分析高层钢结构住宅的结构体系

2019-03-22 08:43 钢结构住宅 钢结构华邦建设

　　一、钢框架住宅结构体系

　　钢框架住宅结构体系是高层钢结构住宅体系中最常见的一种，通常状况下，梁柱的节点使用刚接，竖向荷载和水平荷载的承受通过梁柱受弯来实现。钢结构纯框架体系最为简单，它除了具有较好的延性以外，抗震性能也是最强。钢框架住宅结构体系受力明确，能够灵活使用，具有较快的施工速度和简单的安装制作程序，但是为了承受侧向力，梁柱截面的面积一般较大。同时，钢框架住宅结构体系能够灵活的进行平面布置，体系各部分的刚度较为均匀，结构自重轻且不会有集中应力产生，与其他形式的结构也容易结合。另一方面，由于钢框架住宅结构体系中，柱和梁的组合是最主要的受力构件，在水平荷载作用时，柱子和梁会产生剪力和弯矩，从而使得梁柱出现变形。对每一个楼层，柱子上端和下端的剪切与弯曲变形会导致与杆轴相垂直的位移，从而造成框架产生位移。因此框架抵抗侧力的强弱由梁柱的刚度及受弯能力决定，应该适当增加梁柱的截面面积。但是如果梁柱的截面面积太大，会对住宅内的活动空间和家具布置产生影响。同时节点应该进行刚接或半刚接，但这样做会让节点的构造比较复杂，由于属于单一的侧力抵抗结构体系，若发生地震，会造成较严重的破坏。

　　二、交错桁架住宅结构体系

　　在交错桁架住宅结构体系中，桁架之中的杆件所受力为轴力，能够较为充分的进行材料性能的利用，从而节省钢材。桁架结构体系具有较多的腹杆，在住宅结构中使用时会对室内美观和空间利用造成影响，所以需要巧妙利用，因此产生了交错桁架住宅结构体系。它由钢结构住宅结构体系演变而成，在建筑功能和力学特性上都由于钢框架住宅结构体系，一般由柱子、钢桁架、平面和楼面板构成。交错桁架住宅结构体系在建筑布置方面优越性较大，在房屋周围可以布置柱子，而中间没有柱子，在相邻柱子的上层和下层进行桁架的交错布置，桁架的高度和层高相同。在桁架的上弦来搁置楼板的一端，相邻桁架的下弦来布置楼板的另一端。因为中间没有柱子，桁架布置在两开间，所以此种结构非常适合住宅单元和旅馆的布置要求。交错桁架结构体系主要利用楼板来将水平力传递到桁架的斜腹杆，最终利用落地桁架的底层支撑或斜腹杆来讲水平力传到基础。柱子一般承受轴力，作用在它上面的弯矩和剪力比较小。该体系是一种高效、实用和经济的的结构体系，对于提高高层钢结构住宅结构体系的抗震性能具有重大作用。

　　三、钢框架核心筒住宅结构体系

　　钢框架核心筒住宅结构体系是通过电梯间或卫生间来形成混凝土核心筒，而且四周封闭，然后和热轧H型钢框架一起形成组合结构。一般将小刚柱配置在筒体角部从而使得延性增加且安装方便。此结构核心筒具有较强的抗侧移强度，受力分工明确，一般承受水平荷载。竖向荷载由钢框架承担，如此能够使得钢结构的截面尺寸大大减小。因为核心筒是现浇的，卫生间具有较好的防水性能，能够防止因为施工不当而产生的渗水导致的钢构件锈蚀。核心筒住宅结构通过滑膜来施工，施工速度快慢在混凝土结构和纯钢结构之间。钢框架核心筒住宅结构体系具有和钢筋混凝土中的框剪体系类似的受力特点，在水平力作用时，混凝土的核心筒一般为抗侧力结构体系，在楼板协调变形之后，有较小的水平剪力通过钢框架承受，混凝土核心筒在承受倾覆力矩的同时又将主要的水平剪力承担。因为混凝土核心筒是弯曲性的变形曲线，而钢框架的为剪切型，所以，在楼面协调变形之后，水平剪力在钢框架的顶部大于下部。此类结构体系在发生地震时，墙体会出现裂缝，侧向刚度快速减小，使得钢框架所承受的水平剪力和倾覆力矩大于弹性阶段。因此在设计过程中，要将钢框架核心筒结构在弹性阶段的水平剪力增加。

　　四、高层钢结构住宅维护体系

　　高层钢结构住宅结构维护体系中，墙体材料一般用于解决防火、防渗漏、隔热、隔声等问题，如今使用的墙体材料一般采用加气轻质混凝土砌块。为了发挥高层钢结构住宅维护体系的优点，使得结构自重减轻，外墙体主要使用复合轻质墙板，通过外挂式来连接梁柱，如果住宅在六层以下，那么也能采用加气内嵌式混凝土砌块。外墙板具有较为复杂的功能，需要具有防火、防水、隔热、隔声、美化、强度高和保温作用，一般分为不承重、承自重和承重三种。在高层钢结构住宅结构体系中，一般使用不承重结构。内墙板根据作用有户内隔墙和分户墙两种，分户墙相比户内隔墙具有较好的防盗、抗冲和隔音功能。内墙材料主要用加气混凝土砌块，纤维石膏板、纸面石膏板和纸面稻草板也有时采用。高层钢结构住宅维护结构体系的受力包括竖向板的自重和风振作用所产生的水平力。与钢筋混凝土结构相比，高层钢结构的特点是水平力作用时，水平变形较大，因此维护结构所使用的材料应该具有足够的变形能力和抵抗荷载强度。在作用有风荷载时 ，门窗洞口处的结构维护是处理的重点，如果处理不好会导致渗漏和开裂，因此洞口板的维护应该要特别注意。

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