【正文】 xDisp，YDisp，ZDisp— 節(jié)點(diǎn)x，y，z方向的位移。JmaxD一最大層間位移對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號:Max(Z)一節(jié)點(diǎn)的最大豎向位移。Tower一塔號。(10)鋼結(jié)構(gòu)建模采用PKPM中的STS[2]軟件，計(jì)算分析采用SATWE分析軟件，其原理為有限元計(jì)算理論[23]。(3)計(jì)算地震作用時(shí)，計(jì)算柱時(shí)活載按規(guī)范折減、計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)活載不折減。首層鋼框架柱主要有:H450x450x20x2H450x350xl2x20等，二層以上鋼柱截面適量減小。以上措施經(jīng)綜合比較各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際工程中要根據(jù)具體情況選用。薄型涂料外觀效果好，但多數(shù)為有機(jī)涂料，長期暴露在空氣中容易老化而導(dǎo)致防火性能的降低。細(xì)分有實(shí)體外包和板材外包。 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范)和(高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定，耐火等級為一、二級的建筑物，其柱(支撐多層的柱、支撐單層的柱)、梁、樓板和屋頂承重構(gòu)件均應(yīng)采用非燃燒體。因此，普通建筑用的鋼材作為建筑物的承載主體，一旦發(fā)生火災(zāi)，在高溫作用下，其承載力急劇下降，致使鋼結(jié)構(gòu)不可避免地出現(xiàn)變形，造成建筑物部分或全部坍塌。日本神戶大地震后，曾對SP板房屋建筑做了調(diào)查，結(jié)果表明其抗震性能好，震害較輕。另外，SP板采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為受力主筋，其最大跨度可達(dá)18米，可滿足各種結(jié)構(gòu)的需要。(2)樓板中增加了壓型鋼板，樓層凈高有少量的降低，按每層75mm計(jì)。(2)非組合樓板?；炷梁弯摬牡臉O限拉應(yīng)變相差很大，而鋼材達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的應(yīng)變就要大得多了。(2)平面整體剛度大，抗震性能好。比框筒結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)和平面布置上具有更大的靈活性?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》[9]規(guī)定，對于地震區(qū)的結(jié)構(gòu)體系尚應(yīng)符合以下要求:應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。采用輕質(zhì)材料時(shí)，房屋質(zhì)量輕，承重結(jié)構(gòu)的用鋼量低，同時(shí)，由于地震作用小，需要的抗側(cè)剛度也就小。(2) 房屋的尺寸和體形，包括平面形狀、立面要求、房屋高度及高寬比等。在可能條件下，盡量注意美觀，特別是外露結(jié)構(gòu)，有一定建筑美學(xué)要求。柱、桁架預(yù)先在工廠制作，現(xiàn)場安裝方便，施工周期短?？v向的水平荷載經(jīng)由樓板蒙皮板作用傳到外圍柱上，結(jié)構(gòu)用一般的方式的抵抗了荷載，如剛性框架或支撐排架等。另一種是帶有填充混凝土的大跨度組合壓型金屬板。結(jié)構(gòu)簡介交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系[16]，[17]是麻省理工學(xué)院于20世紀(jì)60年代中期開發(fā)的一種新型結(jié)構(gòu)體系主要適用于中、高層住宅、旅館、辦公樓等平面為矩形或由矩形組成的鋼結(jié)構(gòu)房屋，在美國、澳大利亞等國家己有不少應(yīng)用，但在我國基本還是空白。當(dāng)核心筒的高寬比值較大時(shí)，宜在頂層及每隔若千樓層的設(shè)備層或避難層，沿核心筒的縱、橫墻體所在平面，設(shè)置整層樓高的外伸剛性析架(剛臂)，加強(qiáng)核心筒與外圈鋼柱的連接，讓外圈鋼柱與核心筒連成一個(gè)整體抗彎構(gòu)件，以加大整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的抗推剛度和抵抗傾覆力矩的能力，減小結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移值和最大層間側(cè)移值。兼作模板支架:型鋼在混凝土尚未澆灌之前即己形成鋼構(gòu)架，有相當(dāng)大的承載力，可用作其上若干樓層平行施工的模板支架和操作平臺，因而其施工速度僅稍慢于鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡介鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼梁、鋼柱周圍配置鋼筋，澆注混凝土后使鋼骨與混凝土成為共同作用的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。同時(shí)，內(nèi)填混凝土反過來又阻止薄壁鋼管受壓時(shí)的局部屈曲，與鋼筋混凝土桿件相比較，圓鋼管混凝土桿件的抗剪強(qiáng)度和抗扭承載力也幾乎提高一倍。圖22 幾種偏心支撐一個(gè)節(jié)間的構(gòu)造示意[13]計(jì)算方法框架一支撐結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算方法同框架體系的計(jì)算方法基本相同，只是其計(jì)算簡化有所不同。對角支撐在側(cè)向荷載向一個(gè)方向作用時(shí)受壓，而當(dāng)側(cè)向荷載向另一個(gè)方向作用時(shí)受拉，UBC(美國統(tǒng)一建筑規(guī)范) 規(guī)定，由于支撐的受拉承載力比受壓承載力大許多，不同方向傾斜的支撐數(shù)目應(yīng)均衡[12]。圖 2一 1所示不同的支撐形式有不同的特點(diǎn)。(2)框 一 撐體系的側(cè)移采用框 一 撐體系的建筑，框架和支撐由于水平(側(cè)向)剛度很大的各層樓蓋的聯(lián)系和協(xié)調(diào)不再能自由的單獨(dú)變形，兩者的側(cè)向變形趨于一致。一般來說，此體系較純框架結(jié)構(gòu)用鋼量少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較其他體系相對簡單。該方法的計(jì)算步驟與反彎點(diǎn)法相同，因而計(jì)算簡單、實(shí)用，精度比反彎點(diǎn)法高。由精確分析可知，各層荷載對其它層桿件內(nèi)力影響不大，因此，在近似方法中，可將多層框架簡化成單層框架，即分層作力矩分配計(jì)算。對于層數(shù)不太多的樓房，框架體系是一種應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)體系，需作抗震設(shè)防的樓房，采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，房屋的最大高度不應(yīng)超過表2一1的規(guī)定[10]。在空間設(shè)計(jì)上由于采用模數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師可根據(jù)業(yè)主要求靈活調(diào)整空間格局，滿足不同生活方式的需要。對于鋼結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力性能是結(jié)構(gòu)整體性能的重要因素，決定著結(jié)構(gòu)的選型和用鋼量。小震不壞 、大震不倒、結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足建筑物在正常使用條件下的相關(guān)要求。由于1號教學(xué)樓平面較大，根據(jù)所設(shè)伸縮縫分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)。同時(shí)，我國建筑用鋼在鋼材總產(chǎn)量中的比例也很低，為20%~30%，低于發(fā)達(dá)國家的45%~55%，而且我國絕大多數(shù)建筑用鋼是用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中的鋼筋，鋼結(jié)構(gòu)用鋼(板材、型材等)還不到建筑用鋼的2%。塔剎類建筑則有建于1061年，目前仍保存完好的湖北荊洲13層玉泉寺鐵塔，以及山東濟(jì)南鐵塔寺鐵塔和江蘇鎮(zhèn)江的甘露寺鐵塔[6]。在日本，其鋼結(jié)構(gòu)低層住宅已占工業(yè)住宅的71%。20世紀(jì)60 年代開始大量應(yīng)用由彩色壓型板及冷彎薄壁型鋼凜條組成的輕質(zhì)圍護(hù)體系。各種專業(yè)規(guī)范、規(guī)程相繼出臺或修訂，如《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99一98) 、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017一2003)、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011一2001) 等等，標(biāo)志著我國鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)一步成熟。樓(屋)面多采用復(fù)合樓板，如壓型鋼板一混凝土組合板、輕鋼龍骨樓蓋等，符合建筑節(jié)能和環(huán)保要求，可以達(dá)到節(jié)能50%的目標(biāo)，節(jié)約了我國相對人均短缺點(diǎn)能源。表11 1985年墨西哥地震震害統(tǒng)計(jì)[3]結(jié)構(gòu)類型建造年代破壞程度1957年以前19571976年1976年以后合計(jì)鋼框架倒塌73010嚴(yán)重破壞1102混凝土框架倒塌2751482嚴(yán)重破壞1623645制造簡單，施工周期短鋼結(jié)構(gòu)所用的材料多是成品或半成品材料，加工比較簡單，并能夠使用機(jī)械操作，易于定型化、標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)化生產(chǎn)程度高，因此，鋼構(gòu)件一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)加工廠制作而成，精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。另外，多層民用建筑中的管道很多，如果采用鋼結(jié)構(gòu)，可以在梁腹板上開洞以穿越管道，如果采用混凝土結(jié)構(gòu)，則不宜開洞，管道一般從梁下通過，從而要占用一定的空間。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，要提高建筑性能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)能化，符合“十一五”發(fā)展綱要，目前最適宜的結(jié)構(gòu)首推鋼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，我國也是一個(gè)人均資源占有量相對緊缺，能耗總量相對較大的國家。目前我國的能耗總量己達(dá)到世界第一，在提高建筑質(zhì)量的同時(shí)必須綜合考慮資源節(jié)約問題，建筑節(jié)能與開發(fā)清潔能源刻不容緩[1]。本文以廣州地區(qū)較早興建的多層民用鋼結(jié)構(gòu)建筑——廣東某學(xué)院1號教學(xué)樓作為研究對象，對該類型的多層民用鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化研究。因此在樓層凈高相同的條件下，鋼結(jié)構(gòu)樓層高度要比混凝土的小，可以減小墻體高度，并節(jié)約室內(nèi)空調(diào)所需的能源，減小房屋維護(hù)和使用費(fèi)用。構(gòu)件在工地拼裝時(shí)，多采用簡單方便的焊接和螺栓連接，鋼構(gòu)件與其他材料構(gòu)件的連接也比較方便。鋼結(jié)構(gòu)的施工方式為干式施工，可避免混凝土濕式施工所造成的環(huán)境污染。另一方面，建設(shè)部等相關(guān)部委相繼發(fā)布了一系列指導(dǎo)性政策和意見，把鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)列為“十五”期間十大重點(diǎn)推廣技術(shù)，對我國鋼結(jié)構(gòu)建筑業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展起到了積極推動(dòng)作用。目前鋼結(jié)構(gòu)體系開始逐步滲入到對跨度和荷載并無特殊要求的居住建筑領(lǐng)域。在澳洲，澳洲鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場占有率約15%。18世紀(jì)歐洲工業(yè)革命以后，由于鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在歐洲各國的應(yīng)用逐漸增多，范圍也不斷擴(kuò)大，而我國在1840年鴉片戰(zhàn)爭以后，淪為半封建半殖民地國家，經(jīng)濟(jì)停滯不前，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展非常緩慢，與歐美各國差距拉大。要縮小差距，必須在量大面廣的多層民用建筑中推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)。為使所研究的對象具有普遍性、實(shí)用性和可比性，本文具體選取了其中的1區(qū)建筑(V軸至X軸)進(jìn)行分析。同時(shí)，結(jié)構(gòu)體系還應(yīng)具有較高的延性和較大的耗能能力，以使建筑結(jié)構(gòu)在遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。適用于多層民用房屋的鋼結(jié)構(gòu)體系根據(jù)層數(shù)、抗震等要求可分為薄壁鋼骨體系、純鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼混結(jié)構(gòu)體系和交錯(cuò)析架體系?？傮w來看，薄壁鋼骨體系住宅是一種工廠化制造、能快速組裝、完全干作業(yè)的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，具有用鋼量少、抗震、節(jié)能和建造省時(shí)、省工等特點(diǎn)。表 2 1 鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的最大高度 (m)結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架1109050框架—支撐、框架—墻板220200140簡體和巨型框架300260180該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論成熟，設(shè)計(jì)施工簡單，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單。上述兩點(diǎn)即為分層計(jì)算法的基本簡化假定。因此該方法在多高層的計(jì)算中得到了廣泛的應(yīng)用。從經(jīng)濟(jì)角度看，把支撐設(shè)計(jì)為僅僅受拉的構(gòu)件是很誘人的，因?yàn)殇撛诳估瓡r(shí)是十分有效的，但是這會導(dǎo)致在強(qiáng)震作用下低劣的彈塑性性能。各層剛性樓蓋協(xié)調(diào)的結(jié)果使框一撐體系具有一條共同的側(cè)移曲線，從而使框架下部和支撐上部的較大層間側(cè)移角均得以較大幅度的減小。圖 2一1中心支撐框架的典型形式X型支撐通常十分細(xì)軟，有很大的抗拉承載力但抗壓屈曲承載力很小。(2)偏心支撐偏心支撐(偏交支撐)的特征是:支撐斜桿與梁、柱的軸線不是交匯于一點(diǎn)而是偏離一段距離，形成一個(gè)先于支撐斜桿屈服的“消能梁段”，偏心支撐框架的每根桿件應(yīng)至少有一段與框架梁連接，并在斜桿與梁交點(diǎn)至柱之間或至同一跨內(nèi)另一斜桿與梁交點(diǎn)之間形成消能梁段。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，可采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同計(jì)算模型。(2)截面尺寸小。結(jié)構(gòu)的性能(1)與鋼筋混凝土構(gòu)件相比，具有以下特點(diǎn):整體工作:鋼骨架與混凝土形成整體，共同受力。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)都是結(jié)構(gòu)框架體系采用鋼與混凝土組合作用，兩種材料相輔相成共同工作，都具有承載力高、抗震性能好、變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)該體系在我國應(yīng)用極為廣泛，目前新建的高層、超高層建筑幾乎都采用了這種結(jié)構(gòu)體系，混凝土筒體抗側(cè)力的效果較好，具有節(jié)約鋼材、降低造價(jià)，施工方便等優(yōu)點(diǎn)。在人們致力于為多層住宅建筑提供最小樓層高度的鋼結(jié)構(gòu)體系時(shí)，交錯(cuò)桁架體系發(fā)展起來了。桁架的上弦和下弦通常采用寬翼緣型鋼來有效地抵抗由樓板荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。為了提供額外的強(qiáng)度和剛度，通常對外圍柱子加以調(diào)整以使強(qiáng)軸協(xié)助抵抗延縱向的側(cè)向荷載。其主要缺點(diǎn)在于: 桁架不利于門窗布置及人流安排。以上所列鋼結(jié)構(gòu)體系的幾種類型，各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體應(yīng)用要根據(jù)實(shí)際情況，綜合比較，主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素，并做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量。建筑平面簡單時(shí)，風(fēng)荷載體形系數(shù)小，水平荷載作用下也不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，需要的抗側(cè)剛度就低。(4)工程造價(jià)，也是影響結(jié)構(gòu)體系選用的一個(gè)重要因素。應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。其次，在內(nèi)部設(shè)計(jì)因素方面，本案例為6層建筑，層數(shù)不高，體形規(guī)整，平面不復(fù)雜，立面不存在結(jié)構(gòu)突變，適宜采用框架體系。 (3)和鋼梁共同工作，形成組合梁，可減小梁截面的高度。在氣溫高的地區(qū)，由于溫度的升高會造成暴露在空氣中的鋼材的溫度拉伸大于混凝土。金屬板只是用來充當(dāng)混凝土成型的模板，此種板在抵抗活荷載作用時(shí)被認(rèn)為是一種無效的形式。(3)壓型鋼板目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)生產(chǎn)廠商都有各自的一套技術(shù)資料，給設(shè)計(jì)人員帶來不便[18]。(2)任意切割，不受建筑模數(shù)限制。SP預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋也有一些不足之處:(1)跨度大，運(yùn)輸和吊裝的難度也較普通的預(yù)應(yīng)力圓孔板大，容易造成意外損壞。（1）火勢發(fā)展快、蔓延迅速。鋼結(jié)構(gòu)雖然為非燃燒體，但未加防一火保護(hù)的鋼柱、鋼梁、 小時(shí)應(yīng)采用防火保護(hù)措施，分別滿足規(guī)范規(guī)定的耐火極限要求。最常用的實(shí)體外包法是將現(xiàn)澆混凝土澆灌于臨時(shí)模板中以封閉鋼柱鋼梁。表2一4鋼構(gòu)件不同防火措施比較[9]外包法膨脹型防火材料墻體屏蔽實(shí)體外包板材外包混凝土外包鋼絲網(wǎng)抹灰外包防火石膏板外包薄型厚型價(jià)格1520元/m23040元/m260150元/m275100元/m25070元/m2幾乎不增加造價(jià)外觀無法體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征表面粗糙需另加處理無法體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征較好體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征，表面美觀較好體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征，表面粗糙結(jié)構(gòu)被墻體掩藏施工狀況濕作業(yè)效率低濕作業(yè)效率低裝配式施工方便涂刷施工方便噴涂施工方便等同于墻體施工占用戶內(nèi)面積外包層厚度至少100mm，占用較多面積外包層厚度至少50mm，占用較多面積占用較多面積幾乎不占戶內(nèi)面積，25mm厚幾乎不占戶內(nèi)面積，23cm厚墻體占用空間大耐火極限標(biāo)準(zhǔn)不同厚度滿足不同要求不同種類及板厚能滿足不同要求不同厚度滿足不同要求以墻體耐火極限為準(zhǔn)(3)充水法。鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)構(gòu)造作法應(yīng)合理、堅(jiān)固、經(jīng)濟(jì)、易于施工，并利于裝修。教室內(nèi)主梁作加腋處理，加腋部分為H1000x250x10xl4。(4)框架抗震等級三級。圖3一1 Ⅰ區(qū)二層結(jié)構(gòu)布置圖 計(jì)算結(jié)果圖3一2 Ⅰ區(qū)二層鋼構(gòu)件應(yīng)力比簡圖 (1)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的振動(dòng)周期(秒)、X，Y方向的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)為:振型號 周期 轉(zhuǎn)角 平動(dòng)系數(shù)(X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù)1 (+) 2 (+) 3 (+)