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钢结构住宅结构体系

发布时间:2018/6/19 10:31:01

目前应用较多的钢结构住宅结构体系有:钢框架结构体系、钢框架剪力墙结构体系、钢框架支撑结构体系、钢框架核心筒结构体系、轻钢龙骨住宅体系。

1. 钢框架体系

框架体系的主要受力构件是框架梁和框架柱,它们共同作用抵抗竖向和水平荷载;框架梁有I型、H型和箱型梁等种类,框架柱有H型、空心圆钢管或方钢管柱、方钢管混凝土柱等种类。该体系在建筑体系中技术成熟,使用多,一般应用于6层及以下的低层、多层建筑和抗震设防烈度相对较低的地区,国外1-3层住宅也多采用此形式。

钢结构框架体系的优点包括:

1)梁柱截面小而跨度大,平面布置灵活,可组成较大开间;2)自重轻,延性好,刚度均匀,抗震性能良好;3)设计简单,受力和传力体系明确;4)杆件形状规则,制造和安装都很简单,施工速度快。

钢结构框架体系的缺点包括:

1)纯框架结构缺少侧向支撑,结构的侧向刚度较小,侧向力作用下的水平位移较大;2)节点采用刚接或半刚接,震时会产生较大应力集中而导致结构破坏。

2. 钢框架—剪力墙结构体系

钢框架-剪力墙结构体系是以框架为基础,为增强建筑的侧向刚度,防止侧向位移过大,沿其柱网的两个方向布置一定数量的剪力墙的结构体系。由于剪力墙体抗震性能较好,钢框架剪力墙结构体系多适用于7~18层的小高层及高层住宅和地震区多高层钢结构住宅。

在钢框架-剪力墙结构中,钢框架承担全部的竖向荷载,而钢框架和剪力墙协同承担由水平荷载引起的水平剪力,由于剪力墙的抗侧刚度较强,因而采用此种结构体系在多高层建筑中具有很大优势。常见的剪力墙体系有现浇钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙、预制剪力墙和内藏钢板支撑剪力墙等。

钢框架-剪力墙结构体系的优点包括:

1)钢柱的截面尺寸较小,用钢量少,成本较低;2)侧向刚度较大,整体稳定性较好;3)结构分析简单,传力路径明确;4)剪力墙的防火耐火性好,可提高结构的抗火性能。

钢框架-剪力墙结构体系的缺点包括:

1)当遇到高烈度地震时,框架与剪力墙的节点处易产生应力集中,造成墙体局部破坏;2)现绕混凝土剪力墙为现场湿作业,施工周期较长,且受天气的影响较大。

3. 钢框架-支撑结构体系

钢框架-支撑结构体系,是在框架体系的部分框架柱之间设置横向型钢支撑,形成支撑框架的结构体系。其中的钢框架主要承受竖向荷载,钢支撑则承担水平荷载,形成双重抗侧力的结构体系,多适用于高层钢结构住宅。

钢支撑可采用角钢、槽钢和圆钢等,主要用途是增加结构的抗侧刚度;支撑体系包括人字型、十字交叉等中心支撑形式和门架式、单斜杆式、V形和倒Y形等偏心支撑形式;支撑结构一般布置在外墙、分户墙、楼梯间和卫生间的墙上,可根据需要在一跨布置或多跨布置。

钢框架-支撑体系的优点包括:

1)支撑的设置提高了梁、框架和压轩的承载稳定性;2)结构侧向刚度较大,有效地减小了梁柱的截面积,节约钢材和成本;3)体系采用全钢构件,便于工厂化加工生产。

钢框架-支撑体系的缺点包括:

1)节点为梁、柱和钢支撑三种构件的连接,构造复杂;2)传力路线较长,抗侧效果较差;3)支撑常常影响洞口的位置设置,降低了建筑布局的灵活性;4)在钢支撑处无法采用墙板,只能采用砌筑方式。

4. 钢框架-核心筒结构体系

钢框架-核心筒结构体系是以钢框架为基础,近中心部位通过现浇混凝土墙体或密排框架柱围成封闭核心筒的结构体系。该体系中框架和筒体为铰接,钢框架承担全部竖向荷载,核心筒则承担全部水平荷载,筒体结构一般布置在卫生间或楼电梯间位置。

由于综合受力性能好,钢框架-核心筒体系目前在我国应用极为广泛,特别适合于地基土质较差地区和地震区,新建的高层和超高层建筑几乎都釆用了钢框架-核心筒体系。

钢框架核心筒结构体系的优点包括:

1)节约钢材,造价较低;2)结构各部分受力分工明确,核心筒抗侧移刚度极强;3)—般将框架柱布置在阳台和转角部位,不占用住宅的布置空间,且装修方便;4)核心筒为现浇施工方法使得卫生间具有良好的防水性能;除筒体部分为现浇外,其余构件均可以工厂化生产,缩短工期达30%~40%。

钢框架-核心筒结构体系的缺点包括:

1)钢框架与核心筒的刚度差别大,核心筒承担约九成的水平力,强震作用下的钢筋混凝土核心筒很容易破坏;2)筒体的连接构造复杂,施工技术要求水平较高;3)混凝土现场作业量很大。

5. 轻钢龙骨住宅体系

轻钢龙骨结构体系多直接采用北美地区的成套技术,在国外中低层住宅和别墅中应用较多。该结构由北美传统木结构房屋衍变而来,一般应用于2~3层的低层钢结构住宅和别墅。制作轻钢龙骨的材料一般分为两类:一类是冷弯薄壁型钢,一般由双C或四C槽钢构成梁柱,自重约为普通钢结构的33%~50%,另一类是热乳型钢,一般是间距在1.2m~2.0m的轧制矩形钢或H型钢制成钢柱,H型钢制成钢梁。轻钢龙骨的截面形状主要分为C型槽钢和C型立龙骨两类,宽度根据结构部位不同、荷载不同或者构件需要不同而变,一般为60~360mm不等。轻钢龙骨结构体系的外墙和楼板,均采用经过防腐处理的高强冷弯或冷轧镀锌钢板制作。

轻钢龙骨结构体系的荷载传递方式为:

柱子与竖向龙骨和支撑、隔板组成受力墙,竖向荷载通过楼面梁传至受力墙的龙骨,再由柱子传至基础,水平荷载则由楼板传经承重墙再传至基础。

轻钢龙骨结构体系的优点:

1)构件实现工厂化生产,机械化程度高,施工周期短;2)承重构件梁和柱可以隐藏到墙体内部,装修美观;3)自重非常轻,仅为砖混结构的1/6~1/4;4)地基、基础的设计、构造和处理简单。

轻钢龙骨结构体系的缺点:

1)梁柱节点为铰接,整体的抗侧刚度较小;2)成本较高;3)冷弯型钢品种较少,目前国内该体系的工程经验不足。

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