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钢结构在建筑中的应用
1平面布置和结构选型
钢结构适合于平面布置基本规正、匀称、凹凸变化较少的建筑平面,不适宜轴线错开较多,形心和质心距离较大和易于产生较大扭转的住宅平面。
钢结构住宅设计需要对风荷载和地震荷载作用下的水平位移进行控制,因此,抗侧力结构的考虑是非常重要。
在住宅结构设计中常常把楼梯间、电梯间墙体设计为抗侧力结构。
如果位移仍然不能控制在允许值范围内时,可以把单元之间的分户墙或厨房、卫生间的部分墙体(不动墙)也做为抗侧力结构。
2 变形限值的讨论
抗侧力结构可以是钢结构,也可以是钢筋混凝土结构。
当采用钢桁架作为抗侧力结构组成纯钢结构时,规范规定:在风力作用下,层间位移1/400,顶点位移1/500;在地震作用下,层间位移1/250,顶点位移1/300。
因此,采用钢桁架作抗侧力结构可能造成用钢指标有较大提高,从而增加造价。
若按钢结构限值1/300控制结构整体刚度,在地震中待钢结构参加工作时,钢筋混凝土剪力墙己经产生了结构破坏,这种考虑不够安全。
若按钢筋混凝土剪力墙限值1/800控制结构整体刚度时,钢梁、钢柱截面会因地震力加大而大幅度增加。
3 层数和层高的确定
任何一种结构形式都有它的适用范围、最佳建造高度。
钢结构正是在高层、超高层建筑中具有独到的优势,高层住宅由于地震设防,梁、柱断面虽然与同条件钢筋混凝土梁、柱相比要小的多,但在寻常百姓家的居室中,梁柱的存在仍然是十分尴尬的事。
相比之下,我们认为钢结构用于多层和“小高层”,是具备一定优势的。
4柱网确定和柱断面型式的选择
柱网的确定一般根据乎面分割情况,结合梁的位置和截面高度,以及钢梁的隐蔽方法来决定。
外墙处的柱距是柱网确定的关键,把沿外墙钢梁和外墙窗上皮的高度关系处理好,柱网也就基本确定了。
钢柱的截面型式大体分为三种:圆管柱、方管(箱形)柱和H型钢柱。
其中,管柱内浇注混凝土,形成钢管混凝土柱,承载力比钢筋混凝土柱大幅度提高,因此用钢量较省。
在节点构造作法上,方管柱构造简单合理。
但是,管柱在与钢梁连接上下翼缘部位,须加横隔板以形成贯通式节点,这一要求增加了加工难度,因而也提高了工程造价。
H型钢柱,当外包钢筋混凝土时形成钢骨混凝土柱。
H型钢柱加工和施工都比较方便,但钢柱用钢量较多。
5钢结构的节点构造
节点构造直接影响钢材用量,在试点住宅中集中力量解决了两个部位的节点做法。
(1)柱脚生根部位
试点工程地下层结构按钢筋混凝土框架—剪力墙结构考虑,柱脚位于地下室顶板标高处,柱脚与顶板预埋钢板用高强螺栓连接。
首层超市用钢筋混凝土包柱按钢骨混凝土框架—钢筋混凝土剪力墙结构考虑,二层以上钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构。
(2)钢框架的钢梁和钢筋混凝土剪力墙 (核心筒)的连接
为了确保试点工程安全可靠,设计中没有采用单纯在剪力墙中预埋钢板的连接方法,而是在剪力墙端部和核心筒拐角处自柱脚标高起,设置上下贯通的Ⅰ型芯柱,并且,在钢梁高度处用钢桁架作为芯柱与芯柱之间的横向连接,以确保该部位节点的工作状态和计算假定相吻合。
6结构体系选择
(1)5-6层以下的,可采用框架体系或框架-支撑体系,6层以上的可采用框架支撑体系或框架-混凝土剪力墙(核心筒)体系。
多层房屋大多采用双重体系。
(2)框架柱有H型钢柱,钢管砼柱和钢骨砼柱,后两种为组合柱。
在小高层中,组合柱比H型钢柱省钢。
(3)剪力墙比钢支撑的延性低,在大震时延性低的地震力大,延性好的地震力小,从抗大震的性能来说,钢支撑比砼剪力墙好。
(4)钢框架-砼剪力墙体系属混合结构,对它的抗震性能目前研究还不够,未列入抗震规范,虽然现在应用较多,选用时应慎重。
核心筒宜用小钢柱加强,也有利于安装。
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