钢结构住宅范文
在高层建筑的风振分析中，计算模型一般采用每层两个平动自由度和一个扭转自由度的简化层刚片模型。一般的建模方法是从结构设计软件(如SAT-WE)所构建的结构有限元静力模型中提取层间刚度，再由下式组成整体刚度矩阵:式中，Ki为第i层的层间平动或扭转刚度。为验证该模型的准确性，文中利用Ansys软件同时建立了由梁单元模拟梁柱构件、壳单元模拟楼板的精细有限元模型。表1的第二和第三列给出了这两种模型计算得到的结构前三阶自振频率，可见该简化模型的频率与原结构的精细模型相比存在一定偏差。实际分析中一般采用试算方法对刚度矩阵进行修正，以获得与原结构更为一致的结构频率和振型。修正后的剪切层模型的结构频率如表1第四列所示，显然修正后的频率与精细模型吻合较好。然而这种直接对简化后的刚度矩阵进行修正的方法可能对结构的风振响应带来影响，造成结构响应与原结构存在偏差。
据此文中提出了一种根据柔度系数的概念，从原结构精细模型中求得各层平动和扭转方向的柔度系数，再由柔度矩阵求逆建立刚度矩阵的建模方法。由文中模型计算得到的结构前三阶自振频率如表1右侧一列所示，可见该模型无需修正即可获得与精细模型偏差很小的结构频率。柔度系数的计算可在基于刚性楼板假定的原结构精细有限元模型上进行。根据柔度系数的概念，该系数dij表示第i个自由度上施加单位力，在第j个自由度上所产生的位移。如果第j自由度为平动自由度，则为减小由此引起的扭转位移量，可将力分别施加于沿该平动坐标轴两侧对称分布的节点上，并取合力为1。对于扭转向位移，是指结构各楼层四个角点相对于结构刚度中心的角位移的平均值。
2风振响应分析
工程中最关心的是峰值响应，它定义为响应均值加上峰值因子与响应均方根值的乘积，文中取峰值因子为2.5。以下给出按50年一遇的基本风压得到的结构峰值位移响应结果以及按10年一遇基本风压求得的峰值加速度响应结果。
2.1位移响应结果图2给出了由文中模型和剪切层模型计算得到的顶层顺风向、横风向和扭转向峰值位移随风向角的变化曲线以及与精细有限元模型的对比，这里的扭转向位移已转化为建筑角点处的切向线位移。表2给出了两个最不利风向角下两种简化模型的峰值位移相对于精细模型的偏差。由上述图表可见，该住宅建筑的顺风向峰值位移最大值明显大于横风向和扭转向之值，说明位移响应仍由顺风向控制，但横风向和扭转向位移之值与顺风向处于同一量级，不能忽略。与剪切层模型相比，由本文模型计算得到的峰值位移更接近精细模型的结果;不利风向角下本文模型得到的顺风向和横风向位移的最大偏差不到8%，扭转向偏差稍大，为22.48%;但剪切层模型的相应偏差则达到19.10%和42.64%，这可能与该模型不能很好地反映实际结构的平动与扭转的多模态耦合效应有关。
2.2加速度响应结果建筑顶点的风振加速度是衡量高层住宅正常使用舒适度的重要参数之一。图3给出了不同模型的加速度结果比较，表3则列出了两个不利风向角下的峰值加速度数值及简化模型相比于精细模型的偏差。由图3和表3可知，该建筑的横风向峰值加速度最大值明显大于顺风向之值，而扭转向数值也接近于顺风向。这表明对于这类高层住宅钢结构，其加速度响应已转由横风向控制，且扭转向加速度数值已接近于顺风向。本文简化模型及剪切层模型的峰值加速度结果与精细模型均吻合较好，不利风向角下本文模型的结果均略大于精细模型的结果，最大偏差为19.22%，总体略偏于安全;而部分风向角下剪切层模型的结果略小于精细模型，对结构略偏于不安全。
3结语
钢结构住宅范文篇2
关键词：高层钢结构住宅结构钢框架交错桁架维护体系
中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
1、高层钢结构住宅结构体系的特点
和传统的结构比较，高层钢结构住宅体系具有如下特点：首先具有优越的抗震性能和较高的承载强度。相同大小的荷载作用时，高层钢结构构件具有最小的截面，而截面大小相同时，钢结构构件能承受最大的承载力。在一些抗震设防地区，钢结构体系相比钢筋混凝土体系具有延性好、强度高、塑性变形能力强、自重轻和耗能能力强等一些优点，抗震性能也较为优良，因此使得住宅的可靠安全性大大提高。其次，高层钢结构体系能够进行功能区间的合理布置。传统的住宅结构体系因为材料特点的限制，空间布置也受到了限制，而高强度的钢材所做成的钢结构体系重量较轻，能够形成复杂的大跨度结构，从而在施工中建筑师可以灵活的进行隔断，使得住宅内的空间布置较为自由。接着，钢结构体系的具有较大的有效使用面积。在相同柱距的前提下，钢结构住宅体系因为具有跨度大、刚度大、强度高等特点，梁柱截面的面积较小，因而在建筑总面积中钢结构体系所占用的面积较小，因此建筑的有效使用面积相应增加。最后，钢结构具有较小的自重和较低的综合造价。钢结构较小的重量使得吊装和运输费用大大降低，相应的基础负载也大大减少，从而使得工程造价中的基础造价大幅度降低。钢结构同时具有较短的施工周期和较快的施工速度，使得模板费用和人工费等相应减少。另外，钢结构住宅体系具有良好的节能效果，传统的粘土砖被新型的标准化节能预制墙板所替代，因此钢结构建筑具有较好的保温性能。
2、高层钢结构住宅结构体系分析
2.1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，水平荷载和竖向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，梁和柱的组合是最主要的受力构件，在水平荷载作用时，梁和柱子会产生弯矩和剪力，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。同时节点应该进行半刚接或者刚接，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，1995年的日本阪神地震就能说明。
2.2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，在力学特性和建筑功能上都由于钢框架住宅结构体系，一般由钢桁架、平面、柱子和楼面板构成。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旅馆和住宅单元的布置要求。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。
2.3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。
2.4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、隔热、隔声、防渗漏等问题，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，需要具有隔热、隔声、防火、防水、强度高、美化和保温作用，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。
3、结语
住宅结构的建设时国民经济进步和人民日常生活的需要，高层钢结构住宅结构体系的使用，对于促进住宅建设、满足人们对住宅品质和住宅数量的需要、降低土地资源的浪费以及促进建筑行业在未来的可持续发展意义重大。本文在对高层钢结构住宅结构体系的特点进行研究的基础上，主要阐述了四种高层钢结构体系。
参考文献
[1]颜宏亮，马林.墙体改革与轻钢住宅体系的发展，《住宅科技》，2001.8.
钢结构住宅范文
关键词:低层住宅轻钢龙骨结构体系设计
1概述
随着我国城镇化进程的快速发展，必将兴建大量的低层及多层住宅。传统上，这些建筑都采用砌体结构，其施工便捷，造价低廉，易于取材。但其缺点也是显而易见的，砌体结构抗震性能差，破坏环境，这与我国现有的国情及国策相违背。我国钢产量的迅速提升，为在低层住宅中采用钢结构提供了基本保证。
1．1轻钢住宅的优点
轻钢住宅一般指以冷弯薄肇型钢，轻型焊接和高频焊接型钢、轻型热轧型钢、薄钢板、薄钢管及以上各构件拼接、焊接而成的组合构件为主要受力构件，大量采用轻质隔离材料的低层和多层钢结构。与传统结构相比，轻钢住宅具有如下优点：
1)强度高，自重轻，抗震性能高；
2)施工速度快，建设工期短；
3)便于工业化、定型化生产；
4)建筑空间布置灵活，能满足不同住户对住宅的多种功能要求；
5)有利于环保。
1．2轻钢住宅结构体系
1)框架结构。这种体系在低层钢结构住宅中较早得到应用，它构造简单，施工速度快，技术难度小，同时由于低层住宅对水平荷载的要求不高，避开了框架结构弹性刚度差的缺点；梁与柱之间的连接采用刚接，各部分刚度分布均匀。
2)框架支撑结构体系。这种体系是框架结构的延伸，为了增强结构的侧向刚度，减小层间位移，在框架的基础上增加支撑，从而提高了结构的整体刚度，增强了抵抗水平风荷载和地震作用的能力。它的应用范围很广泛，在国外很早就开始应用。
3)轻钢龙骨体系。这种体系是随着钢结构技术的不断成熟而产生的，从目前国外已经应用的轻钢龙骨结构体系来看，它主要分为：冷弯薄壁型钢格构式结构体系和热轧型钢组成的龙骨结构体系。冷弯薄壁型钢格构式结构体系的主承重结构是将工厂预制的冷弯薄壁型钢(C型或z型)在施工现场用螺栓连接形成结构骨架，再封上墙板、楼板、屋面板形成整体住宅，主要在低层住宅中应用，它又分Balloon式和Platform式格构体系。两者的区别是Balloon中的墙支柱在楼板连接处不间断，而Platform式中的墙支柱在楼板连接处断开，上一层的墙支柱支承在下一层的楼板上。轻钢龙骨结构体系在欧洲和北美洲较为成熟并大量应用于低层钢结构住宅。轻钢龙骨结构使钢结构住宅的优点更加突出：高强、自重轻、抗震性能好、可随意拼接、耐久、工业化生产和施工安装速度快等，具有较好的综合经济效益，被广泛
地应用于现代低层钢结构住宅中。
2低层轻钢骨架住宅的设计
本文所提及的低层轻钢骨架住宅，主要是指Platform式格构体系。在欧洲及北美地区，此体系大量应用于三层及以下的住宅中，并且由于具有完善的设计表格，其设计、施工都相当简单、便捷；在我国，轻钢骨架住宅处在推广阶段，其设计方法以参考国外规范及设计表格为主。
2．1轻钢骨架房屋受力特征分析
Platform式格构体系轻钢骨架的构成要素是龙骨一面一体；每一个体完成一个或数个建筑功能，体与体从受力体系上看，轻钢骨架房屋的竖向分体系
是以龙骨为特征的柱、梁；水平分体系是以夹板为特征的楼板、墙；荷载的传递路线如图1所示(此处，楼板作为刚性楼板，起到将水平荷载在各抗侧力构件间按刚度进行分配的作用)。之间不应有结构上的交叉。
从受力特征上看，轻钢骨架房屋属于剪力墙结构体系。传统的剪力墙是由混凝土浇筑或由单块砌块砌筑而成；而轻钢骨架中的剪力墙是由龙骨、夹板及螺钉连接而成，通过螺钉的连接，保证了龙骨与夹板的共同作用。在这个体系中，柱和墙是无法截然分开的，很难弄清楚在承受竖向荷载或是水平荷载的过程中，墙板和柱各分担了多大比例；但是，有理由相信，有夹板的柱子，其承受竖向荷载的能力要高于没有夹板的柱子，而有了龙骨的墙体，其承受水平荷载的能力也高于没有龙骨的夹板。
从连接上看，轻钢骨架房屋的连接均为柔性连接，每个连接点、每个构件，所允许的变形能力都足够的大，而且，由于连接点很多，单个连接点的失效对结构的整体性能是微乎其微的，这样的结果使得在地震及特殊情况下，其倒塌概率很低；对抗震非常有利。
2．2轻钢骨架房屋设计过程分析
在我国，由于缺乏必要的设计表格及设计软件，所以，设计基本上依赖于国外图标及规范标准。由于国外标准与我国规范的差异性，其设计文件在我国是901―不合法的，我国虽然已在《钢结构住宅》中对轻钢骨架房屋有所提及，但对于与图集有出入的建筑，仍然无法得到合理的设计。此处，笔者试图利用我国现有的设计规范，对轻钢住宅进行合理、安全的设计。
2．2．1基本假定
1)楼板在平面内是刚性的；
2)竖向荷载由龙骨单独承担，夹板为其平面外稳定提供保证；
3)水平荷载由墙体单独承担；墙体平面外刚度不予考虑；
4)水平荷载产生的弯矩由墙体端部龙骨通过拉压作用承担。
2．2．2设计原则
1)保证各面内竖向龙骨的相互对应，确保竖向荷载的传递路线；
2)水平龙骨(梁)与竖向龙骨相互对应，在自身平面内形成铰接框架体系；
3)地震荷载采用底部剪力法进行计算。
2．2．3设计方法
有了上述假定及基本原则，就可以根据我国的相关规范进行设计。
竖向龙骨的设计：竖向龙骨按轴压柱进行设计。在龙骨位置，螺钉距离一般要求小于300mm，根据AISI设计标准，其计算长度可取2倍的连接件距离，即600mm；在强轴方向，其计算长度即为龙骨长度。
水平龙骨的设计：水平龙骨按照梁进行设计。由于有夹板密铺在梁的上方，设计中可以不考虑梁的稳定性；对于屋顶梁在风吸力作用下的设计，若龙骨下翼缘无铺板，应考虑其扭转屈曲，以防止其侧向失稳。
墙体的设计：墙体(均指承重墙体)要承担由楼板分配来的水平荷载，如同其他的结构体系一样，对墙体长度及开洞大小有一定的要求。当墙体开洞较大时，应不考虑该墙体的水平承载力，此时可采用单柱承受竖向载荷(摇摆柱)；墙体距离应满足规范要求，以确保刚性楼板的假定。对于开洞墙体，可以假定墙体有效高度等于总高度减去平行于受力方向的所有洞口或非结构板尺寸的总和。对于墙体所能承受的剪力，我国规范尚无具体规定，在AISI标准中，采用5398N／m的允许荷载来确定剪力墙的要求；上述承载能力是在如下前提下得到的：
1)骨架中心距610mm；
2)龙骨型号为C89×41×10×0．84；
3)天地龙骨型号为U89×32×0．84；
4)骨架螺钉8号，长16mm圆头自钻螺钉；
5)覆盖螺钉8号，长25．4mm自钻平头、粗牙螺纹，边缘螺钉中心距为152mm或中间螺钉305mm；
6)安全系数2．5；
7)夹板为11mmAPA级OSB板。
边缘构件的设计：在整个蒙皮体系(墙体，楼板)中，边缘构件的设计及构造是非常重要的，这是因为荷载在蒙皮面内将产生剪力和弯矩，剪力在墙体设计中已经得到解决，弯矩则由端部边缘构件的拉压作用进行平衡；在抗震设计中，边缘构件的设计可以根据墙体所能承受的最大剪力进行设计，确保边缘构件的安全性。
连接的设计：连接采用自攻螺钉连接，螺钉承受剪切力和拉力。
3低层轻钢住宅在我国的推广及应用
3．1轻钢住宅推广的必要性
由于采用了较薄的钢板，并且充分利用了蒙皮效应和钢构件的屈曲后强度，用钢量为30～40kg/m2；而且，其优秀的抗震能力使其非常适合在我国应用，尤其在广大的农村地区；而我国传统的砖石结构，虽然造价低廉，但其抗震能力较差，同时对耕地破坏严重，这与我国可持续发展的国策是相违背的；而推广轻钢住宅，可以有效地解决上述问题。
3．2推广轻钢住宅所面临的问题
在我国，推广轻钢住宅仍然面临许多难点，主要有以下几个方面：
1)缺乏必要的规范及设计表格，设计难度大；
2)缺乏与之配套的造价低廉的结构板材；
3)民众的可接受程度有待提高。