法仍按刚性楼板计算结构内力和配筋, 计算时应特别注意这一点。

5 结论

以上主要阐述了多层框架结构在设计过程中的基本问题, 当然实际工程可能会遇到更多问题, 在此不再赘述。设计多层框架结构, 设计人应首先判断结构方案的可行性, 对可能碰到的问题, 提前采取措施予以解决, 并对所有计算结果认真分析、判断, 准确无误后方可应用于实际工程。另外, 应用计算机程序进行分析时, 应仔细阅读程序编制技术手册, 了解程序计算模型编制的原理, 才能根据有关规范对所得的结构内力和计算结果的正确与否作出判断并做相应调整, 以消除因对程序缺少应有了解给设计带来缺陷和隐患。结构构造必须满足相关规范条文尤其是强制性条文的要求。

摘要：钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性质截然不同的材料组成的, 因其具有诸多的优点而广泛应用于土木工程中。把多层钢筋混凝土框架结构应用于建筑中会遇到的一些具体问题, 主要论述了多层框架结构的设计及设计过程中遇到的设计问题及相应的结构措施进行探讨。

关键词：多层框架设计,常见问题,结构措施

参考文献

[1]GB50011-2001 (2008年版) , 建筑抗震设计规范[S].[1]GB50011-2001 (2008年版) , 建筑抗震设计规范[S].

多层轻钢结构框架设计 篇5

一、多层轻钢结构施工技术具有的优点

1.1 自重很轻，抗震性能强。轻钢结构的材料要求是很高的，一般都是由一种很轻的高效材料组合而成，其构建性质也十分的特别，承载能力也是特别强，再加上自身较强的受力因素，进而保障了多层轻钢结构的综合刚度很大，同时具备很强的抗震基础，这样最大限度的节约了许多的施工材料，最有效的降低了结构自身的重量，此外还降低了基础，这样就为运输提供了方便，节省了大量的安装费用，是一种经济适合性结构。因此，对于时常发生地震、交通运输条件不是很方便的地区、地质条件较差的地区提供了选择。

1.2 具有优美的外观。多层轻钢结构具有外观简单但是丰富的特点，整个结构的尺寸较小，这样有效的节约了土地使用面积，因为轻钢具有很强的刚度，这样就有了柱网的空间，为工作人员施工操作提供了便利，可以将楼板进行组合，这样就提升了净高。该种建设方式的优点之一就是建筑结构较为开放，建筑大师可以充分在中间发挥自己的设计才能，同时又可以最大限度的满足业主对空间的需求。

1.3 施工周期不长。由于轻钢结构材料便于运输，运材料供应较快，安装也较为简单和便利，因此，和钢筋混凝土相对，整个施工周期起码要节约二分之一以上。当前金融结构在持续的提升贷款利率，所以这种结构具有短投入早汇报的特点，在可能的范围内控制了项目的造价成本，进而让投资效益最大化。

1.4 环境保护能力强。轻钢结构在建设的过程中，与钢筋混凝土相比，其所需要的材料较少，能源需求也更少，在建造过程中产生的粉尘以及施工垃圾都很少，施工过程中产生的噪音等也很小，剩余材料的二次利用性能也较高。因此，多层轻钢结构是一种既环保同时又高效的方式。

二、多层轻钢结构在建造时容易出现的问题以及解决举措

2.1 在设计方面。在目前的国内，多层轻钢结构建筑在应用方面还有许多地方需要加强，很多关键性技术依然处于初级阶段，很多技术还没有规范，还需要进一步的完善，此外，多层轻钢结构在设计、建造等方面的问题都还很多，还有许多的问题需要去处理，比如：多层轻钢结构的施工、多层轻钢结构的承重结构体系、以及后续的结构维护维修等等，这些问题目前都还处于技术人员研究试验阶段。在这个设计部分，最主要的问题就是组合楼盖和杆件节点的环节，下面就对设计问题进行详细的浅析：（1）支座计算简图。在设计多层轻钢结构建筑的过程中，设计人员时常将整个框架结构的支座设计为固定的链接，然后，在多层轻钢结构建筑的施工实践中，钢筋混凝土那样的结构到是很容易进行链接，但是，普通钢结构是很难就这么好的特性的。此外，钢材都是有腐蚀性的，并且钢材的腐蚀性是不容易预防和控制，所以，在设计时，要想将钢柱锚埋入地基中基本是不可能的，通常的处理方式是，将钢筋锚安置在地势较高一点的混凝土地基上，将二者链接起来，但是，这种方式很难保障其稳定性，整个链接不那么容易接住，通常会因为施工过程中出现松动，此外，部分混凝土浇筑、养护工作不科学，地基又出现下沉等，使得整个桩基的相接处无法固定在一起。（2）混凝土与压型钢板组合楼盖设计。参照施工规范要求可以看出，组合楼盖在选择材料时，一般都会选择压型钢板，因为选择压型钢板可以不需要设计链接钢筋，而叠合面上产生的纵向剪力可以借助该剪力直接达到钢板上。但是，在实际的施工实践中，钢板是不会透水的，在加上外围有一层防护层，这就极大的削弱了接触面的作用，此外，在该位置上，混凝土的高水灰比也会出现下降。与此同时，参照组合楼板的特性，可以将永久模板利用起来，因此，压型钢板时常会被作为模板加以利用，让材料得到了多重利用。

2.2 多层轻钢结构建筑的施工。（1）在多层轻钢结构建筑中，构建节点是很多的，其中最为主要都有主梁、框架柱、连续次梁节点等等。按照施工设计要求，以上节点全部都是刚性节点，在设计时，基本都是设计的按照焊接的方式或者用螺栓的方式作为连接点的，只是焊接可以在工厂进行操作，施工现场只需要不螺栓上好便可，这样就有效的保障了施工的质量。多层轻钢结构的跨度必须控制在一定的范围之内，通常是在八米上下，从经济利益的方面来说，是能直接焊接的，也就是将组合工字钢焊接成为H型钢，而板面通常会打几个孔，从而上好螺栓，然后，通常会因为下料的时候出现误差，或者是材料放线的时候出现了误差，造成焊接口出现了很大的缝隙，从而不能保证整个焊缝的质量，最后出现了各种各样的焊缝问题需要解决，以至于次节点钢接基本不能形成，从而为结构埋下了安全性的缺陷。由此可见，在施工的过程中，需要保证构建的位置准确无误。（2）关于抗剪栓钉施工。在进行抗剪栓钉施工施工时，必须严格执行施工规范要求，在这个过程中，焊接时间和焊接电流必须做好相应的选择，栓钉伸出去的长度必须要做好相应的控制，而且最后必须进行检验，在合格以后才能保障整个栓钉的焊接质量过关。以上这些问题只要有一个出现，可以立即采取相关措施进行补救，对于尚未焊接到位的栓钉，可以进行打掉，重新施工焊电流，同时对焊钉的高度进行加高，并且对施焊面打磨平整，如果有凹面，应当采取焊填的方式进行修补，施焊必须控制在规定的时间范围内，如果出现焊接问题，通常都是因为焊接时间过长或者焊接电流过大等造成的，而一旦出现了情况，对组合板不产生影响的，也必须采取措施进行修补，但是必须对每一个环节的检查到位，如果发现有会造成不良后果的，需要立即采取措施进行处理。

总结

综上所述，在目前的国内，多层轻钢结构建筑已经进入了一个快速发展的时期，特别是在多层房屋建筑中应用得已经较为广泛，但是，一些崭新的问题在不断的出现，相关的施工人员必须对这些问题进行分析和总计，努力创新施工技术，让该结构房屋在设计环节和施工环节的更进一部，让国内的多层轻钢结构房屋建设赶上国际水平。

参考文献

[1]王钰.轻钢农宅的标准化设计与多样化应用研究[D].清华大学，2012.

[2]刘亚林.低层冷弯薄壁轻钢结构体系在灾后重建中的实践与应用[D].西安建筑科技大学，2011.

[3]徐家麒.预制装配式建筑精细化设计研究[D].吉林建筑大学，2013.

多层钢框架结构节点设计分析 篇6

1 梁柱节点连接分析

多层钢框架梁与柱的连接可以设计成铰接、半刚性连接或刚性连接。在实际工程中为简化计算,通常假定梁与柱的连接节点为完全刚接或完全铰接。半刚性连接虽已经有一些研究成果,但在多层钢结构中的应用还不多。连接的方法常用焊接连接、摩擦型高强螺栓连接及栓—焊组合连接,栓—焊组合连接是指同一受力连接的不同部位分别采用摩擦型高强螺栓连接及焊接的组合连接,应该注意的是同一力传至同一连接件上时,不允许同时采用又栓又焊两种方法连接。

刚性连接节点的计算简化考虑梁端内力向柱传递时,梁翼缘承担梁端弯矩,而剪力完全由腹板来承担,同时梁腹板与柱的连接除了梁端剪力要进行计算外,尚应验算腹板净截面面积的抗剪承载力;梁柱刚性连接的精确计算是以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用于梁端的弯矩和梁端的全部剪力。

不论采用何种计算方法,梁与柱刚性连接时,应满足几点要求:1)梁翼缘和腹板与柱的连接,在梁端弯矩和剪力的共同作用下,应具有足够的承载力;2)梁翼缘的内力以集中力作用于柱的部分,不能产生局部破坏,因此应根据情况设置水平加劲肋(对H形截面柱)或水平加劲板(对箱形或圆管形截面柱);3)连接节点板域,即由节点处柱翼缘板和水平加劲肋或水平加劲板所包围的柱腹板区域,在节点弯矩和剪力的共同作用下,应具有足够的承载力和变形能力;4)按抗震设计的结构或按塑性设计的结构,采用焊缝或高强螺栓连接的梁柱连接节点,应保证梁或柱的端部在形成塑性铰时有充分的转动能力。

梁柱铰接连接节点只能承受很小的弯矩,这种连接实际上是为了实现简支梁的支撑条件,即梁端没有线位移,但可以转动。

2 多层钢框架结构常用梁柱节点连接的几种方案

实际工程中,除了铰接节点外,一般大都采用刚接节点。刚接节点通常有下列几种形式:

1)梁与柱丁字形连接,柱上焊有安装用支托,柱的腹板用横向加劲肋加强,如图1所示。这种连接刚度较大,但梁的长度必须制造精确,安装焊缝有仰焊缝,施工操作难度增大,焊接质量不易保证。

2)梁与柱通过宽翼缘T形钢连接如图2所示,T形钢起竖向加劲肋作用,特别适合于十字形横梁的连接。T形钢可用工字钢在腹板上裁开而得,接头长度需大于横梁高度,可使柱的抗扭刚度得到加强,但节点耗钢量加大。

3)梁与柱通过盖板和角钢连接,在柱的东西方向,通过盖板与梁翼缘连接,以传递弯矩。通过竖直角钢与梁腹板连接,以传递剪力。柱上焊有安装用支托,为避免仰焊,上部水平板应小于梁翼缘,下部水平板应大于梁翼缘。在柱的南北方向,盖板兼肋板与柱翼缘和腹板焊接,为避免仰焊,可在上部水平板中间开槽进行焊接。下部水平板下有竖向肋板作为支托承受剪力。梁与柱焊接前均有安装螺栓定位。

梁柱铰接节点连接形式见图3。

3 改进建议

总结多年的设计经验,认为可从以下方面改进梁柱节点连接:

1)从建筑结构的整体布局考虑节点连接。实际工程中多层钢结构建筑大多采用双向刚性连接,这样可以加大结构自身的侧移刚度,减少抗侧移构件的内力,加强结构耗能机制,提高建筑物的延性,有利于结构抗震。但是,刚性节点连接构造复杂、施工安装工作量大、结构用钢量较多、经济效果比铰接节点连接差。

为了解决这一矛盾,在框架结构的纵向(房屋长方向)梁柱做成铰接连接,纵向沿柱高设置竖向柱间支撑,其空间刚度和抗侧力均由支撑提供,另一个方向做成刚性连接,如图4所示。支撑体系用钢量低而刚度大,抗侧力效果明显且构造简单。这样房屋的一个方向无支撑便于生产或人流、物流等建筑功能的安排,又适当考虑了简化设计、施工简便及用钢量等要求,另一个方向适当布置柱间支撑,保证铰接连接下结构的抗侧移能力,特别适用于平面纵向较长,横向较短的建筑。因为在建筑物的纵向梁柱节点较多,由刚性节点改为铰接节点后节点构造简化,明显减少节点用钢量。

2)巧妙处理节点细部构造。比如当柱两侧的梁高相等且采用刚性连接时,每个梁翼缘对应位置均应设置柱内加劲肋板,当柱两侧的梁高不等时,往往要对应梁翼缘设置柱内加劲肋板,这样不仅加劲肋板数量增加,且加劲肋板间距又常常不能满足焊缝间距的要求(间距不小于150 mm)。此时可考虑调整柱两端梁的根部高度,将截面高度较小的梁腹板高度局部加腋,加腋部分翼缘坡度不得大于1∶3,如图5所示。

参考文献

[1]陈志华.建筑钢结构设计[M].天津:天津大学出版社,2004.

[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].

多层钢筋砼框架结构抗震设计要点 篇7

多层钢筋砼框架结构是建筑中常用的一种结构形式, 其优点为结构布置灵活、传力明确以及整体性和抗震性优良, 在各类多层的民用建筑及工业建筑中均被广泛的采用。但早期的多层钢筋砼框架结构的抗震设计均有不足, 在地震中表现出不同程度的破坏, 文章中总结了其框架结构及部分构件破坏的具体情况, 并进行了分析, 提出了多层砼框架结构抗震设计需改进的要点, 尤其对楼梯的建设进行了详细的分析, 通过改进建议使整体框架结构处于更利于抗震和安全可靠的状态。

1 多层钢筋砼框架结构震害概况

与砖砌房屋或其他砖墙承重混合结构类型的建筑物相比, 钢筋砼框架房屋在地震灾害中的损坏率较低。多层钢筋砼框架结构以其较大的延伸性和较好的整体性成为建筑型式中抗震性能良好的一种结构型式。在地震灾害中, 钢筋砼框架结构震害情况如下。

1.1 震害中框架梁及其柱身与节点的破坏形式

震害中框架梁及其柱身与节点的破坏形式主要有, 设计中如未考虑梁在地震时附加产生的弯矩和剪力可能会在发生地震时柱边竖向及斜向的裂缝, 或者柱边梁底下钢筋锚固因设计中未考虑变号弯矩作用可能在震害中被拔出, 以及加腋梁在变截面处发生竖向或斜向裂缝等情况。而框架柱的破坏主要形成在柱子两端, 震害中偶遇剪力弯曲及压力等作用使砼破碎产生裂缝。一般角柱遭受破坏较重, 受破坏框架柱子上端箍筋一般未采用加密措施。因地震中产生的双向偏心压力以及由填充墙带来的剪力等因素, 角柱加固设施不够或受力计算不全, 极易在地震中遭受破坏。另外一种在震害中常见的易遭受破坏的柱子是一类高宽比较小的柱子, 其中以高宽比低于3的短柱情况较为严重[1]。

1.2 框架结构以及其他相关结构的破坏也是多层钢筋砼建筑在震害中出现的主要破坏

有抗震墙的框架结构房屋在震害中遭受损失较小, 破坏程度较低, 无抗震墙的框架结构房屋, 底层若较为空旷且整体刚度不强, 在首层柱的上下两端则会有较大的转动, 震害中产生的危害也较大。装配式的钢筋砼框架结构在实践中有着良好的抗震性能, 但地震中表现的装配式框架房屋的破坏产生在大梁或柱边的节点位置, 应采取能够保证合理传力的构造及材料设施。框架结构顶部砖房的破坏也是震害加重的主要原因之一, 多层框架顶部在地震中存在框架的摆动, 顶部砖房受重大, 易产生应力集中造成重大破坏。

1.3 填充墙及防震缝的破坏

填充墙在不同震级的作用中一般均会发生破裂与倒塌现象。多层钢筋砼框架房屋的填充墙在地震中分担了部分作用力, 可减缓框架结构的压力, 有一定的防倒塌作用[2]。在有抗震墙结构的房屋或框架中, 填充墙受损程度会较轻。伸缩缝宽度较窄时, 在地震中相近的多层钢筋砼框架结构建筑易发生相互碰撞造成严重破坏。

2 多层钢筋砼框架结构抗震设计分析

2.1 砼框架结构设计要点

在地震灾害研究中, 遭受破坏较为严重的房屋多表现为强梁弱柱的建筑形式。在设计中抗震等级为二级或三级的构件, 柱的配筋通常采用构造配筋, 节点处梁的上皮钢筋受力。将梁支座负筋采用归并系数且进行一定程度的放大, 易形成强梁弱柱这一易遭破坏的建筑特点。故在设计中应一定程度的加大柱子断面和配筋, 将使用在楼板的一定宽度的配筋应用到梁上作为梁的配筋, 减小归并系数使梁的刚度降低, 确保建筑形式处于强柱弱梁, 提高柱的延伸性, 避免短柱的出现和其产生的脆性破坏[3]。

强剪弱弯的设计可控制梁柱的破坏形态, 避免脆性的剪切破坏, 使其发生较好的延伸性, 降低弯曲破坏。梁较于柱的塑性屈服发生较早且较多, 底层柱根的塑性铰形成的较晚, 在建筑设计中不应集中在某一层而要依照其屈服顺序合理错开。为了确保抗震性能, 相应的建筑规范中要求框架梁净跨长度和截面高度之比不在4以上, 柱净高和截面变长之比不低于4。通过控制剪压比, 可防止斜裂缝的出现, 有效减轻砼的破裂程度, 同时降低了箍筋的使用数量[4]。

节点的安全可靠性是梁柱稳定可靠发挥作用的重要前提, 当结构中的节点区域承受的外力较为复杂时, 易发生断裂或破坏, 因此在框架结构的连接区域必须做到强锚固和强节点, 对箍筋的设计使用是加强梁柱节点的重要途径, 要保证节点不能出现脆性剪切破坏。

2.2 框架结构中楼梯的抗震设计与分析

楼梯是发生地震时重要的逃生通道, 其合理的抗震设计具有重大的安全意义。砌体结构的楼梯间在地震中产生的破坏主要源自于与其连接的墙体, 由于楼梯间自身的特点, 与其连接的墙体量也比较多, 构件也较为集中, 受到的水平力也因其水平方向的刚度相对较大而增大, 支撑力较弱, 造成了楼梯间构造震害比较严重的情况。框架结构的楼梯间墙体为填充墙, 填充墙的刚度较大, 且框架结构刚度不能够均匀分布, 框架承受的水平压力会随着楼梯间的刚度而增加, 也极易产生破坏。

板式楼梯是楼梯的主要结构形式之一, 其组成部分包括梯段板、平台梁及平台板。梯段板端负筋截断位置大多在1/4～1/3处, 该部位的受力筋数量相对较少, 承受压力能力较差。在地震中, 抗压能力较差的砼达到最大耐受限度时, 受拉梯段板在其薄弱的位置出现裂缝, 此时只有钢筋承受全部拉力[5]。钢筋数量的不足以及其受拉钢筋拉应力突变使钢筋较快的出现屈服状态, 并且随着裂缝程度的增加而不断拉伸, 在地震作用下往复伸屈, 最终造成梯段板断裂。楼梯的平台板与平台梁与梯段板相接, 受力情况较为复杂, 地震中受到了空间弯矩、扭矩及剪力的共同作用。一般与框架相连的平台梁内力较大, 损坏较为严重。剪跨比和轴压比是影响柱子延伸性的主要因素, 依据剪跨比的不同可将柱子归为长柱、短柱和极短柱, 短柱和极短柱的破坏均属于脆性剪切破坏, 在楼梯框架结构中, 按照抗震设计标准要尽量避免出现短柱, 故楼梯梁不宜直接与框架柱现浇, 以避免出现短柱, 且在平台靠踏步处设梁, 由梁两端设计建设构造柱, 平台板外端不再设梁而梯段板外伸悬挑板避免短柱问题。

楼梯的结构设计中, 楼梯间不宜设置在房屋端部转角, 且不能凸出建设, 砌体结构中避免窗洞开设过大而使整个结构的梁柱结构破坏, 需要有可靠的锚固或者连接支撑楼梯间的非承重构件[6]。梯段板负筋要拉通, 板厚度适当增加, 实现双层钢筋配置, 同时对于作为传递楼梯支撑作用的重要构件的楼梯平台也应实现双向双面配筋。平台梁适当增加横截面积缓解其在震害中易受的扭力作用, 在梯段板的转角处, 局部的对构造措施进行加强, 在短柱框架中为防止过早的发生剪切性脆性破坏, 对框架短柱可实施全高加密, 或在柱身内配置一定数量的斜向钢筋[7]。

在楼梯的抗震设计中, 其构造与主体结构脱离使楼梯不参与整体结构受力是降低地震中楼梯破坏的有效途径之一。楼梯构造受力与整体受力相脱离, 梯柱弯矩剪力值显著降低, 也降低了梯柱破坏程度, 使作为竖向承重构件框架和重要通道的楼梯相对处于安全状态。

3 总结

建筑结构的抗震设计有着较早的起源, 抗震理论也在不断的完善。多层钢筋砼框架结构相对于其他建筑结构表现出的较好的抗震性能也不断的得到了验证, 但根据近年的地震灾害总结, 多层钢筋砼框架结构在地震中依然有需要改进之处。根据实践总结, 其结构中的梁柱设计强柱弱梁等要点使其更利于抗震和降低震害中的破坏。框架结构设计合理化与可靠度提高是在震害中保证人民财产生命安全的重要手段, 也是要不断发展和研究的重要课题。

参考文献

[1]王奇, 马宝民.钢筋砼现浇楼梯对整体结构的影响[J].建筑结构, 2002, 32 (4) :27-29.

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[3]王国.楼梯间处短柱对框架结构抗震性能的影响[D].成都:西南交通大学, 2008.

[4]闫魁.关于某工程楼梯间短柱问题的处理[M].山西建筑, 2006, 32 (18) :34-39.

[5]王俊锋, 王泽军.楼梯间和楼梯的抗震设计浅议[M].山西建筑, 2009, 35 (3) .

[6]胡裕地.楼梯结构的震害分析和设计建议[J].科技视线, 2009 (4) :15-19.

多层轻钢结构框架设计 篇8

关键词：轻钢结构住宅,结构体系,住宅

我国在19世纪20年代以前,多层住宅的结构体系多为砖混结构,其承重墙体一般采用实心粘土砖,由于粘土砖的生产不仅能耗高、污染大,而且毁田严重,浪费耕地。为保护宝贵的土地资源,国务院办公厅要求,全国的直辖市、沿海城市、土地资源稀少地区的大中城市在2003年6月30日以前禁止使用实心粘土砖。如是大家面临一个问题:多层住宅结构采用什么材料来建造是最有前途?随着改革开放和现代化建设的飞速发展,我国的钢产量已跃居世界第一。钢的质量也有很大的提高,全面推广钢结构建筑与住宅的条件已经成熟,为此,国家建设部在修订我国“建筑业在推广应用10项新技术中”首次列入轻钢结构新技术,已把轻钢结构房屋作为一种绿色环保建筑列为全国重点推广应用项目,可以预计在不远的将来钢结构住宅在住宅产业化进程中将起到举足轻重的作用。

1 轻钢结构住宅体系的概念及特点

1.1 轻钢结构住宅体系的概念

轻钢结构住宅是以经济钢型材构件作为承重骨架,以轻型墙体材料作为围护结构所构成的居住类建筑。经济钢型材构件包括冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件;轻质墙体材料包括压型钢板及其组合板材、PC板、蒸压轻质加气混凝土板(ALC板)及稻草板等重量轻、保温防火隔热性能好、防水和耐久性能好的轻质材料。

1.2 轻钢结构住宅体系的特点

与传统的住宅结构相比,轻钢结构住宅有自身的优点和缺点,其优点主要有:1)建筑空间布置灵活,能很好地满足住户对建筑功能的要求。2)轻钢材料强度高,质量轻,塑性和韧性性能好,抗震性能十分突出。在实现梁的大跨度,高层建筑物、地震地区特别是高烈度地震地区的建筑建造中,这是一项很重要的优点。3)制作安全方便,施工周期短。轻钢结构可在工厂预制、裁剪、钻孔及组装,在工厂预制好后,才送往施工工地,这样,施工质量较易控制。在工地只要将一些部件用螺栓、铆钉锁紧或焊接,即可完成组装工作,避免了混凝土的湿作业,及混凝土结构的搭模拆模的繁琐工序,从而缩短了施工周期。4)轻钢结构是环保型的建筑结构。轻钢结构可回收利用,回收率高,轻钢结构建筑在生产和使用过程中不会或者很少产生二氧化碳,而砖石及混凝土结构在材料的制造和施工过程中会产生大量的二氧化碳。因此,轻钢结构符合国家环保和可持续发展的要求。其缺点主要有:首先,轻钢结构防火性能较差。轻钢结构在高温时强度会降低,因此必须作防火覆盖构造处理,而砖石及混凝土本身就是难燃烧材料。其次,轻钢结构的维护费用较高。轻钢结构住宅长期暴露在大气中容易锈蚀,需用油漆定期保养,而砖石及混凝土房屋则不需保养。其三,设计和施工的技术要求较高。

2 钢结构住宅的主要结构体系

我国常用的轻钢结构体系有:纯框架结构体系、框架-中心支撑体系、框架-偏心支撑体系、钢框架-混凝土剪力墙结构体系、交错桁架体系、钢框架-核心筒体系等。

2.1 纯框架结构体系

纯框架结构体系是钢结构住宅的基本体系,不设置柱间竖向支撑,可以采用较大的柱距和获得较大的使用空间,结构自振周期长,对地震作用不敏感,有很好的延性。但该体系的梁柱采用钢梁、钢柱,由于钢柱截面一般较混凝土的小,且多为H型截面,所以其抗侧移刚度要小得多,是一种典型的柔性结构体系,在水平荷载作用下,由于侧向刚度小,导致侧向位移大,易引起非结构构件的破坏,,如果建筑太高也很难满足层间位移比的要求,因此不宜建的太高,在地震区一般不超过15层。

2.2 框架-中心支撑结构体系

在框架结构体系中设置斜向支撑构件就形成了框架-支撑体系。当斜向支撑构件的两端均位于梁柱相交处,或一端位于梁柱相交处,另一端在另一支撑于梁相交处同梁相连,则构成了框架-中心支撑体系。与框架体系相比,框架-中心支撑体系在弹性变形阶段具有较大的刚度,很容易满足规范对结构物层间位移的限值要求。但这种结构体系在强震作用下,支撑中的受压杆件易受压屈曲,导致整个结构体系的承载力下降,并引起较大的侧向变形。

2.3 框架-偏心支撑体系

偏心支撑框架体系的特点是支撑连接位置偏离梁柱节点,每根斜杆应至少一端与框架梁相连,在梁端或梁的跨中形成一段短梁,称为耗能梁段。偏心支撑框架体系是近20年来发展起来的抗震结构。耗能梁段是偏心支撑钢框架塑性变形的的唯一构件,因此,在这种结构体系中设计的关键在于耗能梁段的设计,包括:支撑形状、耗能梁段长度和耗能梁段的截面特性等。耗能梁段在正常使用或小震情况下保持在弹性变形阶段,而在强震作用下,通过其非弹性变形,在其中产生塑性铰耗能。据有关资料表明[1],由于偏心支撑具有非常有效的控制变形能力,使得偏心支撑框架比纯框架节省钢材25%～30%,比中心支撑框架节省钢材18%～20%。

以上所述的三种结构体系是多层钢结构住宅建筑中最常用的最基本的结构体系,其它体系这里不再赘述。

3 轻钢结构住宅体系的国内外发展现状

在美国、日本、意大利、澳大利亚等国家和地区,早已把钢结构用于住宅,轻钢结构建筑则是一种常见的结构体系。在美国普通的低层民用住宅中,采用轻钢结构,特别是采用镀锌轻钢龙骨作为承重结构体系应用于住宅建造所占的比例[2],从20世纪90年代初的5%已发展到现在的25%左右,且技术已经成熟完善。如:日本积水房屋株式会社开发的B型体系;意大利钢铁公司与热那亚大学合作研究的BASIS工业化建筑体系等。瑞典是当今世界上最大的轻钢结构住宅制造国,它们的轻钢结构住宅预制构件达95%,欧洲各国都到瑞典去定制住宅,通过集装箱发运。

我国的轻钢住宅的研究和应用起于20世纪90年代末[2],目前还处于研究和试点工程阶段。2000年初建设部组织轻钢结构住宅方面研究课题的立项申报工作,各省市自治区建委联合开发、科研和施工等单位进行了申报,根据全国各地的申报,选出19项轻钢结构体系科技项目作为攻关项目,现已取得了部分成果。近年来[3]由同济大学、大通公司与宝钢冶金设计院、上海天艺公司等合作开发的低层、多层钢结构住宅已有200多栋,都是利用的高频焊接薄壁H型钢。目前全国各地进行了大量的试点项目,如:2000年9月由宝钢冶金设计院设计的新疆库尔勒的一栋8层错列桁架体系钢框架住宅楼;北京西三旗水电宿舍6层H型钢2剪力墙结构体系住宅楼;涿州中铁金属结构总厂4层纯钢框架轻钢住宅试验楼;江阴京江轻钢房屋公司5层钢框架轻钢住宅试验楼;清华大学大石桥学生5号公寓,该公寓为7层框架-支撑结构体系。还有上海福中高层钢结构住宅楼及大通公司和武汉城开房产合作开发的5层住宅等。

4 轻钢结构住宅体系的发展存在的问题及解决办法

多层轻钢结构住宅是一种极具发展前途的建筑形式,正在成为住宅产业发展的热点。然而作者认为以下问题有待解决。

1)专门针对轻钢结构住宅的有关技术规范和标准还不完善,这是影响轻钢结构住宅在我国发展的一个重要因素,因此,有关轻钢结构住宅的各种技术问题有待进一步解决。这些热点问题包括:①轻钢住宅典型连接节点及其抗震性能研究;②轻钢住宅中围护结构及隔断体系研究与开发;③轻钢住宅中防火、防腐和保温技术研究;④轻钢住宅中楼盖体系的研究与开发;⑤轻钢住宅的合理有效承重结构体系研究;⑥钢结构住宅体系的工业化研究等。

2)目前国产建筑用钢材在质量和技术上还存在一些问题:①厚板的可焊性差,16 mm厚板焊接时往往出现层状撕裂;②高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决,不能满足轻型房屋钢结构的需要;③型材品种规格还不能满足建筑要求,H型钢的规格不多;④目前国产钢结构用钢主要是Q235,建筑用高强度低合金钢品种太少,Q390钢材在实际工程中尚未见采用等。因此,提高国产建筑用钢材的质量和开发新产品是发展轻钢结构住宅的一个关键问题。

3)造价问题是影响目前钢结构住宅发展的一个重要原因,就因此还应该深入研究一些优化设计措施来降低结构的用钢量,进一步降低工程造价。

4)缺乏一批高素质的轻钢结构的科技人才和工程技术人员,这也都影响钢结构住宅的发展。由于国内无论中等或是高等专业学校的教学内容中均未涉及轻钢结构住宅体系,因此我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知之甚少,因此,应就将这种技术体系纳入专业学校的教学内容中,并对在职工程技术人员和技术工人进行培训,企业和社会的建筑科研院所也应投入力量进行深入研究和开发,使这一体系在我国日臻完善。

5 结语

尽管轻钢结构体系在我国推广目前还面临不少问题,但随着我国经济的不断发展、科技的进步和工程经验的不断积累,这些问题都可在实践中不断得到解决,轻钢结构建筑技术的应用前景将十分广阔。

参考文献

[1] 彭靖云,史三元.多层轻钢结构住宅体系设计[J].河北建筑科技学院学报,2003,20(1) :49-51

[2] 吴广珊,华兰,等.多层轻钢结构住宅体系及其应用与发展[J].海应用技术学院学报,2003,3(4) :221-230

[3] 杨立国,闫月梅.轻钢建筑的结构体系及其节点型式探讨[J].建筑技术开发,2005,32(3) :48-50

多层轻钢结构框架设计 篇9

1 材料及技术准备

制造新型轻钢龙骨构件的钢材材质:用于该建筑承重结构的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板,采用GB/T 1700—1988《碳素结构钢》规定的Q235和GB/T 1591—1994《低合金高强度结构钢》规定的Q345钢材,承重结构的冷弯薄壁型钢的钢带或钢板的镀锌标准符合GB/T 2518—2004《连续热镀锌薄钢板和钢带》的规定;新型轻钢龙骨建筑所使用的连接件包括自攻螺钉、射钉、抽芯铆钉、普通螺栓和地脚螺栓等。在开始钢框架组装前,准备好切割与开孔机具、弯曲工具及紧固工具等合适的机具。

工艺按GB 50205—2001《钢结构工程施工及验收规范》、JGJ 81—2002《建筑钢结构焊接规程》及施工图编制,控制钢结构工程施工、制作工艺方法、加工安装设备和工艺装备,对构造复杂、要求精度高的结构进行必要的工艺试验。

2 住宅体系的制作安装

2.1 轻钢结构的现场制作

轻钢龙骨结构体系中所用的龙骨由镀锌冷弯高频焊接的轻型薄壁中空方管(矩型管)和三角形专用连接件构成,连接件沿钢管长度方向每隔一段距离连续布置。

梁(桁架梁)与单片钢桁架的结构相似,由2根中空矩形钢管与连续的专用连接件构成,即连接件沿钢管长度方向每隔一段距离连续布置(见图1)。桁架梁钢管的截面尺寸有40 mm×40 mm、40 mm×60 mm、40 mm×80 mm 3种,梁高为240～360 mm。

墙体由小型桥架(钢桁架)用自攻螺钉与导轨连接,钢桁架沿导轨长度方向每隔一段距离连续布置。该结构建筑墙体根据其位置可分外墙、内墙2大类;根据其是否承受外载,又可分承重墙和非承重墙2类。该结构建筑外墙做法为墙骨架加结构板材,填充隔热材料,内墙为墙骨架加石膏板或硅胶板;承重墙的外侧覆有结构板材和支撑,非承重墙外侧一般不需设置支撑。

楼板形式采用压型钢板———现浇钢筋混凝土组合楼板。通过栓钉将压型钢板固定在钢梁上,作为永久性模板,同时考虑压型钢板参与部分楼板受力。现浇混凝土层采用轻骨料混凝土,厚度为50～80 mm。

2.2 轻钢住宅现场安装

轻钢结构住宅安装方式有2种,一种是完全现场安装;另一种是部分工厂组装及部分现场安装。

(1)基础施工。对于多层住宅而言,基础形式一般为钢筋混凝土条形基础,采用地脚螺栓与轻钢骨架连接,地脚螺栓的直径不宜小于12 mm,螺杆下部带弯钩,螺杆在混凝土基础中埋置深度不得小于38 mm,在基础中平直部分的长度不得小于20mm。基础工程完成以后,在基础和钢结构的沿地龙骨之间先做好隔潮垫层,即先用2 mm的珍珠棉,然后铺设18 mm厚的OSB板或其它木质衬垫,以缓冲钢构件与混凝土的硬接触[3]。

(2)轻钢框架的安装。墙体骨架内的所有承重立柱,包括主要立柱和支撑立柱都应安装在龙骨体系内,立柱顶端与沿天、沿地龙骨腹板之间的最大间隙不能超过0.3 mm,立柱间距一般以400 mm为宜,立柱和轨骨之间用不短于14 mm的自攻螺丝连接。墙体转角处及门侧边一般需用龙骨做1个与墙体等宽的暗柱,墙体在直线长度大于20 m时,每10 m用100 mm宽、厚度不小于0.9 mm镀锌铁皮加大剪刀撑,剪刀撑处要设加劲地脚螺栓。龙骨骨架拼装可以在平面安装好后再安装就位,也可以直接立体拼装。墙体完成后的垂直度允许偏差3 mm,平整度允许偏差3 mm,轴线位移小于2 mm。连梁一般以6～8 m的固定长度运至现场,并在现场根据需要截断。这种体系对每幢住宅都需要详尽的设计,以便龙骨按正确的尺寸下料并就位。框架拼装好后,安装防风板、隔热层、隔潮层以及内层墙板。

在低层新型轻钢龙骨结构建筑中,在洞口处过梁的两端各设1片柱就能使方柱满足承载力的要求。通过计算发现,在多层建筑中,上述的做法若不能满足要求,可采取以下方法(见图2、图3)提高过梁处片柱的承载力。

(3)楼板和屋盖的安装。楼板安装方式为:楼面梁垂直搁置在下面的柱上,最大偏差不超过20 mm。在水平向龙骨全部铺设完毕后,开始在龙骨上铺设压型钢板,其铺设方向为垂直于楼面龙骨或次梁,短向相互间采用搭接,长向保证接头位置在梁或墙上。钢板铺设完毕后,用自攻螺丝与龙骨或梁固定,螺丝间距不大于600 mm,栓钉应与墙或梁结合牢固。在压型钢板上现浇轻质混凝土,浇注厚度一般为从最凹处起50～80mm。在楼面混凝土施工时,应同时预埋下层墙体所需的预埋螺栓和加劲螺栓。

在新型轻钢龙骨结构体系中,屋盖系统由屋架、结构面板、防水层、轻型屋面瓦(金属瓦或沥青瓦)组成[4]。屋面施工仍采用轻钢龙骨做屋架,屋架形式与木结构屋架的形式基本相同,由于其结构较轻,龙骨之间的连接较简单,操作更加方便,可按设计要求做成各种形式。屋面坡度一般采用1∶3或1∶4,屋架的间距以40 mm为宜。屋架上每隔60 mm横铺1条檩条,然后铺设屋面板。屋面板铺设之前,最好先铺设1层成品铝箔纸,用于阻挡紫外线并起到隔热作用,铝箔纸相互之间用铝箔胶带纸粘贴。檩条与屋架之间直接用螺丝固定,屋面板和檩条间通过压固件用螺丝固定,屋面板间相互叠压,屋脊和分水脊处用“人”形脊瓦。屋架或屋面梁应垂直支撑在下面的柱上,最小搁置长度为40 mm,屋架构件与柱形心的偏差小于20 mm。

3 结语

轻钢结构商品住宅在我国还处在发展阶段,设计和施工中还有许多问题需要进一步研究和完善。而新型轻钢龙骨结构建筑比一般的钢结构建筑在施工方面又具有特殊的优势:(1)新型轻钢龙骨建筑很高的强度与质量性能比,基础处理形式简单;(2)新型轻钢龙骨结构建筑的构件全部工厂预制,提高了施工速度,相比传统建筑,建房时间可缩短3/4。

住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路,与国外先进水平相比,我国轻钢结构在设计、施工技术上还存在着相当大的差距。随着对轻钢结构研究的深入和经验的积累,轻钢结构住宅在我国必将具有更为广阔的发展和应用前景。

摘要：多层轻钢结构住宅是一种全新的住宅结构形式,目前国内还没有成熟的相关技术资料。针对“无比”钢结构的这种特殊性,从材料及技术准备、住宅体系的制作安装等方面介绍了该种结构多层住宅的施工技术,为类似工程的研究提供参考。

关键词：轻钢结构,多层住宅,施工

参考文献

[1]赵欣.芬兰和英国的产业化钢结构住宅[J].建筑钢结构进展,2003,5(4):29-36.

[2]李登满.冷弯薄壁型无比钢建筑体系[J].建设科技,2005(18):46-47.

[3]陆国威,陈坚.新型轻钢龙骨结构多层住宅的施工技术研究[J].国外建材科技,2005,26(6):47-49.

多层轻钢结构框架设计 篇10

框架结构以房间布置灵活、抗震性能好等优点, 一直广泛应用多高层建筑中, 笔者最近完成了一幢4层的小学教学楼结构设计 (见图1) , 并在现场一直配合主体结构施工完成, 现结合本工程, 就框架结构钢筋设计如何优化, 如何更好地方便施工等方面进行探讨和分析。

2 合理应用抗震钢筋

为提高框架结构房屋抗震性能, 规范要求采用延性好的抗震钢筋, 目前多数设计图纸说明中仅要求了钢筋的性能指标, 未明确带“E”, 并且抗震钢筋具体应用在哪个部位也未明确。

根据《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) [1]第3.9.2.2条要求, 对按一、二、三级抗震等级设计的框架梁、柱和斜撑 (梯段) 中纵向受力普通钢筋应符合抗震钢筋性能要求, 应采用牌号带“E”的高强带肋钢筋。施工中可将牌号带“E”的钢筋作为普通钢筋使用, 但不允许普通钢筋按常规方法检验后当作抗震钢筋使用。

3 明确钢筋锚固做法, 确保施工满足规范要求

3.1 框架柱纵筋在基础中锚固长度及做法应明确

根据《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007—2011) [2]第8.2.2条明确规定, 钢筋混凝土柱和剪力墙纵向受力钢筋在基础中的锚固长度Lae应满足《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》的规定, 并且要保证直锚段的长度大于20d, 弯折段长度不应小于150mm。比如, 对于抗震等级为二级的直径为25mm的HRB500级钢筋, C40混凝土基础, 框架柱的锚固长度Lae应为 (41d, d为钢筋直径) 1025mm, 但是, 一般软件中给出的钢筋水平弯折段长度为220mm, 基础高度一般为600mm, 如果设计图纸不明确锚固长度或做法, 施工单位按照图纸施工, 柱纵筋实际锚固长度为 (600+220) =820mm, 将会存在很大的安全隐患。因此, 建议设计人应引起足够重视, 应在设计图中明确柱纵筋的锚固长度或明确选用11G101-2图集的相应做法。

如果现场施工过程中发现框架柱纵筋在基础中的锚固不够时, 一般有以下两种处理方式。

1) 重新加工钢筋。这种方式很容易造成钢筋浪费, 在数量少的情况下可以采用, 并且在这种情况下, 也应保证柱纵筋的最小直锚段长度不应小于20d。

2) 增加基础每台的高度或基础台阶数。采取这种方式的目的就是直接增加柱纵筋在基础中的垂直段锚固长度, 在垂直段长度满足直锚的前提下, 弯钩长度仅需大于150mm即可。

3.2 楼板边支座上部钢筋竖钩长度应明确

楼板支座上部钢筋的竖钩长度在跨中和边支座是不同的, 根据11G101-1图集的规定, 楼板边支座的上部钢筋竖钩长度应为15d, 中间支座上部钢筋的竖钩长度为楼板厚度减去上下保护层厚度, 如果在图纸中不明确指出或选用相应图集构造大样, 多数施工单位的钢筋工下料时, 楼板的上部钢筋竖钩长度都取一样的, 这是不对的, 这个问题在现场非常普遍, 而监理或质检单位很难发现这个问题。

4 梁柱纵筋宜采用机械连接

目前, 机械连接已经是一种比较成熟的施工工艺, 从施工规范要求, 到工人的操作方式, 都比较正规, 而焊接虽然具有施工方便、施工速度快等优点, 但是, 焊接存在很多问题, 比如:

1) 焊工必须有焊工证, 必须在现场通过焊接考试;

2) 焊接时, 电焊机的电源线会到处移动, 容易造成用电安全隐患;

3) 焊接质量不容易控制, 人为因素大;

4) 焊接时容易造成局部钢筋温度过高, 造成钢筋材质发生边变化等不良后果。

综上所述, 建议设计图纸中应明确直径≥16mm的钢筋连接宜采用机械连接, 连接等级一般为Ⅱ级, 施工工艺一般为滚轧剥肋直螺纹,

5 加大设计优化, 减少梁柱纵筋直径规格

现在结构设计软件非常方便, 在正确输入各项参数后, 基本可以直接输出梁柱配筋图, 设计人员可以直接出图用于施工, 软件设计非常人性化, 很多参数都是开放式, 设计人都可以人为修改, 因此可以根据实际需要进行优化调整。按传统设计方式, 一般纵筋直径都是在12~25mm之间由软件自动选取, 那么每根梁的纵筋种类都在3种左右, 多的可以达到4种, 在这种情况下, 看起来很经济、合理, 但通过在现场配合施工, 笔者发现梁的钢筋规格多, 存在很多弊端, 包括以下几方面。

1) 采购价格高。小直径的钢筋价钱不一定便宜, 如目前市场上直径12mm和14mm的HRB400级钢筋价格为3610元/t, 直径18~25mm的HRB400级钢筋价格为3530元/t。

2) 送检费用高。每种规格, 无论每批次是否达到50t, 都要送检, 相应的钢筋连接套筒也是存在同样问题, 送检费用高。

3) 加工麻烦。钢筋种类多, 容易引起使用混乱现象。

4) 采用小直径钢筋, 很容易造成钢筋根数多, 排列太密, 混凝土无法浇筑, 虽然现在可以并筋, 但是, 并筋时强度是有折减的, 比如, 两根20mm钢筋并筋, 它们的有效直径为28.3mm。

如果设计人在钢筋设计时, 将钢筋种类限制在3种以内, 比如14mm, 20mm, 25mm, 那么, 梁柱的配筋种类将大大减少, 而钢筋总量并未增加太多, 笔者对某一层梁配筋进行了对比, 如表1所示。

从表1中可以看出, 同一层梁配筋, 选用3种规格的梁钢筋用量, 仅比选用种类较多的钢筋用量增加5.6%, 用量变化不大, 综合钢筋采购、加工、送检、施工费用后, 造价基本没有任何增加, 所以, 建议钢筋设计选用大直径、规格少的方式。

6 应注意冷轧带肋钢筋经机械调直截断后的强度影响

冷轧带肋钢筋由于其强度高, 经济性好, 广泛应用于楼板等结构, 但是, 经过现场实践证明, 冷轧带肋钢筋是以圆盘形式运输, 在现场使用前需要进行调直截断或调直拉长, 在调直过程中, 由于机械原因, 冷轧带肋钢筋的肋容易被磨掉, 这样影响了冷轧带肋钢筋与混凝土的握裹力, 与计算假定不相符。《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》 (JGJ95—2011) 第7.2.1条规定经调直机调直的钢筋, 表面不得有明显擦伤。所以, 建议设计中应注意冷轧带肋钢筋经机械调直截断后的强度影响。

7 结语

以上几个问题, 是现场经常容易出现的, 其余问题笔者不再一一列举, 希望这几个问题, 能从设计源头进行根除, 确保设计本质安全, 确保结构施工满足规范要求, 不给结构留下任何安全隐患。

参考文献

[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].