新型轻钢结构体系.doc

对新型轻钢结构体系的研究摘要：在我国社会不断发展和进步的国情下，工程建设得到了社会广泛的关注，钢结构体系也逐渐成为人们关注的一个重要内容。本论文以新型轻钢结构体系为主要研究对象，运用文献研究和调查研究的方法对该对象进行全面论述。关键词：新型轻钢结构体系、设计、技术abstract: in our social development and progress of the national conditions, the engineering construction got the social attention, steel structure system also gradually becomes the focus of important content. this papers to the new light steel structure system as the main research object by using the literature research and investigation method to the objects for comprehensively.keywords: the new type of light steel structure system, the design, the technology一、我国新型轻钢结构体系的发展现状80 年代中期，由于外资工程的兴建，建筑用钢材的发展，高层钢结构建筑开始在我国出现。1985 年，我国兴建了第 1 幢高层钢结构建筑深圳发展中心大厦。此后，随着改革开放的深入和经济的发展，在深圳、上海、北京等地建成高层钢结构建筑 11 幢。20世纪80年代，我国建成的12幢高层钢结构建筑中最高的是京广中心（57层，高208m）。19901994 年，我国的高层钢结构建设停顿了几年。但近几年来,先后在北京、上海、深圳、大连、天津等主要城市已建成和正在施工的高层钢结构有 20 余幢，高层钢结构的优势凸显，形成高层钢结构建设新高潮。尤其是上海浦东陆家嘴金融区，已建成的和建设中的就有 12 幢。上海金茂大厦（88 层，高 421m）及环球金融中心（95 层，高 460m）使我国高层钢结构建筑进入世界前列。近年建成的高达 200m 的大连远洋大厦，其设计、制作、材料和安装已全部由国内承担供应，进一步说明我国已具备一定的能力来建造超高层钢结构建筑。目前，我国内地建成和在建的高层钢结构建筑有近 40 幢，总面积约 320 万平方米，用钢量约 30 万吨，投资约 600 亿人民币。与此相适应，我国在高层钢结构的科学研究、设计软件的编制、设计能力及各项配套的工艺方面均取得较大的进展，在钢结构的制作及安装方面的国产化已具有相当水平。二、新型轻钢结构体系的优点本文中提出的新型轻钢结构体系是在钢框架支撑结构体系的基础上，采用轻钢楼板、墙板，并将结构的支撑设置于轻钢墙板内而组成的钢结构体系。它一方面具有框架支撑体系的优点，又提高了钢结构体系的工业化生产程度。轻钢楼板、墙板以普通角钢和光圆钢筋为骨架，中间填充轻质保温隔音材料。它的特点如下：1、设计制造周期短，设计生产一体化现代结构设计借助于计算机和专业化结构分析软件，使得设计周期大大缩短，设计中的修改和调整非常方便。同时，由于钢结构具有工厂预制、现场安装的特点，通过计算机和数控机床结合，使设计人员在工作室中完成设计后，即由工厂的生产线完成产品制作，具有较高的效率和精确度，可以大大减少项目建设周期。2、大跨度、大开间，有利于功能、空间的灵活布置。多高层钢结构体系改变了传统砖混和混凝土结构以墙体承重的结构形式，空间通透，可以根据设计和使用要求灵活分隔空间，实现居住空间在空间和时间上的可变性。3、钢结构体系具有良好的抗震性能。钢结构有较好的延性，当结构在动力冲击荷载作用下，能吸收较多的能量，可降低脆性破坏的危险程度，因此其抗震性能好，尤其在高烈度震区，使用钢结构就更为有利。三、新型轻钢结构设计与计算设计在中国建筑科学研究院开发的 pkpm 系列软件 sts 模块中进行建模，利用satwe 空间分析软件，在多遇地震作用下进行弹性分析，验算构件的承载力和稳定性以及计算结构的水平侧移。笔者以一栋办公写字间为主的 12 层钢结构建筑为例，建筑面积约为 9500平方米。1 结构分析1.1、输入荷载和层高(1)楼面荷载：轻钢楼板永久荷载取 2.3kn/m²，其中楼板自重 0.8 kn/m²，抹面层和装饰层自重 1.5 kn/m²；压型钢板混凝土组合楼板永久荷载取 4.84kn/m²，其中楼板自重 3.34 kn/m²，抹面层和装饰层自重 1.5 kn/m²；楼面可变荷载取 2.0kn/m²。墙体荷载：轻钢墙板永久荷载取 1kn/m²，alc 墙板永久荷载取 1.5kn/m²。层高：两种体系层高均为 3.3m。1.2、设计参数的取值(1)总信息结构重要性系数 1.00；按对称结构分析，计算 x 和 y 方向水平地震； 按模拟施工加荷计算方式，计算 x 和 y 方向水平风荷载，基本风压 0.5kn/m²，地面粗糙度 b类；考虑 p-效应；钢柱计算长度系数按有侧移考虑；不考虑梁端弯矩折减。(2)地震信息抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度值为 0.2g，设计地震分组第一组，类场地土，近震；考虑扭转耦联；不考虑双向地震作用；考虑偶然偏心；结构在多遇地震作用下的阻尼比取值为 0.02，在罕遇地震下阻尼比可采用 0.05。3、设计计算方法采用振型分解反应谱法进行结构在风荷载和地震荷载下内力分析，采用总刚计算方法，层刚度比按剪弯刚度计算。分析工况包括：x 方向地震作用、y 方向地震作用、x 方向风荷载作用、y 方向风荷载作用、恒荷载作用、活荷载作用。结构体系在承载力设计中考虑了静、活荷载、风载、地震作用的组合，并考虑节点刚域影响。4、构件截面的选取(1)轻钢结构体系：梁截面：h150100812，h280170812柱截面：30030014，27027014，25025010支撑截面：h100150812(2)框架支撑结构体系：梁截面：h160110812，h300190812柱截面：40040016，37037016，34034014支撑截面：h180200812四新型轻钢结构体系与普通钢框架支撑体系的对比1、通过科学的计算和对比，笔者总结出在顶层最大位移、最大层位移角等指标均相同的条件下，由于新型体系引入了轻钢楼板、墙板，新型轻钢结构体系的自重有了明显的下降。轻钢楼板、墙板的自重相对于普通钢框架支撑结构体系中使用的压型钢板混凝土组合楼板和蒸压加气混凝土板明显减轻，轻钢楼板的自重仅为压型钢板混凝土组合楼板自重的 23.9%，轻钢墙板的自重仅为蒸压加气混凝土板自重的 66.7。轻钢结构体系的总重量仅为普通钢框架支撑结构体系的 51.8。此外，基础造价费用一般能够占到工程造价费用的 20%以上，结构自重降低，无疑还会减少基础造价，工程总造价进一步降低。在相同设计条件下，由于新型体系引入了轻钢楼板、墙板，其用钢量相对于普通钢框架支撑体系明显减小，其用钢量仅为普通钢框架支撑结构体系的 71.4%。同时，轻钢楼板自身用钢量明显少于压型钢板混凝土组合楼板，其用钢量仅为压型钢板混凝土组合楼板的 70.4%。在地震荷载作用下，轻钢结构体系受力性能较之普通钢框架支撑体系有明显的提高。其中，在多遇地震下，轻钢结构体系的各层反应力为普通钢框架支撑体的 57.8%75.8%，轻钢结构体系的各层剪力为普通钢框架支撑体系的64.9%70.4%，轻钢结构体系的各层弯矩为普通钢框架支撑体系的 62.5%70.4%；在罕遇地震下，轻钢结构体系的各层反应力为普通钢框架支撑体系的59.5%67.1%，轻钢结构体系的各层剪力是普通钢框架支撑体系的 62.5%69.4%，轻钢结构体系的各层弯矩为普通钢框架支撑体系的 64.567.1%。因而，在顶层最大位移、最大层位移角等指标均相同的条件下，由于新型轻钢结构体系自重轻，其受力性能较之普通钢框架支撑体系有明显的提高，从而抗震性能有了较大的改善。结束语总之，新型轻钢结构体系具有轻质高强的特点，在相同地震的作用下，受力性能明显优于目前广泛应用的钢框架支撑体系，具有广阔的发展前景。新型轻钢结构体系自重轻，不仅节省了基础费用，节省了钢材，而且使得承重构件截面积减小，增加了建筑使用面积的利用率。新型轻钢结构