多层住宅错列桁架钢结构体系整体分析

一 、建 筑 、结 构 方 案
为了全面研 究 错 列 桁 架 钢 结 构 体 系 的 特 性，对 一
个钢结 构 住 宅 建 筑 方 案 进 行 了 分 析 计 算。某 住 宅 I 层，主 体 部 分 长 J%K&<，宽 %JK#<，建 筑 总 面 积 约 为 &’!J<#，标 准 层 高 #KL<，层 I 高 !K%<，采 用 坡 屋 顶。 结构横向为错 列 桁 架 体 系，由 %$ 榀 钢 桁 架 组 成，每 榀 桁架间距"K"<，桁 架 跨 度 有 %%，%JK"< 两 种。 其 中 轴 !，"，#，$，!"# 在 层 #，’，J 布 置 桁 架，轴 %，&，’， (，)在 层 %，!，" 布 置 桁 架。 结 构 纵 向 为 框 架 体 系。 图%为错列桁架钢结构住宅方案结构平面图。
图% 错列桁架钢结构住宅结构平面图
的尺寸较小，可以与楼板及门窗过梁一 起 浇 注，形 成 钢 骨混凝土梁。桁架上、下 弦 采 用 M%&$O%"$OJO&，纵 向框架梁采用 M#$$O#$$O&O%$。
错列桁 架 钢 结 构 体 系 横 向 由 错 列 桁 架 承 担 侧 向 力。纵向刚度在不设支撑或剪力墙的情况下仅仅由框 架提供，而 尺 寸 较 小 的 梁、柱 通 常 难 以 满 足 抗 侧 力 要 求，因此，在结构的纵向必须结合建筑方 案 在 适 当 部 位 布置支撑或 者 剪 力 墙。 算 例 计 算 结 果 表 明，采 用 支 撑 加强纵向刚度，在地震作用下，虽然也能 有 效 提 高 纵 向 刚 度，但 是 支 撑 内 力 较 大，使 得 支 撑 截 面 尺 寸 较 大（高 频焊接 M 型 钢 为 M#$$O#$$OJO&），支 撑 数 目 也 过 多；而采用厚%J$<< 剪力墙能够更经济 有 效 地 抵 抗 地 震荷载作用，具体比较见后文。在设计 中，建 议 首 先 考 虑布置剪力墙来增大结构的纵向刚度。
使用钢管混凝 土 可 能 会 增 加 施 工 时 间，但 钢 管 混 凝 土
柱截面较小，材 料 用 量 省，受 力 性 能 更 优，并 且 能 够 进 一步 加 大 结 构 纵 向 的 刚 度［%］。 最 终 采 用 直 径 !"$<<， 壁厚%$<< 的钢管混凝土柱。
#K 纵向构件（纵向框架梁、纵向支撑或剪力墙） 纵向框架梁采用 高 频 焊 接 M 型 钢，在 同 样 截 面 惯 性矩下，用钢量 比 轧 制 M 型 钢 节 省 %"N *!$N，很 适 合 应 用 于 轻 钢 结 构 住 宅［#］。在 实 际 使 用 中 ，由 于 钢 梁
［关键词］ 错列桁架 钢结构住宅 抗侧力 纵向刚度 经济评价
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二 、构 件 选 择
%K 柱 错列桁架结构体系的所有柱都布置在周边。柱间
的错列桁架增 大 了 结 构 的 横 向 抗 侧 移 刚 度，同 时 减 小
了侧向力引起 的 柱 内 弯 矩 和 剪 力，使 柱 主 要 受 轴 力 作
用。分别计算了钢管混凝土与高钢，其 截 面 高 度 ! 必须大于""$<<，且 翼 缘、腹 板 厚 度 取 值 都 较 大，才 能满足受力要求，柱的用钢量较大，增 加 了 造 价。 虽 然
第!"卷 第#期
建筑结构
#$$" 年 # 月
多层住宅错列桁架钢结构体系整体分析
吴 昶 张崇厚 叶桢翔
（清华大学土木工程系 北京 %$$$&’）
［提要］ 通过对一钢结构住宅建筑方案实例的空间分析，说 明 了 错 列 桁 架 结 构 体 系 在 各 种 荷 载 工 况 下 的 受 力 特性。并对结构进行了具体设计和经 济 评 价，阐 述 了 错 列 桁 架 结 构 体 系 的 优 势，提 出 多 层 住 宅 错 列 桁 架 钢 结 构体系设计的要点。
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!" 横向构件（桁架、横向支撑或剪力墙） 根据建筑方 案 和 受 力 要 求，桁 架 形 式 可 以 是 实 腹 桁架或者空腹桁架，为改善结构抗震性 能，可 设 置 横 向 支撑或剪力 墙，如 图 # 所 示。 实 腹 桁 架 能 够 有 效 地 改 善桁架的受力特性，减小桁架各杆件的 内 力，并 且 能 够 减小桁架的 跨 中 挠 度，增 加 结 构 刚 度。 但 是 实 腹 桁 架 没有空腹节间，不具有耗能机制，在强震 区 应 用 有 局 限 性 ，可 以 在 短 跨 桁 架 处 设 置 耗 能 构 件 。 当建筑方案 要 求 必 须 设 置 走 道 时，桁 架 需 设 置 空 腹节间。由于跨中剪力较小，可以取消 斜 腹 杆，并 使 直 腹杆与弦杆的连接为刚接。但是设计为空腹桁架会增 加桁架上下弦截面尺寸，增加用钢量，且 不 利 于 楼 板 和 上下弦的有效连接。