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輕鋼結構綠色建筑設計特點(diǎn)全面解析

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2013-06-13 10:29:35 [收藏]
自進(jìn)入20世紀90年代以來(lái)，我國鋼結構建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標志性高層建筑的建成，為鋼結構在我國的發(fā)展揭開(kāi)了新的一頁(yè)。如世界第三高的上海88層、高420m的金茂大廈業(yè)已竣工，現已投入運營(yíng)。
    關(guān)鍵詞：
          自進(jìn)入20世紀90年代以來(lái)，我國鋼結構建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標志性高層建筑的建成，為鋼結構在我國的發(fā)展揭開(kāi)了新的一頁(yè)。如世界第三高的上海88層、高420m的金茂大廈業(yè)已竣工，現已投入運營(yíng)。據稱(chēng)世界第一高度的上海浦東環(huán)球金融中心，95層高460m，建筑面積為31萬(wàn)m2，現正在加緊建設中。由外商投資的大連總統大廈，正在加緊籌建之中，共95層，據稱(chēng)建成后其高度將名列世界前茅。

        輕鋼結構的發(fā)展則更是如火如荼，特別在工業(yè)廠(chǎng)房的建設中則更為迅猛。從鋼結構制造加施工企業(yè)數量的大幅增長(cháng)就可窺見(jiàn)一斑，如上海市的鋼結構制造和施工單位已由原來(lái)的幾十家一下子發(fā)展到現在的400多家，單上海的寶鋼地區就有近百家的鋼結構制造廠(chǎng)。大好形勢下，如何因勢利導，抓好設計和施工質(zhì)量，這是當前一個(gè)十分迫切的問(wèn)題。本文擬就輕鋼結構的優(yōu)點(diǎn)、材料選擇和設計中的注意點(diǎn)、塑性設計及腹板屈曲后強度的利用和蒙皮效應等作一概略介紹，利于讀者對輕鋼結構有一個(gè)比較全面的了解。

        輕鋼結構行業(yè)及其適用范圍

        所謂輕鋼結構通常是指由下列鋼材所構成的結構：①冷彎薄壁型鋼結構;②熱軋輕型鋼結構;③焊接或高頻焊接輕型鋼結構;④輕型鋼管結構;⑤板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構成的結構。

        一.適用范圍

        根據我國目前情況來(lái)看，這種結構由于其用度廣、優(yōu)勢明顯，已大量應用于單層工業(yè)廠(chǎng)房、多層工業(yè)廠(chǎng)房、辦公樓以及高層建筑中的非承重構件等。對單層工業(yè)廠(chǎng)房而言，通常以H型鋼，采用焊接連接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統或樓面系統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(shí)也可以再配鋼筋。墻面圍護也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內部可充填各種保溫層。

        二.主要優(yōu)點(diǎn)

        ⑴施工周期短：輕鋼結構的最大優(yōu)點(diǎn)是所有構件均可以由工廠(chǎng)制作現場(chǎng)拼接安裝，對一般規模較小的工業(yè)廠(chǎng)房?jì)H需45d至2個(gè)月，而若采用鋼筋混凝土建筑則要8～12個(gè)月左右。

        ⑵綜合經(jīng)濟效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益;更由于采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，美觀(guān)華麗，改善了周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)感;因為建筑物本身的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節省投資;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表面，經(jīng)兩除兩烘加工而成，耐久性也較好，根據目前我國的市場(chǎng)價(jià)格，輕鋼結構的造價(jià)已經(jīng)低于鋼筋混凝土結構，當廠(chǎng)房的跨度越大時(shí)，其優(yōu)勢更為明顯，這也是它賴(lài)以競爭的一大優(yōu)勢。

        ⑶抗震性能好：由于鋼結構屬于柔性結構、自重輕，因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，極有利于抗震。我國是一個(gè)多地震區國家，在地震區建筑中應多多推廣應用鋼結構，必可大大減少地震災害和人員傷亡。唐山地震的慘痛教訓應予記起。目前，天津市已正式啟動(dòng)輕鋼結構住宅。

        ⑷宜于拆卸搬遷：一旦業(yè)主對所造廠(chǎng)址不滿(mǎn)意或外界環(huán)境發(fā)生意想不到的變化，則整個(gè)建筑可在很短時(shí)間內拆遷，損失極小，而所有這些是鋼筋混凝土建筑所無(wú)法具備的。

        正是由于輕鋼結構的諸多優(yōu)點(diǎn)，而且隨著(zhù)近年來(lái)防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現，已較好地解決了輕鋼結構抗腐蝕性差的缺點(diǎn)，使得它在工業(yè)廠(chǎng)房以及民用設施中獲得了廣泛的應用。

        鋼結構一般分為普通鋼結構和輕鋼結構，它們之間并無(wú)明顯的界限。其計算規則都是一樣的。所謂輕鋼結構，一般是結構荷載較小，結構桿件也較小，構件壁厚較薄的一類(lèi)結構，一般采用門(mén)式鋼架、屋架和網(wǎng)架為主要承重結構。正因為輕鋼結構上作用的荷載較小，所以，使得結構效應產(chǎn)生的內力一般較小，這就使得結構的強度往往不成問(wèn)題，而由于構件斷面較小，截面慣性距較小，使得結構的剛度也隨著(zhù)減小，結構的整體和局部穩定成為在設計中必須引起重視的主要問(wèn)題。這就是輕鋼結構自己的特點(diǎn)。了解了這個(gè)特點(diǎn)，我們就可以采取相應的措施，比如可以采用增加支撐和拉條，以滿(mǎn)足桿件的長(cháng)細比要求，增設加勁肋以滿(mǎn)足構件的局部穩定等。

        A.門(mén)式剛架結構的特點(diǎn)

        下面講一下我們常見(jiàn)的門(mén)式剛架結構。門(mén)式剛架輕型房屋，其結構一般由主骨架和支撐系統構成，主骨架包括：1)主受力構件-門(mén)式剛架;2)墻架;3)檁條等;支撐系統包括：1)剛架柱之間的垂直支承;2)剛架梁之間的水平支撐;3)剛性系桿、拉條;4)隅撐等。

        從以上的構成可以看出，支撐系統占有很大的比例，這也是輕鋼結構的特點(diǎn)。

        門(mén)式剛架房屋上作用的荷載一般有：豎向荷載(結構自重，雪荷載，積灰荷載，)和水平荷載(風(fēng)荷載，吊車(chē)剎車(chē)力),還有地震荷載(水平和豎向)。由于輕鋼結構自重較輕，所以對地震的反應也較輕，這一點(diǎn)對抗震非常有利。

        B.判斷結構是否適合用輕鋼結構

        是否為輕鋼，可以根據結構承受荷載的大小，以及結構類(lèi)型來(lái)定的。1、樓、屋面結構體系：如果是鋼筋混凝土樓、屋面板，荷載較大就不能用輕鋼結構;2、吊車(chē)荷載：如果有較大噸位的吊車(chē)就不符合輕鋼結構的要求;3、結構體系：要是建筑物為多層，或是比較高的單層結構也不宜按輕鋼設計。

        C.《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結構技術(shù)規程》CECS102：2002的適用范圍

        適用于主要承重結構為單跨或多跨實(shí)腹門(mén)式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無(wú)橋式吊車(chē)或僅有起重量不大于20t的中、輕級工作制橋式吊車(chē)或3t懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。

        D.門(mén)式剛架各構件的作用

        門(mén)式剛架，建筑物上的各種荷載主要由它承擔并將其傳給基礎，剛架與基礎的連接有剛接和鉸接兩種形式，一般宜采用鉸接，當水平荷載較大，房屋高度較高或剛度要求較高時(shí)，也可采用剛接。剛架柱與斜梁為剛接。剛架的特點(diǎn)是平面內剛度較大而平面外剛度很小，這就決定了它在水平荷載作用時(shí)，可承擔平行與剛架平面的荷載，而對于垂直剛架平面的荷載卻無(wú)能為力。

        墻架，主要承擔墻體自重和作用于墻上的水平荷載(風(fēng)荷載)，并將其間接傳給主體結構。

        檁條，承擔屋面荷載，并將其傳給剛架。檁條還通過(guò)螺栓與每榀剛架連接起來(lái)，與墻架梁一起與剛架形成空間結構。

        由于檁條和墻架梁之間都是由螺栓連接的，連接點(diǎn)近似于鉸接，又由于檁條和墻架梁的長(cháng)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置一定數量的剛性系桿。我們剛才說(shuō)了，剛架平面外的剛度很小，這樣，我們必須設置剛架柱之間的柱間支撐和剛架梁之間的水平支撐，使其形成具有足夠剛度的結構;由于檁條和墻架的平面外剛度小，所以，有必要設置拉條(增加支撐)，以減小在這個(gè)方向的長(cháng)細比;對于剛架斜梁，一般是上翼緣受壓，下翼緣受拉，上弦由于檁條相連，一般不會(huì )出現失穩，但當屋面風(fēng)荷載吸力作用時(shí)斜梁下翼緣有可能變號受壓從而失穩，因此，設置隅撐就十分必要了。

        另外門(mén)式剛架與基礎是通過(guò)地腳螺栓連接的，當水平荷載作用形成的剪力較大時(shí)螺栓就要承擔這些剪力，我們一般不希望螺栓來(lái)承擔這部分剪力，在設計時(shí)我們也沒(méi)考慮它的作用，而是設置剛架柱腳與基礎之間的剪力鍵來(lái)承擔這部分剪力。
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