漫索1989
浅谈小高层钢结构住宅建筑与结构设计摘要：以某12层住宅建筑为例，介绍了该楼的建筑设计，详细分析了结构设计中钢结构框架体系在恒载、活载、风载及水平地震作用下的内力，并对构件进行了验算。关键词：小高层钢结构住宅；建筑设计；结构设计随着社会的发展、科学技术的进步和人们需求的不断变化，房屋建筑也日益多样和复杂化，它们在使用功能、建筑材料、建筑艺术和建筑结构等方面都有了很大的发展。钢材作为一种独特的建筑材料，在我国各类建筑中的应用日益广泛，由钢材形成的构件进而到结构，因其具有强度高、自重轻、抗震性能好、构件截面小、建筑空间大而灵活、施工工期短、可实现装配化及绿色环保等优点，越来越多地应用在高层住宅建筑中。1建筑设计某12层住宅楼建筑面积6 2 m2，地上12层为住宅房间，地下1层为设备间及停车场。根据使用功能、建筑总平面、建筑面积、建筑朝向、防火防烟分区等多方面的要求，经多次优化进行了本建筑的平、立、剖面设计，每一户住房中的卫生间、厨房、卧室、客厅均有较好的自然采光和通风，均可满足住宅的建筑使用要求。2结构设计1设计资料设计标高：室内设计标高00 m，室内外高差30 m。基本风压：wo＝35 kN/m2。地质资料：建筑场地至地下9 m范围内为粉质黏土，地基承载力特征值为150 kN/m2。地震设防烈度为7度。2建筑布置及计算简图的确定（1）结构体系。根据建筑设计可知，该住宅为地上12层，地下1层。综合考虑设计资料、建筑功能及受力合理的要求，本建筑采用框架结构体系。（2）计算简图。从结构平面布置图中取出最不利一榀框架，作为该结构的计算模型。（3）截面的初步确定。根据荷载和跨度的要求，框架梁柱承受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢材，本工程主梁和柱子采用Q345B钢材，材料性能应满足《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591）的要求。柱采用宽翼缘的H型钢，梁采用中翼缘的H型钢，据所选梁柱截面可以确定相应截面的几何参数。3荷载计算（1）恒载计算。主要考虑屋面、楼面均布荷载，并得到恒载作用下结构的计算简图。（2）活载计算。根据《建筑结构荷载规范》得到非上人屋面的活荷载标准值以及各楼层活荷载标准值，进而通过计算，得到了活载作用下的计算简图。（3）风荷载计算。根据《建筑结构荷载规范》，已知基本分压w0＝35 kN/m2。由wk＝βzμsμz w0可知风荷载标准值。将风荷载换算成作用于每一层节点上的集中荷载，从而建立风荷载作用下的结构计算简图。（4）地震荷载计算。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为10 g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，Tg＝40 s，根据底部剪力法公式可得地震荷载作用在每一层节点上的集中荷载，从而得到地震荷载下的结构设计简图。4内力计算（1）恒载作用下内力计算。力法、位移法、弯矩分配法、无剪力分配法均可用来计算框架结构内力和侧移，但是多层钢结构往往杆件较多，超静定次数很多，采用这些方法比较费时，因此实际计算时一般用近似方法分别计算结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力和位移。框架结构在竖向荷载作用下的计算方法有分层法、迭代法、二次弯矩分配法等。根据精确法的计算结果可以知道，在竖向荷载的作用下，框架的侧移很小，并且竖向荷载只对受荷的构件和与之相连的构件影响较大。因此，可采用如下假定：假定一：在竖向荷载作用下，框架的水平位移忽略不计；假定二：每层梁上的荷载对其他各层的梁以及非相邻层的柱的影响可以忽略不计。所以，多层框架在竖向荷载作用下的内力可以分层计算。采用分层法，即框架在竖向荷载作用下，假定作用在某一层框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁以及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力。采用分层法的时候要注意，弯矩是进行了两次分配，一次传递。（2）活载作用下内力计算。活荷载作用下的内力计算也采用内力分层法，取满跨活载的最不利布置，得到相应的弯矩、剪力和轴力图。（3）风荷载作用下内力计算。框架结构在水平荷载作用下的近似计算方法有反弯点法、D值法、门架法等。采用D值法，主要是由于梁柱线刚度较为接近，或梁的线刚度小于柱的线刚度，即柱的抗侧移刚度和柱的线刚度及层高有关，也与梁的线刚度等因素有关，故采用D值法比较接近实际。风荷载作用下结构层间侧移≤h/400（h为层高），结构顶层质心的侧移值H≤H/500（H为结构总高）。（4）水平地震作用下内力计算。由《建筑抗震设计规范》可知，此设计需要考虑水平地震作用。由于结构高度H＜60 m，且平面和竖向布置较规则，故采用底部剪力法计算水平地震作用。结构在地震作用下的层间侧移≤h/300（h为层高）。（5）内力组合。据恒、活、风以及水平地震荷载作用下的内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合。其中梁的控制截面在梁的两端，柱的控制截面在柱的上下端。据荷载效应基本组合公式，在恒、活、风以及地震作用下结构构件承载力计算的组合式如下：第一组合式：35恒＋4×7活2恒＋4活0恒＋4活第二组合式：2恒＋4风0恒＋4风第三组合式：2恒＋4活＋6×4风0恒＋4活＋6×4风第四组合式：2恒＋4风＋7×4活0恒＋4风＋7×4活第五组合式：2（恒＋5活）＋3地0（恒＋5活）＋3地5构件设计据内力计算组合结果，即可选择各截面的最不利内力进行梁柱截面设计。设计公式为S≤R和S≤R/γRE（地震作用参与的组合）。柱的截面设计考虑强度、刚度、平面内整体稳定、平面外整体稳定以及局部稳定等方面。主梁设计模型按多跨连续梁考虑。截面设计考虑强度、刚度、局部稳定等方面（由于采用压型钢板组合楼板，且有牢靠的连接，故不必验算整体稳定），次梁截面按两端简支考虑，由强度、刚度、稳定等综合确定。6经济指标分析本设计耗钢量为5 kg/m2，同国内外同类建筑相比略显保守。原因是设计中充分考虑了地震作用的影响，保证了7度抗震设防条件下结构的安全性。总之，本设计建筑方案简洁大方，结构体系合理，计算方法正确，十分适合在大中城市推广发展。3结语钢结构作为一种新型的结构形式，具有自重轻、结构空间大等优点，十分适合应用于高层民用建筑中。同时，钢材具有非常好的延性，抗震性能优于其他任何一种材料，钢结构作为一种承重结构有不同于其他结构形式的独特之处，只是其配套体系有待于进一步开发和完善。 
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