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業(yè)務(wù)范圍
高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系研究
發(fā)布時間:2014-07-15
摘要:隨著建筑業(yè)的發(fā)展進步,鋼材因為具有易加工、延性好、廢料可回收和強度高等特點而被廣泛運用。鋼結(jié)構(gòu)是材料為鋼材的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式,進行高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的研究對提高建筑質(zhì)量、促進建筑業(yè)發(fā)展具有重要意義。本文首先對高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的特點做了分析,在此基礎(chǔ)上,對于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系中的鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系、交錯桁架住宅結(jié)構(gòu)體系、鋼框架核心筒住宅結(jié)構(gòu)體系和高層鋼結(jié)構(gòu)住宅維護體系做了研究。 關(guān)鍵詞:高層鋼結(jié)構(gòu) 住宅結(jié)構(gòu) 鋼框架 交錯桁架 維護體系
1、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的特點
和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較,高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系具有如下特點:首先具有優(yōu)越的抗震性能和較高的承載強度。相同大小的荷載作用時,高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有最小的截面,而截面大小相同時,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件能承受最大的承載力。在一些抗震設(shè)防地區(qū),鋼結(jié)構(gòu)體系相比鋼筋混凝土體系具有延性好、強度高、塑性變形能力強、自重輕和耗能能力強等一些優(yōu)點,抗震性能也較為優(yōu)良,因此使得住宅的可靠安全性大大提高。其次,高層鋼結(jié)構(gòu)體系能夠進行功能區(qū)間的合理布置。傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)體系因為材料特點的限制,空間布置也受到了限制,而高強度的鋼材所做成的鋼結(jié)構(gòu)體系重量較輕,能夠形成復(fù)雜的大跨度結(jié)構(gòu),從而在施工中建筑師可以靈活的進行隔斷,使得住宅內(nèi)的空間布置較為自由。接著,鋼結(jié)構(gòu)體系的具有較大的有效使用面積。在相同柱距的前提下,鋼結(jié)構(gòu)住宅體系因為具有跨度大、剛度大、強度高等特點,梁柱截面的面積較小,因而在建筑總面積中鋼結(jié)構(gòu)體系所占用的面積較小,因此建筑的有效使用面積相應(yīng)增加。最后,鋼結(jié)構(gòu)具有較小的自重和較低的綜合造價。鋼結(jié)構(gòu)較小的重量使得吊裝和運輸費用大大降低,相應(yīng)的基礎(chǔ)負(fù)載也大大減少,從而使得工程造價中的基礎(chǔ)造價大幅度降低。鋼結(jié)構(gòu)同時具有較短的施工周期和較快的施工速度,使得模板費用和人工費等相應(yīng)減少。另外,鋼結(jié)構(gòu)住宅體系具有良好的節(jié)能效果,傳統(tǒng)的粘土磚被新型的標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)能預(yù)制墻板所替代,因此鋼結(jié)構(gòu)建筑具有較好的保溫性能。
2、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系分析
2.1 鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系
鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系是高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中最常見的一種,通常狀況下,梁柱的節(jié)點使用剛接,水平荷載和豎向荷載的承受通過梁柱受彎來實現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)純框架體系最為簡單,它除了具有較好的延性以外,抗震性能也是最強。鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系受力明確,能夠靈活使用,具有較快的施工速度和簡單的安裝制作程序,但是為了承受側(cè)向力,梁柱截面的面積一般較大。同時,鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系能夠靈活的進行平面布置,體系各部分的剛度較為均勻,結(jié)構(gòu)自重輕且不會有集中應(yīng)力產(chǎn)生,與其他形式的結(jié)構(gòu)也容易結(jié)合。另一方面,由于鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系中,梁和柱的組合是最主要的受力構(gòu)件,在水平荷載作用時,梁和柱子會產(chǎn)生彎矩和剪力,從而使得梁柱出現(xiàn)變形。對每一個樓層,柱子上端和下端的剪切與彎曲變形會導(dǎo)致與桿軸相垂直的位移,從而造成框架產(chǎn)生位移。因此框架抵抗側(cè)力的強弱由梁柱的剛度及受彎能力決定,應(yīng)該適當(dāng)增加梁柱的截面面積。但是如果梁柱的截面面積太大,會對住宅內(nèi)的活動空間和家具布置產(chǎn)生影響。同時節(jié)點應(yīng)該進行半剛接或者剛接,但這樣做會讓節(jié)點的構(gòu)造比較復(fù)雜,由于屬于單一的側(cè)力抵抗結(jié)構(gòu)體系,若發(fā)生地震,會造成較嚴(yán)重的破壞,1995年的日本阪神地震就能說明。
2.2 交錯桁架住宅結(jié)構(gòu)體系
在交錯桁架住宅結(jié)構(gòu)體系中,桁架之中的桿件所受力為軸力,能夠較為充分的進行材料性能的利用,從而節(jié)省鋼材。桁架結(jié)構(gòu)體系具有較多的腹桿,在住宅結(jié)構(gòu)中使用時會對室內(nèi)美觀和空間利用造成影響,所以需要巧妙利用,因此產(chǎn)生了交錯桁架住宅結(jié)構(gòu)體系。它由鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系演變而成,在力學(xué)特性和建筑功能上都由于鋼框架住宅結(jié)構(gòu)體系,一般由鋼桁架、平面、柱子和樓面板構(gòu)成。交錯桁架住宅結(jié)構(gòu)體系在建筑布置方面優(yōu)越性較大,在房屋周圍可以布置柱子,而中間沒有柱子,在相鄰柱子的上層和下層進行桁架的交錯布置,桁架的高度和層高相同。在桁架的上弦來擱置樓板的一端,相鄰桁架的下弦來布置樓板的另一端。因為中間沒有柱子,桁架布置在兩開間,所以此種結(jié)構(gòu)非常適合旅館和住宅單元的布置要求。交錯桁架結(jié)構(gòu)體系主要利用樓板來將水平力傳遞到桁架的斜腹桿,最終利用落地桁架的底層支撐或斜腹桿來講水平力傳到基礎(chǔ)。柱子一般承受軸力,作用在它上面的彎矩和剪力比較小。該體系是一種高效、實用和經(jīng)濟的的結(jié)構(gòu)體系,對于提高高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的抗震性能具有重大作用。
2.3 鋼框架核心筒住宅結(jié)構(gòu)體系
鋼框架核心筒住宅結(jié)構(gòu)體系是通過電梯間或衛(wèi)生間來形成混凝土核心筒,而且四周封閉,然后和熱軋H型鋼框架一起形成組合結(jié)構(gòu)。一般將小剛柱配置在筒體角部從而使得延性增加且安裝方便。此結(jié)構(gòu)核心筒具有較強的抗側(cè)移強度,受力分工明確,一般承受水平荷載。豎向荷載由鋼框架承擔(dān),如此能夠使得鋼結(jié)構(gòu)的截面尺寸大大減小。因為核心筒是現(xiàn)澆的,衛(wèi)生間具有較好的防水性能,能夠防止因為施工不當(dāng)而產(chǎn)生的滲水導(dǎo)致的鋼構(gòu)件銹蝕。核心筒住宅結(jié)構(gòu)通過滑膜來施工,施工速度快慢在混凝土結(jié)構(gòu)和純鋼結(jié)構(gòu)之間。鋼框架核心筒住宅結(jié)構(gòu)體系具有和鋼筋混凝土中的框剪體系類似的受力特點,在水平力作用時,混凝土的核心筒一般為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,在樓板協(xié)調(diào)變形之后,有較小的水平剪力通過鋼框架承受,混凝土核心筒在承受傾覆力矩的同時又將主要的水平剪力承擔(dān)。因為混凝土核心筒是彎曲性的變形曲線,而鋼框架的為剪切型,所以,在樓面協(xié)調(diào)變形之后,水平剪力在鋼框架的頂部大于下部。此類結(jié)構(gòu)體系在發(fā)生地震時,墻體會出現(xiàn)裂縫,側(cè)向剛度快速減小,使得鋼框架所承受的水平剪力和傾覆力矩大于彈性階段。因此在設(shè)計過程中,要將鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)在彈性階段的水平剪力增加。
2.4 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅維護體系
高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)維護體系中,墻體材料一般用于解決防火、隔熱、隔聲、防滲漏等問題,如今使用的墻體材料一般采用加氣輕質(zhì)混凝土砌塊。為了發(fā)揮高層鋼結(jié)構(gòu)住宅維護體系的優(yōu)點,使得結(jié)構(gòu)自重減輕,外墻體主要使用復(fù)合輕質(zhì)墻板,通過外掛式來連接梁柱,如果住宅在六層以下,那么也能采用加氣內(nèi)嵌式混凝土砌塊。外墻板具有較為復(fù)雜的功能,需要具有隔熱、隔聲、防火、防水、強度高、美化和保溫作用,一般分為不承重、承自重和承重三種。在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系中,一般使用不承重結(jié)構(gòu)。內(nèi)墻板根據(jù)作用有戶內(nèi)隔墻和分戶墻兩種,分戶墻相比戶內(nèi)隔墻具有較好的防盜、抗沖和隔音功能。內(nèi)墻材料主要用加氣混凝土砌塊,纖維石膏板、紙面石膏板和紙面稻草板也有時采用。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅維護結(jié)構(gòu)體系的受力包括豎向板的自重和風(fēng)振作用所產(chǎn)生的水平力。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,高層鋼結(jié)構(gòu)的特點是水平力作用時,水平變形較大,因此維護結(jié)構(gòu)所使用的材料應(yīng)該具有足夠的變形能力和抵抗荷載強度。在作用有風(fēng)荷載時 ,門窗洞口處的結(jié)構(gòu)維護是處理的重點,如果處理不好會導(dǎo)致滲漏和開裂,因此洞口板的維護應(yīng)該要特別注意。
3、結(jié)語
住宅結(jié)構(gòu)的建設(shè)時國民經(jīng)濟進步和人民日常生活的需要,高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的使用,對于促進住宅建設(shè)、滿足人們對住宅品質(zhì)和住宅數(shù)量的需要、降低土地資源的浪費以及促進建筑行業(yè)在未來的可持續(xù)發(fā)展意義重大。本文在對高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的特點進行研究的基礎(chǔ)上,主要闡述了四種高層鋼結(jié)構(gòu)體系。
參考文獻
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