賈軒軒

摘 要：多層輕鋼住宅是一種新型建筑體系，也是目前國內(nèi)住宅研究和開發(fā)的方向。但是它的設(shè)計方法，結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，常用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不為設(shè)計者所熟悉，因此多層輕鋼住宅示范樓的設(shè)計與施工是推廣這種新型體系的最好方式。本文從多層輕鋼民用建筑中的結(jié)構(gòu)選擇入手，并根據(jù)工程實際，探討多層輕鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的設(shè)計與經(jīng)濟(jì)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：多層；輕鋼；民用建筑；結(jié)構(gòu)

1 前言

多層民用建筑設(shè)計多采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，很少采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在民用房屋的應(yīng)用主要還集中在高層建筑上，近年鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑上的應(yīng)用越來越多，隨著鋼結(jié)構(gòu)在實際工程的應(yīng)用經(jīng)驗和設(shè)計理論研究的深入，及鋼結(jié)構(gòu)廠家不斷推出新的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，鋼結(jié)構(gòu)在多層民用建筑上的應(yīng)用日漸增長，相對鋼筋砼具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。軋制H型鋼的大量生產(chǎn)，樓承板的多樣化，防腐涂料及防火涂料的成熟也為多層民用房屋鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用創(chuàng)造了廣闊的空間。

2 多層輕鋼民用建筑中的結(jié)構(gòu)選擇

2.1 純框架結(jié)構(gòu)體系

純框架結(jié)構(gòu)體系在地震區(qū)一般不超過15層。框架結(jié)構(gòu)的平面布置靈活，可為建筑提供較大的室內(nèi)空間，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻。框架結(jié)構(gòu)有較大的延性，自振周期較長，因而對地震作用不敏感，抗震性能好。但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，由于側(cè)向位移大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，因此不宜建的太高。

2.2 框支結(jié)構(gòu)體系

純框架在風(fēng)、地震荷載作用下，側(cè)移不符合要求時，可以采用帶支撐的框架，即在框架體系中，沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向布置一定數(shù)量的支撐。在這種體系中，框架的布置原則和柱網(wǎng)尺寸，基本上與框架體系相同，支撐大多沿樓面中心部位服務(wù)面積的周圍布置，沿縱向布置的支撐和沿橫向布置的支撐相連接，形成一個支撐芯筒[1]。采用由軸向受力桿件形成的豎向支撐來取代由抗彎桿件形成的框架結(jié)構(gòu)，能獲得比純框架結(jié)構(gòu)大的多的抗側(cè)力剛度，可以明顯減小建筑物的層間位移。

2.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系

在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)以剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，既具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度，可用于40至60層的高層鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼筋混凝土墻沿服務(wù)性面積周圍設(shè)置，就形成框架多筒體結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系在各個方向都具有較大的抗側(cè)力剛度，成為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，承擔(dān)大部分水平荷載，鋼框架主要承受豎向荷載。

3 多層輕鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的設(shè)計案例分析

3.1 工程概況

某工程，地下一層，地上八層，局部樓梯間出屋面一層，抗震設(shè)防烈度8度，建筑類別為丙類，耐火等級一級，建筑場地類別為Ⅲ類，擬建物西側(cè)為己建五層樓，與擬建物間距1.0米，獨(dú)立柱基，基礎(chǔ)埋深1.50米，基礎(chǔ)向外延伸1.50米。建筑物長38.4m，寬16.2m，結(jié)構(gòu)總高36.8m，柱距7.8× 6.3m，層高為2.70m、4.8m、4.2m、6× 3.5m、7.0m?；撅L(fēng)壓： 0.45kN/m2，基本雪壓： 0.4kN/m2，樓面恒載： 4.00kN/m2，樓面活荷：2.00kN/m2。

3.2 結(jié)構(gòu)方案布置

鋼結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，考慮鄰近建筑物基礎(chǔ)的影響，基礎(chǔ)軸線偏離已有建筑基礎(chǔ)3000米，地上部分層層外挑3000米，地下室柱為勁性混凝土柱，地上部分為鋼箱形柱，梁為焊接H型鋼，樓蓋為壓型鋼板組合樓蓋，電梯井亦采用焊接H型鋼柱和梁，框架帶支撐結(jié)構(gòu)布置五道支撐[2]。鋼混框架剪力墻結(jié)構(gòu)方案采用筏板基礎(chǔ)，未能解決基礎(chǔ)與已有建筑基礎(chǔ)相鄰問題，占用原建筑物基礎(chǔ)0.50m，混凝土框架柱，布置四道剪力墻，樓蓋為現(xiàn)澆混凝土樓蓋，電梯井為混凝土剪力墻筒。

3.3 結(jié)構(gòu)分析方法

三種結(jié)構(gòu)體系均采用建研院PKPM系列軟件STS與PMCAD建模，接力SATWE計算，校核程序采用ETABSS-Nonlinear。

3.4 計算結(jié)果

結(jié)構(gòu)方案在滿足規(guī)范配筋率、構(gòu)造、及穩(wěn)定、高寬厚比等的要求的前提下，應(yīng)力比取為0.85～0.9，結(jié)構(gòu)樓層位移、層間位移角，均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)計算周期合理，且兩方案樓層位移等結(jié)果接近或相同。鋼框架結(jié)構(gòu)與鋼框支結(jié)構(gòu)除鋼柱截面不同，板厚因高寬厚比要求較厚外，其他技術(shù)指標(biāo)基本相同，由于支撐的存在，在建筑布局使用上，鋼框架優(yōu)于帶支撐結(jié)構(gòu)，柱截面較大的要求是鋼框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，相對于鋼筋砼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)梁柱截面較小，例如柱截面，鋼支撐構(gòu)件截面是鋼筋砼構(gòu)件截面的50%，重量僅為鋼筋砼重量的20%，降低層高250mm，減少基礎(chǔ)截面和造價，并且支撐較剪力墻輕巧靈活，采用靈活的支撐形式可解決開門窗洞口的問題，剪力墻的開洞給施工增加難度[3]。

4 設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)性比較

4.1 基礎(chǔ)工程

基礎(chǔ)工程占結(jié)構(gòu)工程總量的20～40%，占結(jié)構(gòu)造價的比重比較大，各結(jié)構(gòu)體系工程量對比是非常有意義的。鋼框架結(jié)構(gòu)與鋼框支結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)工程量區(qū)別僅在地下室勁性混凝土柱截面，鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)混土用量是鋼筋砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)混凝土用量的73.57%，鋼結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)工程量小，造價低，基礎(chǔ)受力合理，技術(shù)處理簡單，在復(fù)雜地質(zhì)條件下更具優(yōu)勢。

4.2 樓蓋及樓層梁柱工程

結(jié)構(gòu)工程量主要集中在樓蓋和梁柱上，鋼筋砼體系之間的對比可以通過此部分工程量的多少，直接得出結(jié)論。兩方案的最大區(qū)別在與樓蓋與樓層梁柱的工程量，但鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋砼結(jié)構(gòu)在此數(shù)量上不具可比性，樓板混凝土用量兩方案雖然相同，但仍有較大區(qū)別，本鋼結(jié)構(gòu)方案為組合樓蓋，未考慮組合作用對樓板和鋼梁的貢獻(xiàn)，所以在結(jié)構(gòu)安全度上，還是遠(yuǎn)優(yōu)于鋼筋砼現(xiàn)澆樓蓋的，鋼結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件截面小，可降低層高，增大有效使用面積，此部分的經(jīng)濟(jì)效益是長期的，尤其是住宅鋼結(jié)構(gòu)的商業(yè)效益更加突出，鋼筋砼結(jié)構(gòu)在此方面顯然不具優(yōu)勢。

4.3 其他工程

此部分工程在鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系中所占比例要高于鋼結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)的其他工程量占主結(jié)構(gòu)工程量的17.01%， 鋼混結(jié)構(gòu)的其他工程量占主結(jié)構(gòu)的工程量 27.87%，可見鋼筋砼結(jié)構(gòu)工程量比較大，為實現(xiàn)大跨度外挑和建筑立面的要求，一般采用鋼結(jié)構(gòu)，對于鋼結(jié)構(gòu)方案來說，技術(shù)簡單，而鋼筋砼方案，技術(shù)上難于實現(xiàn)大跨懸挑，施工難度也較大。

4.4 工程結(jié)構(gòu)造價

影響工程造價因素是多方面的，尤其是鋼結(jié)構(gòu)體系受市場波動的影響大，不象鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系價格比較穩(wěn)定，所以取費(fèi)是按照市場價格。鋼框架方案與鋼框支方案在結(jié)構(gòu)造價上差距不大，區(qū)別主要在建筑使用和布局上，鋼框架的柱截面大于鋼框支結(jié)構(gòu)，鋼框支結(jié)構(gòu)在建筑布置上不如鋼框架結(jié)構(gòu)靈活，鋼筋砼結(jié)構(gòu)造價低于鋼結(jié)構(gòu)約13%，平米造價低80元/m2左右，本工程總價低40萬元左右，為結(jié)構(gòu)部分總造價的10%左右，如果計入裝修、設(shè)備等費(fèi)用，占比例則更小。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)體系多層民用建筑在技術(shù)上比傳統(tǒng)鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系更為先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上，結(jié)構(gòu)造價相差無幾。從綜合效益和可持續(xù)發(fā)展方面考慮，鋼結(jié)構(gòu)體系也更為合理，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)體系，制造工場化，施工干作業(yè)，工期短，工業(yè)化程度高，無污染，無建筑垃圾，符合建筑市場發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉繼紅.多層輕鋼房屋建筑結(jié)構(gòu)——輕鋼龍骨式復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)體系研究進(jìn)展[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016（6）：1～9.

[2] 崔鵬.多層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計[J].民營科技，2014（7）：172.

[3] 陳銀.多高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計與研究應(yīng)用[D].河北工程大學(xué)，2013.