多层轻钢结构房屋设计探讨

2012-04-23马桂芳

城市建设理论研究 2012年35期

马桂芳

【摘要】近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步，与之相对应的，我国的建筑工程行业也在快速的发展着。在建筑工程中，多层轻钢结构的房屋设计应用的十分广泛。因为多层轻钢具有其固有的优势，越来越在建筑工程中受到施工方的欢迎。但是我国的建筑施工设计起步较晚，同西方发达国家之间还存在着许多的差距，尽管我国在近年来建筑工程的数量不断增多，但是在建筑房屋的轻钢结构设计上还是有很多的不足，该问题的存在将会严重制约我国多层轻钢结构房屋设计的发展，也最终将会阻碍我国建筑行业的发展。因此，在实际的工作中，我们应该不断加强多层轻钢结构房屋的设计研究，不断提高我国的多层轻钢结构房屋的设计水平。

【关键字】多层轻钢结构，房屋，设计探讨

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

一．前言

多层轻钢结构是近年来逐渐出现的一种钢结构，由于其具有很多的优点，虽然在目前阶段，它的应用还不是很广泛，但是在未来一段时间内，它必将会受到众多施工方的欢迎。在普通的人们看来，多层轻钢结构的造价比较高，但是实际上，多层轻钢结构的造价并不是很高。多层轻钢结构要求在承重结构上必须合理，同时对于建筑工程的防火、保温等提出了很高的要求。但是这种多层轻钢结构的设计具有很多的优势，对其设计进行优化，对于房屋的施工来说具有很大的意义。但是根据目前的情况，其设计还是存在很多的不足。本文笔者主要结合自己多年来在多层轻钢结构房屋设计方面的研究和实际工作经验，对于多层轻钢结构房屋的设计进行探讨和分析，希望对于该领域的研究和实践具有一定的贡献。

二．多层轻钢结构的结构体系设计

1．结构型式

（一）框架体系是多层轻钢结构的首选体系，在建筑平面式矩形的时候，该框架结构就通过纵横向并且各自平行的方式相交而成，这样就会简化构造。如果建筑平面不是矩形时，那么就从多个方向的非正常相交的框架组成。

（二）构件断面

抗震架构的建筑最好采用钢板焊接从而形成的箱形断面。当然还可以采用焊接的H钢。梁断面一般采用焊接的H钢。现阶段，我国产的钢一般都可以满足多层轻钢的结构设计要求。

（三）梁、柱节点

在采用箱形断面柱时，梁柱都采用刚性节点。如果采用H钢时，在弱轴和梁的连接上采用铰接。在进行节点的试验后可以知道，一般节点的弯矩和其相对转角的关系既不是完全的相接，也不是完全不相接，而是根据实际的需要进行的。

2．平面布置

（一）次梁布置．

虽然次梁不是轻钢结构中主要的构件，但是其是最多的构件，将次梁进行有效的配置有利于钢结构的整体性。在进行轻钢结构的设计时，次梁和主梁铰接相连，这样可以加强梁的承载力并且减小它的跨度。在通常情况下，次梁的间距是由压型钢板在施工过程中的承载力和挠度值决定的，因此，如果使用板肋很高的压型钢板，一定可以增加次梁的间距。

（二）组合楼盖布置

在进行多层轻钢结构房屋的设计中，楼盖结构的选择就显得十分重要了，楼盖既可以将荷载力传给墙、柱，还可以保证同抗侧力结构的协同作用。因此在进行设计时，必须要确保楼盖的刚度强度和稳定性。

同时还要采用相关的措施来减少楼盖的自重。其中组合楼盖具有很强的特性，例如它的强度大、刚度好、抗震性能优越并且成本很低，这种组合楼盖已经受到众多施工方的欢迎。

（三）支撑布置

为了使多层轻钢房屋的钢结构的侧向刚度得到增加，同时增加其抵抗水平风的荷载以及其抗震能力，在一般情况下，我们将槽钢或者是角钢在墙体的平面内设置一个垂直的支撑系统。根据施工的要求，这种垂直系统可以是横向的也可以是竖向的。同时我们考虑到门窗等的位置，可以采用人字型、倒人字型、w型、倒w型、门式等这些形式，同时在不给建筑的功能造成负面影响的情况下，将支撑布置的更加均匀。

四．案例分析

1.工程概况

某企业办公楼新建工程是一栋3层办公建筑，建筑面积约为2066m2，平面形状为矩形。其中第一层为建筑物入口及入口大厅、餐厅、接待厅、办公室等，第二层主要为办公室，屋面为屋顶花园，屋顶设置飘板。另外每层设有卫生间和洗漱室，上下交通由布置在建筑物两端的双跑楼梯承担。外墙主立面为玻璃幕墙，其它立面为200mm厚瓷砖饰面的小型混凝土空心砌块，主要隔断内墙为200mm厚小型混凝土砌块，次要内墙为100mm厚轻钢龙骨石膏板轻质隔墙。

2.结构体系设计

（一）结构方案：整体结构方案为纯钢框架结构体系、压型钢板组合楼盖．柱下钢筋混凝土承台桩基础。

（二）梁柱体系：平面布置为一般主次梁体系，次粱间距为2．1m、2．2m，框架柱采用焊接H型钢，梁采用焊接H型钢。框架纵横向均按刚性连接设计．现场连接采用高强螺栓。主梁与次粱之间采用铰接连接，但带悬挑处主次梁按刚性连接设计。设计主、次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。

（三）楼、屋盖体系：楼屋面均采用压型钢板组合楼板，压型钢板选用FE3W型。楼面板总厚度126mm，屋面板总厚度170mm。

（四）支撑体系：由于建筑要求限制，本工程没有设置柱间支撑体系。

3．计算分析

该工程依据国家和有关规范进行计算。钢材型号Q345，焊条E50XX。地震基本烈度为7度，IV类场地土，抗震等级为i级。工程计算分析采用同济大学编制的3D3S钢结构计算软件，同时采用中国建筑科学研究院PKPM系列之钢结构分析软件STS进行验算。楼板采用楼面无限刚性的假定。计算结果表明：结构的自振周期、顶点位移、层间位移角、层间刚度比、底部地震剪力均处于合理的范围，梁、柱的设计应力均不超过规范限值。说明结构布置、截面设计正常合理。

根据计算结果，对梁、柱断面规格尺寸(单位：一)进行优化和归并后。框架柱采用了H400×320×14×25及H680 X 500×16×25等2种断面；框架梁采用了H500 X 250×10×14，H500×350×10×20等2种断面；次梁采用H400×180×6×l0等1种断面。

4．节点设计

（一）梁柱连接：采用图1所示所示的刚节点做法，这种做法不但能避免工地焊接，还可以避开弯矩最大位置，从而使节点构造简单。

图1 与组合楼板连接详图

（二）主次梁连接：采用图2所示的2种做法，其中图2适用于次梁带悬挑梁处。

图2 梁柱连接详图

（三）梁与组合楼板连接：采用图3所示的做法，压型钢板与钢梁之间用焊钉连接。

图3 主次梁连接图

五．结束语

在进行多层轻钢结构房屋的设计中，一定要注重结构设计的技术和工艺，在设计时要考虑到各种可能的因素，确保多层轻钢房屋的设计符合工程的要求，同时这还有利于工程的施工。因此，我国应该加强多层轻钢结构房屋的设计，不断提高房屋多层轻钢结构的设计水平。

参考文献：

[1]陈全; 石永久; 王元清; 陈宏多层轻钢民用建筑中的结构体系分析庆贺刘锡良教授执教五十周年暨第一届全国现代结构工程学术报告会论文集2001-07-01中国会议