对多层轻型房屋钢结构应用

对多层轻型房屋钢结构的应用综述摘要：本文主要论述了多层轻钢结构住宅常用的结构体系及主要构件的设计,对目前存在的问题作了一定的探讨并指出发展方向。钢结构在工业与民用建筑中广泛的使用,为推动轻型钢房屋建筑起到了积极的作用。

关键词：轻钢结构；结构体系；组合楼盖；方钢管混凝土柱；偏交支撑

前言

轻型房屋钢结构住宅为特点的新型住宅建筑是近年来欧美一些国家住宅结构发展的结构之一。我国正在加速发展轻钢结构住宅产业化进程，并已进人一个新的发展阶段，相信随着中国加入w to 后国外钢结构公司的进人，以及国内各设计研究机构的不断努力、在不久轻型房屋钢结构的发展和应用会有新的飞跃。

一、多层轻型房屋钢结构建筑的应用

1、结构方案

轻型钢结构多层房屋中最常用的结构体系为框架结构，根据建筑方案的需要有时也采用悬挂体系。梁柱多为轧制或焊接工形截面，有时柱也可采用箱形截面。由于受到我国型钢品种和供应的限制，目前主要采用焊接构件。框架结构平面布置灵活，各部分刚度比较均匀，构造简单，易于施工。其自振周期较长，自重较轻，对地震作用不敏感。但其侧向刚度小，侧向位移难以控制。

2、支撑体系

为了加强多层房屋钢结构的侧向刚度，抵抗水平风荷载和地震作用，通常用槽钢或角钢在墙体平面内布置垂直支撑体系。根据要求可以沿纵、横单向布置或双向布置。支撑与框架铰接，按拉杆或压杆设计。考虑到门窗的布置，可以采用x型、单斜杆型、人字形、倒人字形、w型、倒w型、门式等形式，为在强震作用下具有良好的吸能耗能性能，则采用偏心支撑。在不影响建筑功能的前提下，在平面上支撑应均匀布置。

3、围护结构

为了减轻多层房屋钢结构的自重，围护结构多采用轻质材料。外墙墙体多采用轻质填充材料，如空心砌块、加气混凝土等，有时可采用压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体，也有很多房屋外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构。内隔墙可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板，目前也有采用铝合金框玻璃隔断的。对轻型钢结构房屋来说，传统的油毡加沥青的屋面防水层很不经济，现大都采用卷材防水。

4、基础形式

多层轻钢房屋基础常用柱下独立基础、条形基础、十字形基础，有时也可采用片筏基础。采用柱下独立基础时，应注意各基础相对不均匀沉降对上部结构的影响。基础梁常用现浇或预制钢筋混凝土结构，有时根据要求也可采用钢基础梁，但通常将埋置在地面以下的柱脚和钢梁外包混凝土，以解决防腐问题。

二、轻钢结构建筑施工中注意事项

1、结构计算中的考虑

结构的作用效应计算采用弹性方法计算，并计算结构在罕遇地震作用下进入弹塑性状态时的变形，结构按三维空间结构分析，对于平面布置比较规则的空间结构–支撑结构，在水平荷载作用下当简化为平面抗侧力体系分析时，可将所有框架合并为总框架，将所有竖向支撑合并为总支撑，进行协同工作分析。计算中应考虑梁、柱和轴向变形、弯曲变形和剪切变形的影响，以及梁柱节点域剪切变形对侧移的影响。

2、梁柱设计

梁和柱分别按受弯和压弯构件设计，一般采用工字形截面。由于剪应力主要由腹板承担，弯矩大部分由翼缘承担，增大腹板的高度可使翼缘抗弯能力大为提高，如果增大腹板高度的同时增大腹板的厚度，则是不经济的，经济的做法是允许腹板发生局部屈曲，利用其屈曲后的弓虽度.

3、应进一步减轻结构自重

在多层轻钢房屋中，楼盖结构的选择至关重要，它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外，更主要的作用是保证与抗侧力结构的空间协调作用;另外从抗震角度来看，应采用相应的技术和构造措施进一步减轻楼板自重。采用普通混凝土楼盖的轻钢结构框架，楼盖占整个结构自重的比例较大，采用轻骨料混凝土楼盖结构e83,可以进一步减轻结构自重。应深人开展钢与轻骨料混凝土梁组合梁和薄壁型钢——与轻骨料混凝土组合梁的研究。另外，目前，在多层轻钢

房屋整体分析时，还普遍不考虑楼盖与钢梁的一体化组合作用，即使设置抗剪键，也偏保守地假设钢结构承受全部荷载，这样不仅增加材料用量和结构自重，反而会造成强梁弱柱的不利情况，也应加大研究力度。

4、结构控制方法的应用

由于抗侧移刚度较小，自振周期较长，侧向位移难以控制，常需要设置抗侧力构件来满足抵抗风荷载和地震作用，抗侧力构件较多时，虽然能避免在强震下结构倒塌，但仍有较大的破坏，需要大量的修善，因而不大经济。

三、轻钢结构设计理念需创新

1、一体化设计理念

①建筑结构设计一体化

轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计完成与结构设计同时完成。目前，国外知名的设计公司都是遵循这样一条理念，而国内的大多数设计院较为保守，其建筑设计按传统设计方式进行，一方面很难完整地表现其建筑风格，另一方面也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。

②围护系统与主体结构设计一体化

国内设计项目基本做法是，主体结构的设计、围护系统的设计分开来进行，合理的做法是统一进行设计，为保证建筑整体安装的精确度，如在两柱之间安装轻质墙板，有必要执行建筑模数制。

③配件系统与整体建筑系统设计一体化

在安装时或基本保证安装结束的时候，应该是地面上没有多余的配件，建筑上也没有缺

少的配件。而实际施工中却是少配件，或者多配件。因为配件系统的设计与整个建筑系统的设计不统一的结果。这里需要考虑配件标准化的问题。

2、截面优化设计理念

①轻钢结构建筑设计，降低其用钢量是设计的主要任务之一，但这就使得结构分析和构件计算变得复杂化.在门式刚架中，常规是采用轻型焊接变截面工形柱和分段变截面工形梁并利用腹板屈曲后强度来完成这一目标。

②截面优化的实现方法有两种。

一是最优化理论。把问题归结为一个单目标规划问题，优化的目标函数是用钢量最少或造价最低，各种设计条件如结构反应(应力、位移等)的允许范围等都可作为约束条件，用数学规划的理论来寻求最优解或最满意解。二是穷举法。即把各种合理的构件截面形式都进行计算比较，在满足设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低为控制条件，得到满意的截面尺寸。

3、建筑表现理念

①建筑规模:大跨度轻钢结构建筑，具有恢弘的建筑气势。

②线条:金属压型钢板的线条是表现轻钢结构建筑的风格独特的特征，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感。轻钢结构建筑可