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多层轻钢别墅的结构设计

2021-02-15 06:16:25
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随着人们生活水平的提高,对建筑物抗 震 性和安 全性要求的提高,人们开始将目光投向另外一种建筑体系—轻钢别墅。其丰富优美的坡屋顶造型以及与众不同的建筑外观,越来越受到人们的青睐。
   1轻钢别墅的结构选型
  轻钢别墅一般为2层或3层,由于采用轻型屋面,所以顶层结构受力远比其它结构层小,所以钢柱可以变截面,以节省钢材。为了美观要求,别墅住宅一般不允许有水平支撑和垂直支撑,所以轻钢别墅的结构体系一般情况下,钢柱和钢梁刚接。次梁与主体结构的连接采取铰接办法,以简化施工工艺。屋面层结构的钢梁和钢柱可采用刚接或铰接,由于该层结构的断面尺寸和厚度均比较小,焊接较容易,若采取螺栓连接,整个结构方案比较复杂,为了简化施工工艺,笔者认为采取刚接。梁柱可用截面高度100~120mm的方管或双C型冷弯薄壁型钢制作而成,屋面结构和其它结构层的柱脚连接既可刚接也可铰接,笔者倾向于刚接,因为轻钢别墅一般也就是2层或3层,总高度一般不会超过15m,所以整个变截面钢柱可以在工厂制做好,这样既节省了安装时间,又可节省螺栓,从而降低安装费用。结构由于受力较大,所以断面也较大,钢柱与基础的连接既可以刚接,也可以铰接。如果风载较大或设防烈度要求较严,可以采取刚接的方法以控制侧移。一般情况下建议采用铰接柱脚。这样对基础的要求放松,从而降低基础成本。
  综上所述,轻钢别墅的结构方案可以归纳为如下几种形式:①刚接框架,柱脚铰接;②刚接框架,柱脚刚接;③下层刚接框架,上层门式刚架,柱脚铰接;④下层刚接框架,上层门式刚架,柱脚刚接。
  若楼板采用现浇板或压型组合楼板,则可以考虑楼板的组合作用,这样得 到的结构体系较以上四种方案经济。但如果楼板为预制板,不宜考虑楼板的组合作用,此时预制板加大了结构的负荷,对抗震是不利的。为了改 善抗 震 性能,在预制楼板上再做一薄层现浇钢筋混凝土叠加层。如果结构层数增加,荷载增大,并且考虑防 火要求,钢柱又可以采用组合柱,那么以上四种结构方案又可以延伸成以下几种新的结构形式:a组合柱刚接框架,柱脚铰接;b组合柱刚接框架,柱脚刚接;下层组合柱刚接框架,上层门式刚架,柱脚铰接;d下层组合柱刚接框架,上层门式刚架,柱脚刚接。
  2轻钢别墅的结构选材
  钢柱一般可选用截面高度200~300mm的焊接H型钢或方钢管、矩形管等。H型钢有强弱轴之分,其两个方向的截面特性相差很大,选用H型钢做钢柱,一般由弱轴来控制钢柱的截面特性,所以由此选取的断面偏大,不经济。为了使两个方向的截面特性相近,笔者采用管材作为钢柱,其对各个方向的受力具有良好的改 善。并且管材封闭,既便于装修,又利于维护。同时表面积减少,也降低了油漆费用。
  3轻钢别墅的计算
  结构分析比较简单,可以采用SAP2000计算程序,以及TAT和SATWE三维空间计算程序,梁柱采用杆系单元。一般应建立空间模型进行计算分析。
  4轻钢别墅的特点
  与传统结构相比,轻钢别墅具有以下特点:钢结构的截面尺寸小,可以增加建筑物的有 效使用面积3%~6%;屋面结构采用冷弯薄壁型钢,易于制作各种造型的坡屋顶;屋面采用轻质彩色钢板,外观丰富美观,防 水、保温性能好;钢结构作为承重体系,有 效降低了建筑物自身的重量,减轻基础受力,节省了基础造价,同时还减少了地震反应,抗 震 性能好;平面布置灵活而方便,容易满足建筑上提出的要求;若和楼板共同作用,能有 效地降低结构层高,从而降低造价;施工速 度 快,周期短。缩短工期,提前投产,可以带来可观的经济效益;便于管道设置。

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