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鋼結構在建筑中的應用
1平面布置和結構選型
鋼結構適合于平面布置基本規正、勻稱、凹凸變化較少的建筑平面,不適宜軸線錯開較多,形心和質心距離較大和易于產生較大扭轉的住宅平面。
鋼結構住宅設計需要對風荷載和地震荷載作用下的水平位移進行控制,因此,抗側力結構的考慮是非常重要。在住宅結構設計中常常把樓梯間、電梯間墻體設計為抗側力結構。如果位移仍然不能控制在允許值范圍內時,可以把單元之間的分戶墻或廚房、衛生間的部分墻體(不動墻)也做為抗側力結構。
2 變形限值的討論
抗側力結構可以是鋼結構,也可以是鋼筋混凝土結構。當采用鋼桁架作為抗側力結構組成純鋼結構時,規范規定:在風力作用下,層間位移1/400,頂點位移1/500;在地震作用下,層間位移1/250,頂點位移1/300。因此,采用鋼桁架作抗側力結構可能造成用鋼指標有較大提高,從而增加造價。
若按鋼結構限值1/300控制結構整體剛度,在地震中待鋼結構參加工作時,鋼筋混凝土剪力墻己經產生了結構破壞,這種考慮不夠。
若按鋼筋混凝土剪力墻限值1/800控制結構整體剛度時,鋼梁、鋼柱截面會因地震力加大而大幅度增加。
3 層數和層高的確定
任何一種結構形式都有它的適用范圍、建造高度。鋼結構正是在高層、超高層建筑中具有獨到的優勢,高層住宅由于地震設防,梁、柱斷面雖然與同條件鋼筋混凝土梁、柱相比要小的多,但在尋常百姓家的居室中,梁柱的存在仍然是十分尷尬的事。相比之下,我們認為鋼結構用于多層和“小高層”,是具備一定優勢的。
4柱網確定和柱斷面型式的選擇
柱網的確定一般根據乎面分割情況,結合梁的位置和截面高度,以及鋼梁的隱蔽方法來決定。外墻處的柱距是柱網確定的關鍵,把沿外墻鋼梁和外墻窗上皮的高度關系處理好,柱網也就基本確定了。
鋼柱的截面型式大體分為三種:圓管柱、方管(箱形)柱和H型鋼柱。其中,管柱內澆注混凝土,形成鋼管混凝土柱,承載力比鋼筋混凝土柱大幅度提高,因此用鋼量較省。在節點構造作法上,方管柱構造簡單合理。但是,管柱在與鋼梁連接上下翼緣部位,須加橫隔板以形成貫通式節點,這一要求增加了加工難度,因而也提高了工程造價。H型鋼柱,當外包鋼筋混凝土時形成鋼骨混凝土柱。H型鋼柱加工和施工都比較方便,但鋼柱用鋼量較多。
5鋼結構的節點構造
節點構造直接影響鋼材用量,在試點住宅中集中力量解決了兩個部位的節點做法。
(1)柱腳生根部位
試點工程地下層結構按鋼筋混凝土框架—剪力墻結構考慮,柱腳位于地下室頂板標高處,柱腳與頂板預埋鋼板用高強螺栓連接。首層超市用鋼筋混凝土包柱按鋼骨混凝土框架—鋼筋混凝土剪力墻結構考慮,二層以上鋼框架—鋼筋混凝土剪力墻結構。
(2)鋼框架的鋼梁和鋼筋混凝土剪力墻 (核心筒)的連接
為了確保試點工程可靠,設計中沒有采用單純在剪力墻中預埋鋼板的連接方法,而是在剪力墻端部和核心筒拐角處自柱腳標高起,設置上下貫通的Ⅰ型芯柱,并且,在鋼梁高度處用鋼桁架作為芯柱與芯柱之間的橫向連接,以確保該部位節點的工作狀態和計算假定相吻合。
6結構體系選擇
(1)5-6層以下的,可采用框架體系或框架-支撐體系,6層以上的可采用框架支撐體系或框架-混凝土剪力墻(核心筒)體系。多層房屋大多采用雙重體系。
(2)框架柱有H型鋼柱,鋼管砼柱和鋼骨砼柱,后兩種為組合柱。在小高層中,組合柱比H型鋼柱省鋼。
(3)剪力墻比鋼支撐的延性低,在大震時延性低的地震力大,延性好的地震力小,從抗大震的性能來說,鋼支撐比砼剪力墻好。
(4)鋼框架-砼剪力墻體系屬混合結構,對它的抗震性能目前研究還不夠,未列入抗震規范,雖然現在應用較多,選用時應慎重。核心筒宜用小鋼柱加強,也有利于安裝