鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計參考文獻(xiàn)

文獻(xiàn)綜述現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節(jié)能、有益健康等發(fā)面的要求，使國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅會逐步替代木結(jié)構(gòu)住宅以及磚結(jié)構(gòu)住宅，成為住宅產(chǎn)業(yè)的一支新生力量。國外鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用與發(fā)展目前，許多國家，如美國、日本、英國、澳洲等，正積極推動預(yù)制裝配化鋼結(jié)構(gòu)中低層住宅，在日本稱為工業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)住宅。美國最早采用剛框架結(jié)構(gòu)建住宅，1996年，已有了20萬幢剛框架小型住宅，約占住宅總數(shù)的20%。日本的鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量最多，其新建的1-4層建筑，大都采用了鋼結(jié)構(gòu)。人們更喜歡鋼結(jié)構(gòu)住宅可以提供良好的抗震性能。在澳大利亞，剛框架住宅占全部住宅數(shù)量的30%。2000年，這個比例達(dá)到50%。在芬蘭、瑞典、丹麥以及法國，剛框架體系也在變得越來越普及。特別是丹麥人，早已建造了大量基于鋼骨架體系的地層住宅。在芬蘭和瑞典，也有一些剛框架的低層住宅建成。聯(lián)排式住宅是歐洲較普便的住宅類型之一。由于鋼結(jié)構(gòu)的隨意拼接能力，可以設(shè)計出豐富多變的住宅建筑外形，因此在比利時、荷蘭、盧森堡、英國、德國和法國的一些地區(qū)，許多城市居住區(qū)都采用了鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)排式住宅。鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的應(yīng)用與發(fā)展改革開放以來，我國住宅建筑發(fā)展很快。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的住房要求，推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，國務(wù)院【1999】第72號文件明確提出，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅，擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率，將會加速住宅產(chǎn)業(yè)化過程，對我國建筑、冶金及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。20世紀(jì)80年代中期，隨著我國改革開放的深入，工業(yè)化的輕鋼別墅進(jìn)入我國，先后從日本引入進(jìn)幾百棟輕鋼結(jié)構(gòu)低層別。近幾年又從澳洲、加拿大引進(jìn)了輕鋼龍骨住宅體系構(gòu)件在國內(nèi)組裝。20世紀(jì)90年代以來，國家建設(shè)部在全國積極倡導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)住宅的應(yīng)用與發(fā)展。近幾年，北京、上海、天津、新疆、湖南、安徽、山東等地，開始并建成一批鋼結(jié)構(gòu)住宅示范地點(diǎn)工程。同時，在建設(shè)部組織編制的《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》的知道下，很多科研單位和鋼結(jié)構(gòu)公司，包括北京賽博思金屬結(jié)構(gòu)有限公司、北京住總集團(tuán)、天津市建筑設(shè)計院和建工集團(tuán)、同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)、清華大學(xué)、上海市建筑科學(xué)研究院和鋼協(xié)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計研究有限公司等，都分別在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研究方面進(jìn)行了有益的探索?，F(xiàn)在，我國目前鋼結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)進(jìn)入了一個新的階段，有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺，國內(nèi)鋼材產(chǎn)量充足，鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展已具備了較好的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)然，在鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展方面，還有一些技術(shù)問題有待解決。鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣還需要做大量的工作，要廣泛宣傳開發(fā)輕鋼結(jié)構(gòu)的益處，完善不同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立一個能與傳統(tǒng)建材相競爭的鋼材供應(yīng)網(wǎng)，研制新型的輕質(zhì)保溫墻體材料以及與之相配套的輔助材料，做好示范工程，加強(qiáng)信息交流，發(fā)布行業(yè)動態(tài)，尋求國際間的廣泛合作，激發(fā)開發(fā)商在做決策時采用鋼結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的形式1．鋼框架與混凝土筒體（墻體）的混合結(jié)構(gòu)體系其特點(diǎn)是鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)的平面布置一般為樓電梯或衛(wèi)生間采用鋼筋混凝土，形成主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，而外周的框架則采用鋼框架，這種結(jié)構(gòu)體系將鋼材的強(qiáng)度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強(qiáng)度高、防火性能好、抗側(cè)剛度大的特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，外周梁柱連接一般采用剛性連接，而樓面鋼梁與混凝土墻則采用鉸結(jié)，由于混凝土承擔(dān)了絕大部分的水平力，故而混合結(jié)構(gòu)的位移控制指標(biāo)可參照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用，但框架部分承擔(dān)的地震力不得小于結(jié)構(gòu)底部剪力的20%和樓層最大剪力的1.8倍二者的較小值，在大多數(shù)情況下，后者往往起控制作用，這種體系的住宅平面上應(yīng)限制無剪力墻部分框架的長度，否則樓面無限剛的假定將很難滿足。這種的受力特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)整體破壞屬于彎剪型，結(jié)構(gòu)破壞主要集中于混凝土芯筒，特別是結(jié)構(gòu)下部的混凝土筒體四角，對這部位應(yīng)予加強(qiáng)，保證筒體的延性，此外鋼梁與混凝土墻體的連接部位受力復(fù)雜，也是最易遭受破壞的地方，該節(jié)點(diǎn)應(yīng)保證能承受鋼梁可能出現(xiàn)的軸向力。這種體系的不足之處為芯筒為混凝土，重量減少不是很多，現(xiàn)場澆搗混凝土的工作量仍然較大。從建筑平面布置的角度來看，柱子一般布置在陽臺或轉(zhuǎn)角部件，以利于住戶的裝修處理。2．鋼框架支撐體系對于多層及小高層建筑，可以建筑的外墻，結(jié)合門窗位置雙向交叉支撐，支撐采用角鋼、槽鋼成圓鋼，可按拉桿設(shè)計，而且在輕鋼住宅結(jié)構(gòu)中，支撐也不一定必須從下到上同一位置設(shè)置，也可跳格布置，其目的主要是為了增加結(jié)構(gòu)的剛度，對于外墻開有門窗時，也可在窗臺高度范圍內(nèi)布置，形成類似周邊帶狀桁架的結(jié)構(gòu)形式，對結(jié)構(gòu)整體剛度進(jìn)行加強(qiáng)。對高層住宅，可選擇山墻和內(nèi)墻布置中心支撐或偏心支撐，值得注意的是，當(dāng)采用單斜柱體系時，應(yīng)設(shè)置不同傾斜方向的兩組單斜桿，以抵抗雙向地震作用，在節(jié)點(diǎn)方面，若支撐足以承受建筑物的全部側(cè)向力作用，則梁柱可部分或全部做成剛接。在高烈度地區(qū)，如果柱子比較細(xì)長，則大多采用偏心框架體系，這種體系的特點(diǎn)是，在小震或中等烈度地表作用下剛度足以承受側(cè)向水平力，在強(qiáng)震作用下又具有很好的延性和耗能能力。支撐框架在水平力作用下，類似于豎向懸臂桁架，柱子像弦桿一樣承擔(dān)外部荷載產(chǎn)生的彎矩，斜支撐和梁如同腹桿承受水平力，腹桿承擔(dān)水平剪力，弦桿的軸向變形對框架側(cè)向變形的影響使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生"彎曲"的形狀，而腹桿的變形對框架側(cè)向變形的影響使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生"剪切"的形狀，最終形成的側(cè)向變形形狀是彎、剪兩種曲線效果的組合，彎、剪效果的相對大小，主要取決了耗能支撐的剛度，一般在均衡的低層支撐結(jié)構(gòu)中，剪切變形最為重要，有時它基本決定了結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，因此這種結(jié)構(gòu)的底層層間變形較大；在中高層結(jié)構(gòu)中，柱子中較大的軸向力和變形以及二者沿高度的大量積累使彎曲變形占主導(dǎo)地位，在高寬比大于8的單對角支撐區(qū)格中，全部水平位移的60%～70%通常是彎曲變形引起的，因此這種結(jié)構(gòu)的頂端或接近頂端的層間變形最大，據(jù)此認(rèn)為，對于剪切型的低層結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意在結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置耗能支撐；對于彎曲型的中高層結(jié)構(gòu)，不能忽視在結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置耗能支撐，支撐布置時，不得采用支撐點(diǎn)在柱中的K形支撐，同時對支撐構(gòu)件應(yīng)控制其軸壓比，7度時一般不得大與/fy。如果作為住宅結(jié)構(gòu)層高較低，構(gòu)件節(jié)間尺寸較小，導(dǎo)致支撐構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)數(shù)量均較多，而且傳力路線較長，抗側(cè)效果差，支撐結(jié)構(gòu)體系也可考慮采用跨層支撐。3．鋼框架一預(yù)制混凝土墻體這種體系一般預(yù)制混凝土墻體中均埋有鋼板支撐，它只有在支撐點(diǎn)處于鋼框架相連，而且混凝土墻板與框架梁柱留有空隙，從受力上來說，它仍是一種支撐。但其特點(diǎn)是內(nèi)藏鋼板按強(qiáng)度控制設(shè)置，不考慮屈曲。對混凝土墻體應(yīng)雙面配筋，且雙面鋼筋應(yīng)互相拉結(jié)，在鋼支撐端部范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)構(gòu)造鋼筋，如采用梅花形鋼筋、螺旋形鋼筋、鋼箍等。這種體系受力性能好，支撐構(gòu)件相對較經(jīng)濟(jì)，且能與隔墻布置相結(jié)合。但現(xiàn)場安裝比較困難，制作比較復(fù)雜。4．鋼框架結(jié)構(gòu)體系這種體系受力明確，使用靈活，制作安裝簡單，施工速度較快，但為抵抗側(cè)向力所需梁柱截面較大，一般可用于6層以下的多層建筑，且一般情況下，梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用剛接。這種體系用于高層建筑經(jīng)濟(jì)性較差。5．錯列桁架結(jié)構(gòu)體系錯列桁架結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，由美國麻省理工學(xué)院首先提出，并成功用于多個公寓及旅館建筑中。該體系是由房屋外側(cè)的柱子和跨度等于房屋寬度的桁架組成，桁架高度等于層高，在相鄰柱上為上下層交錯布置，樓板一端擱置在桁架的上弦，另一端擱置在相鄰桁架的下弦。由于兩開間布置一榀桁架，且中間無柱子，所以非常適合住宅、旅館建筑各單元的靈活布置要求。這種體系的受力特點(diǎn)為：水平力主要通樓板傳至相鄰桁架的斜腹桿，如此水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層支撐傳至基礎(chǔ)，樓層間的柱子主要承受軸力，其所受的剪力和彎矩很小。由于桁架有整層高，所以整個體系剛度較大，一般不需要增加柱子剛度以控制位移，由錯列桁架結(jié)構(gòu)體系中柱子主要承受軸力，其柱截面強(qiáng)軸可布置在縱向，故其縱向側(cè)移剛度亦較大，這種體系的用鋼量可較框架結(jié)構(gòu)減少30～40%，因此該體系是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的新型結(jié)構(gòu)體系，目前湖南大學(xué)正對該體系作系統(tǒng)研究。6.輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系主要用于中低層住宅或別墅，大致可分為兩類，一類為以冷彎C型鋼組成的龍骨體系，另一類以小型熱軋型鋼組成的龍骨結(jié)構(gòu)體系。輕鋼龍骨體系一般由柱、梁、天龍骨、地龍骨及中腰支撐通過配套扣件和加勁件用自攻螺釘連接而成，梁柱構(gòu)件厚度在1～3mm之間，柱子間距約為400～600mm。主要受力機(jī)理為：柱子與上下龍骨及支撐或隔板組成受力墻壁，豎向力由樓面梁傳至墻壁的龍骨，再通過柱子傳至基礎(chǔ)；水平力由作為隔板的樓板傳至受力墻壁再傳至基礎(chǔ)。由于在傳力過程中，墻面板承受了一定的剪力，并提供了必要的剛度，故墻面板應(yīng)滿足一定的要求。樓板可采用樓面輕鋼龍骨體系，上覆刨花板及樓面面層，下部設(shè)置石膏板吊頂，既可便于管線的穿行，又滿足了隔聲要求。該體系的優(yōu)點(diǎn)為組成體系的構(gòu)件尺寸較小，可將結(jié)構(gòu)構(gòu)件隱藏在墻體內(nèi)部，有利于建筑布置和室內(nèi)美觀，且保溫性能良好，梁柱均為鉸接，省卻現(xiàn)場焊接