輕鋼結(jié)構(gòu)綠色建筑設(shè)計特性全面解析
自進入20世紀90年代以來，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的開展非常疾速，特別是一些代表城市標志性高層建筑的建成，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的開展揭開了新的一頁。如世界第三高的上海88層、高420m的金茂大廈業(yè)已完工，現(xiàn)已投入運營。據(jù)稱世界**高度的上海浦東環(huán)球金融中心，95層高460m，建筑面積為31萬m2，現(xiàn)正在加緊建立中。由外商投資的大連總統(tǒng)大廈，正在加緊籌建之中，共95層，據(jù)稱建成后其高度將名列世界前茅。 輕鋼結(jié)構(gòu)的開展則更是如火如荼，特別在工業(yè)廠房的建立中則更為迅猛。從鋼結(jié)構(gòu)制造加施工企業(yè)數(shù)量的大幅增長就可窺見一斑，如上海市的鋼結(jié)構(gòu)制造和施工單位已由原來的幾十家一下子開展到如今的400多家，單上海的寶鋼地域就有近百家的鋼結(jié)構(gòu)制造廠。大好形勢下，如何因勢利導，抓好設(shè)計和施工質(zhì)量，這是當前一個非常迫切的問題。本文擬就輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點、資料選擇和設(shè)計中的留意點、塑性設(shè)計及腹板屈曲后強度的應(yīng)用和蒙皮效應(yīng)等作一概略引見，利于讀者對輕鋼結(jié)構(gòu)有一個比擬全面的理解。 輕鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)及其適用范圍 所謂輕鋼結(jié)構(gòu)通常是指由下列鋼材所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)：①冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu);②熱軋輕型鋼結(jié)構(gòu);③焊接或高頻焊接輕型鋼結(jié)構(gòu);④輕型鋼管結(jié)構(gòu);⑤板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。 一.適用范圍 依據(jù)我國目前狀況來看，這種結(jié)構(gòu)由于其用度廣、優(yōu)勢明顯，已大量應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房、辦公樓以及高層建筑中的非承重構(gòu)件等。對單層工業(yè)廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接銜接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統(tǒng)或樓面系統(tǒng)用壓型彩色鋼板作面層，上面可澆混凝土，壓型鋼板既可作為鋼筋，必要時也能夠再配鋼筋。墻面圍護也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內(nèi)部可充填各種保溫層。 二.主要優(yōu)點 ⑴施工周期短：輕鋼結(jié)構(gòu)的**大優(yōu)點是一切構(gòu)件均能夠由工廠制造現(xiàn)場拼接裝置，對普通范圍較小的工業(yè)廠房僅需45d至2個月，而若采用鋼筋混凝土建筑則要8～12個月左右。 ⑵綜合經(jīng)濟效益好：由于施工周期短，能夠提早投入運用，提早獲取投資效益;更由于采用顏色鮮艷的彩色壓型鋼板，美觀華美，改善了周邊環(huán)境的動態(tài)感;由于建筑物自身的自重輕，普通狀況下不需求做樁基，能夠儉省投資;由于采用了聚苯已烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔章等效果良好。彩色鋼板是以鍍鋅為基板又用硅酮作為外表，經(jīng)兩除兩烘加工而成，耐久性也較好，依據(jù)目前我國的市場價錢，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價曾經(jīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當廠房的跨度越大時，其優(yōu)勢更為明顯，這也是它賴以競爭的一大優(yōu)勢。 ⑶抗震性能好：由于鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)、自重輕，因此能有效地降低地震響應(yīng)及災(zāi)禍影響水平，極有利于抗震。我國是一個多地震區(qū)國度，在地震區(qū)建筑中應(yīng)多多推行應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，必可大大減少地震災(zāi)禍和人員傷亡。唐山地震的慘痛經(jīng)驗應(yīng)予記起。目前，天津市已正式啟動輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。 ⑷宜于拆卸搬遷：一旦業(yè)主對所造廠址不稱心或外界環(huán)境發(fā)作意想不到的變化，則整個建筑可在很短時間內(nèi)拆遷，損失極小，而一切這些是鋼筋混凝土建筑所無法具備的。 正是由于輕鋼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不時呈現(xiàn)，已較好地處理了輕鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性差的缺陷，使得它在工業(yè)廠房以及民用設(shè)備中取得了普遍的應(yīng)用。 鋼結(jié)構(gòu)普通分為普通鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)，它們之間并無明顯的界線。其計算規(guī)則都是一樣的。所謂輕鋼結(jié)構(gòu)，普通是結(jié)構(gòu)荷載較小，結(jié)構(gòu)桿件也較小，構(gòu)件壁厚較薄的一類結(jié)構(gòu)，普通采用門式鋼架、屋架和網(wǎng)架為主要承重結(jié)構(gòu)。正由于輕鋼結(jié)構(gòu)上作用的荷載較小，所以，使得結(jié)構(gòu)效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)力普通較小，這就使得結(jié)構(gòu)的強度常常不成問題，而由于構(gòu)件斷面較小，截面慣性距較小，使得結(jié)構(gòu)的剛度也隨著減小，結(jié)構(gòu)的整體和部分穩(wěn)定成為在設(shè)計中必需惹起注重的主要問題。這就是輕鋼結(jié)構(gòu)本人的特性。理解了這個特性，我們就能夠采取相應(yīng)的措施，比方能夠采用增加支撐和拉條，以滿足桿件的長細比請求，增設(shè)加勁肋以滿足構(gòu)件的部分穩(wěn)定等。 A.門式剛架結(jié)構(gòu)的特性 下面講一下我們常見的門式剛架結(jié)構(gòu)。門式剛架輕型房屋，其結(jié)構(gòu)普通由主骨架和支撐系統(tǒng)構(gòu)成，主骨架包括：1)主受力構(gòu)件-門式剛架;2)墻架;3)檁條等;支撐系統(tǒng)包括：1)剛架柱之間的垂直支承;2)剛架梁之間的程度支撐;3)剛性系桿、拉條;4)隅撐等; 從以上的構(gòu)成能夠看出，支撐系統(tǒng)占有很大的比例，這也是輕鋼結(jié)構(gòu)的特性。 門式剛架房屋上作用的荷載普通有：豎向荷載(結(jié)構(gòu)自重，雪荷載，積灰荷載，)和程度荷載(風荷載，吊車剎車力),還有地震荷載(程度和豎向)。由于輕鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，所以對地震的反響也較輕，這一點對立震十分有利。 B.判別結(jié)構(gòu)能否合適用輕鋼結(jié)構(gòu) 能否為輕鋼，能夠依據(jù)結(jié)構(gòu)接受荷載的大小，以及結(jié)構(gòu)類型來定的。1、樓、屋面結(jié)構(gòu)體系：假如是鋼筋混凝土樓、屋面板，荷載較大就不能用輕鋼結(jié)構(gòu);2、吊車荷載：假如有較大噸位的吊車就不契合輕鋼結(jié)構(gòu)的請求;3、結(jié)構(gòu)體系：要是建筑物為多層，或是比擬高的單層結(jié)構(gòu)也不宜按輕鋼設(shè)計。 C.《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002的適用范圍 適用于主要承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或僅有起重量不大于20t的中、輕級工作制橋式吊車或3t懸掛式起重機的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)。 D.門式剛架各構(gòu)件的作用 門式剛架，建筑物上的各種荷載主要由它承當并將其傳給根底，剛架與根底的銜接有剛接和鉸接兩種方式，普通宜采用鉸接，當程度荷載較大，房屋高度較高或剛度請求較高時，也可采用剛接。剛架柱與斜梁為剛接。剛架的特性是平面內(nèi)剛度較大而平面外剛度很小，這就決議了它在程度荷載作用時，可承當平行與剛架平面的荷載，而關(guān)于垂直剛架平面的荷載卻無能為力。 墻架，主要承當墻體自重和作用于墻上的程度荷載(風荷載)，并將其間接傳給主體結(jié)構(gòu)。 檁條，承當屋面荷載，并將其傳給剛架。檁條還經(jīng)過螺栓與每榀剛架銜接起來，與墻架梁一同與剛架構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)。 由于檁條和墻架梁之間都是由螺栓銜接的，銜接點近似于鉸接，又由于檁條和墻架梁的長細比都較大，在平行于房屋縱向荷載的作用下，其傳力剛度有限，所以有必要在屋面的各剛架之間設(shè)置一定數(shù)量的剛性系桿。我們方才說了，剛架平面外的剛度很小，這樣，我們必需設(shè)置剛架柱之間的柱間支撐和剛架梁之間的程度支撐，使其構(gòu)成具有足夠剛度的結(jié)構(gòu); 由于檁條和墻架的平面外剛度小，所以，有必要設(shè)置拉條(增加支撐)，以減小在這個方向的長細比; 關(guān)于剛架斜梁，普通是上翼緣受壓，下翼緣受拉，上弦由于檁條相連，普通不會呈現(xiàn)失穩(wěn)，但當屋面風荷載吸力作用時斜梁下翼緣有可能變號受壓從而失穩(wěn)，因而，設(shè)置隅撐就非常必要了。 另外門式剛架與根底是經(jīng)過地腳螺栓銜接的，當程度荷載作用構(gòu)成的剪力較大時螺栓就要承當這些剪力，我們普通不希望螺栓來承當這局部剪力，在設(shè)計時我們也沒思索它的作用，而是設(shè)置剛架柱腳與根底之間的剪力鍵來承當這局部剪力。
