多层住宅结构设计例1

一 现状分析

在现代社会中，经济取得了高速的发展，人民的生活水平和生活质量有了极大地改善，但是我们在获取财富，推动时代进步的同时，却也给整个环境造成了严重的污染，生态环境遭受了巨大的破坏。所以，现在人们提出绿色发展观念。改善经济的增长模式。在建筑业中，人们一直渴望采取一种新的技术既能满足社会居民的需求又能实现绿色建筑的构想。钢结构技术的出现和发展满足了人们的愿望，这种技术的应用不仅在设计施工和使用过程中展现自身的优势，同时也能有效地减少之前混凝土建筑产生的环境污染和垃圾废弃物，可谓是一举两得。在国外钢结构住宅设计应经有了很大的发展，国外有将近一半的高档建筑采用钢结构，就亚洲范围来说，日本和韩国的钢结构技术也是取得了很大的进步。中国是世界上最大的产钢大国，相应的炼钢技术也得到了完善。并且我国的建筑业在近些年来呈现出迅速增长的态势，所以钢结构住宅在我国有非常理想的发展前景。虽然现在我国在这方面和国外有很大的差距，我国的住宅还是以混凝土为主要的结构形式，但是政府的相关部门已经采取了很多措施来加快推进我国钢结构住宅的发展。并且在之前十一五计划中扩大民用建筑用钢被建筑部确定为新世纪住宅发展的重点。所以我们相信只要能够积极的开发和应用钢结构，努力研究相应的设计技术，我国的钢结构住宅业将会取得长足的发展。

二 结构设计分析

我们现在就多层钢结构住宅的结构设计中的相关问题进行分析。具体的内容主要包括涉及设计结构的选择和设计过程的注意要点。

结构选择。

结构的选择对于整个建筑有着重要的影响，只有清楚地了解各种结构体系的特点和内容，才能更好地进行选择，更好地发挥钢结构的优势。目前我国现在常用的多层住宅钢结构体系主要包括：钢框架体系、框架支撑体系、框架核心筒体系。当然国外还有框架剪力墙体系、大型框架-轻钢填充体系等等，这些在国内还处在研究的过程中，并没有应用到实际的施工建筑中。所以我们主要介绍一下广泛应用的钢框架和框架支撑体系。1对于钢框架体系来说，主要分为钢框架和劲性柱框架两种，我们重点分析钢框架的相关内容。钢框架体系的主要特点是：使用空间较大，刚度均匀，平面布置灵活；构建比较容易标准化和定型化；框架结构延性和自振周期长，重量轻，比较适合应用于抗震建筑；同时在承载力和稳定性上由于框架侧向的刚度较柔，受重力二阶效应的影响较大等等。其中在钢框架结构梁柱上，半刚性连接方式在受力特征上介于刚接和铰接，这种特征经过设计可以使框架的外在受力更加的合理，也可以更好地优化结构弯矩减少结构用钢量。但是这种半刚性的连接钢框架在实际的建筑中很少应用，这主要是因为它的受力变形是非线性的，这给实际的测算带来很多的不便，并且具体的安装和施工过程中也存在着一些问题。2对于框架支撑体系来讲它有中心支撑和偏心支撑两种，中心支撑框架的侧向刚度较大。在受压时它的能量吸收能力主要取决于它的长细比例和在反弹变形时对于局部屈曲的抗力。中心支撑框架耗能能力受到支撑屈曲的影响，在多层钢结构住宅的设计中，抗侧刚度不足的情况下不宜采用这种中心支撑框架。对于偏西支撑框架而言，它主要是在高烈度的情形之下，它的消能梁段就如同整个结构的保险丝一样，能够很好的消耗掉地震在建筑中产生的能量，从而保护建筑的稳定性。

设计过程中的注意要点。

1在多层钢架结构的布置方面，设计人员为了满足不同的需要，主要是通过调整框架的荷载传递方向来实现，一般会通过减小次梁截面从而使其沿着短向进行布置，但这样会导致主梁截面加大，减少楼层的净高，进而对顶层边柱造成影响，所以相关人员在结构的布置方面一定要进行合理的设计分析，从整体的角度进行把握，不可只关注一个方面。2梁柱截面的选择方面，一般在只有一个方向和梁刚连接时使用双轴对称的轧制或者是焊接的工字型的截面，而出现两个互相垂直的方向和梁刚连接的时候最好选择箱型的截面。3多层钢结构住宅的荷载除了按照相关的明文规定之外还要充分考虑到安装载荷以及楼层的附加水平载荷，这样才能更好地保证安全性和可靠性。4在一些地震的多发区我们需要对于他们的结构构件内力进行相应的调整，比如说对于框架支撑结构的斜杆可以通过使用端部铰接杆计算；进行内力分析计算时先对地震作用下内力进行调整，然后在进行其他方面的荷载产生的内力进行相关的组合等等。在整个的抗震设计中要按照强柱弱梁的基本要求进行，同时重视结构的抗震延性，在这方面美国有比较科学的研究，他们对于结构延性的要求很高，主要通过延性指数来表示延性，在这方面我们应该想他们虚心学习。当然除了上述的相关要点之外还要注意梁柱的刚性连接、结构的分析等方面。

结束

总之，对于多层钢结构住宅的结构设计是一个十分复杂工程，对此我们应该坚持以我为主的方针，积极地学习和借鉴国外先进的技术方法，根据我国的实际情况进行综合分析，统筹安排，从而一步步的提升我国在钢结构设计方面的整体水平。

多层住宅结构设计例2

Abstract: the steel structure housing for light weight, low cost basis by the parties to the comprehensive advantages attention. This paper light steel structure housing system of the advantages, specific discusses the light steel housing structure of multi-layer system design method.

Keywords: light steel structure, residential design, design method

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

引言

钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构。钢结构住宅因自重轻，基础造价低，适用于软弱地基，安装简便，施工快，周期短，投资回收快，施工污染环境少，抗震性能好等综合优势而受到各方的重视。

多层轻钢住宅在国内是一个全新的概念。轻钢建筑，即轻型钢结构建筑，是指以轻型冷弯薄壁型钢、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等为主要受力构件，大量采用轻质围护隔墙材料的低层和多层建筑.多层轻钢住宅属于轻钢建筑范畴，系指采用多层轻型钢结构为骨架、以居民长期居住为目的的房屋建筑。在设计中，应做到既保持轻钢建筑的优点，又满足居住的舒适性要求。

一、轻型钢结构住宅体系的优点

高强度承重轻型钢结构住宅具有显著的优越性:

(1)代替传统的建筑材料，.实现住宅产业工业化，改善人类社会居住环境。以钢代木、以钢代砖、以钢代混凝土的环保节能型住宅，是21世纪改善人类社会居住环境的最佳产品。.

(2)理想的保温隔热性能。。

(3)显著的节能效果。超轻钢结构住宅热传导低，保温性能好，节能效果突出。

(4)优异的隔音性能。

(5)长期耐久性能。主体结构采用1. 2mm厚轿车外壳用钢板。双面镀有铝和锌，防锈蚀性能好、强度高，具有权佳的耐久性能。实验结果证实，超轻钢结构主体的耐久性能可达100年。

(6)优越的抗震性能。超轻型钢结构建筑，整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的1/5，抗震性能是砖混结构的2扩倍以上，并可抵抗70m / s的飓风，使生命财产能得到有效的保护。

（7）薄墙体，大空间，变化自如。

(8)施工速度快、周期短、效率高，不受季节影响，全天候施工。

(9)工厂化生产。超轻钢结构住宅实现住宅完全工厂化生产，在施工现场组合安装，既减轻现场施工强度，又提高施工效率和工程质量。

(10)结构的废旧利用率为100，是真正的环保建材.

二、多层轻型钢住宅的结构体系设计方法

多层轻型钢住宅宜采用三维框架结构体系，也可采用平面框架体系，此时须加强各框架间的连接与支撑。

框架体系轻钢住宅自重轻，结构较柔，自振周期较长，对地震作用不敏感。但框架体系抗侧移刚度小，在风荷载、地震作用下，其层间侧移和总侧移较难满足规范要求，故需设置各种侧向抗力体系。

多层轻钢住宅的结构体系有：纯框架体系，框架一支撑体系，交错桁架体系，框架一剪力墙体系，框架一核心简体系等等，具体选用应结合建筑功能、建筑模块及建筑围护等要求合理选用。

图1框架支撑结构体系示意图

由于篇幅有限，下文中就轻型钢结构住宅楼(屋)盖结构的具体设计情况进行详细介绍。

在钢结构建筑中，楼板结构体系的选择至关重要，它除了将竖向荷载直接分配给墙、柱外，更重要的作用是保证与抗侧力结构的空间协同作用，因此，必须保证楼板体系有足够的刚度、强度和整体稳定性，同时应尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重，提高装配化程度，并考虑设备管线的布置。

1、压型钢板组合楼板

组合楼板能充分利用材料的特性，具有承载力高、刚度大、结构高度小、抗震性能好、造价低等特点，越来越受到工程界的重视。

压型钢板主要有两种形式:(1)压型钢板既是模板，又作为现浇混凝土楼板底部受拉配筋.此种楼板使用较多。(2)压型钢板复合板，采用如聚苯乙烯等保温隔热隔音性能好的夹心材料，屋面用得较多。压型钢板造价很高，一般多层住宅不宜采用。

2、现浇钢筋混凝土楼板

现浇钢筋混凝土楼板是目前建筑中应用较广的一种楼板结构形式，对于钢结构住宅也同样适用(图2).

Tu 2 现浇钢筋混凝土楼板构造

为保证混凝土楼板与钢梁的共同作用，钢梁翼缘必须设置必要的栓钉，钢筋与钢梁的连接和构造比较复杂。它的整体性、防水性和防火性均较好，装修方便，可以适应不同使用功能房间布置的要求。楼板承载力大，但模板较费，且现场有大量的湿作业，施工速度慢，周期较长.

3、钢骨架轻质保温隔声复合楼板

钢骨架轻质保温隔声复合楼板具有承载能力大、轻质、保温、节能、隔声、不裂缝、防火、管线暗敷、工厂化生产、无模板施工等综合功能。

4现浇混凝土组合楼板

包括密排托架一现浇混凝土组合楼板和双向轻钢密肋组合楼板等。楼面次梁采用密排托(析)架，与混凝土楼板组合工作.各类设备管道可从托架腹中穿过，节约净空。双向密肋楼板的承重骨架按房屋开间大小组装成整体骨架，有利于整体吊装。

5、轻骨料或加气混凝土楼板(ALC板)

可以大大减轻结构自重，同时具有较好的使用功能，但承载力、整体性稍差.

6、现浇钢骨混凝土大跨度空心楼盖

有两种形式：梁式钢骨混凝土空心楼盖，框架梁为钢骨混凝土明梁；无梁(暗梁)钢骨混土空心楼盖。楼板中埋没GBF轻质高强复合薄壁空心管。

7预制现浇层楼板

包括预制多孔板加薄现浇层楼板或预制预应力薄板上登合现浇层楼板。这种叠合楼板无需模板，但整体性较全现浇钢筋混凝土楼板稍差.考虑到提高现场装配程度，’提高工厂化水平，新世纪花园7"楼采用了预应力空心板加50mm厚处合层方案。

三、发展趋势

1设计方法和理论研究的进一步完善

轻钢结构是近年在国内刚发展起来的新型结构，相应的技术规范、规程的编制工作相对滞后，多数设计人员钢结构知识陈旧，缺乏相关培训，对轻钢结构设计理论和计算方法不熟悉，有待完善。

2、新型材料的应用与建筑构造处理

在建筑构造处理、建筑配件选用等万面，目前国内多由各生产厂家目行处理，这使得工程质量往往难以保证。

3、制作安装队伍的自动化与专业化

轻钢结构的制作安装是专业性能很强的技术工作，对从业人员的教育程度、专业水平和操作技能有相当高要求，这需要有一定的工程实践和经验积累，而非普通工人经过简单培训就能胜任的。

多层住宅结构设计例3

关键词：轻钢结构；设计应用；现状；问题；发展

1 当前我国发展轻钢住宅的现状

到目前为止，轻型钢结构在我国已有20年的发展史，尽管说起步不是非常晚，但是，因受经济、技术、思想意识等的影响，从而阻碍了轻型钢住宅的顺利发展，现如今，利用轻型钢结构的住宅所占的比例仅有5%。

近年来，我国加大了对轻型钢结构住宅建设的指导与支持，因此，轻型钢结构住宅技术发展越来越快，完全具有发展轻型钢结构住宅的基础。和传统的住宅施工相比，工期大大缩短了，同时抗震性增强了，减少了烧砖对土地资源的破坏。

现如今，我国钢结构的年终总产值是600亿元，并且每年都在以25%的速度持续增长。虽然我国钢铁的总产量位居世界前列，但是，钢材在建筑行业使用的比例却远远低于西方国家。

2 建造多层轻钢结构住宅的好处

2.1 不仅自重较轻，而且抗震性能非常好

选用高效、轻型、薄质材料，那么构件截面的性能较好，而且，承载能力较大，刚度大、抗震性能良好。除此之外，还可以节省很多的建筑材料，降低运输与安装费用。由此看来，对于那些地质条件较差、不方便运输的地区，其优越性非常的明显。

2.2 造型简洁、净使用面积增大

因钢材的强度较强，所以，能够提供更大的柱网布置，如果充分考虑楼板的组合作用，那么要尽量使用组合梁，因为这样能够增加净高。可以说，轻型钢结构住宅比较开放，所以，为设计师提供更大的设计空间，同时又为用户提供了更多分隔室内空间的可能。

2.3 安装方便，工期较短

和传统住宅建设相比，轻型钢结构的安装非常方便，这样一来，工期也会大大缩短。同时，确保了轻型钢结构的质量符合国家相应的质量标准要求。

2.4 建设速度较快，建筑质量大大提高

轻型钢结构在生产与使用过程中，其原材料和能源消耗都非常少，相应的阐述的垃圾、噪音等有就很少，是一种绿色环保结构，有很强的重复性与可循环性。

3 轻钢结构住宅存在的诸多问题

3.1 缺少完善的钢结构住宅规范要求

现如今，我国的建筑标准规范都是根据近几十年来所使用的结构体系来编制的，可以说，规范中并没有涉及到轻型钢结构住宅体系的规定，因此，有些设计指标并不能满足现有的规范要求。有条文规定，我们现在不使用2毫米及以下的钢材制作承重结构，而国外使用的壁厚为0.8—1.6毫米的轻型钢材，在我国并没有对此结构体系的受力情况、安全性等的理论依据，同时，也没有与之相对应的实验数据，那么，当前我国并没有对轻型钢结构住宅体系有明确的规范要求。此种和规范要求不衔接的情况，导致轻型钢结构在工程建设与竣工验收等阶段，都会遇到更多的问题。

3.2 设计观念比较落后

在我国，传统的混凝土建筑都是首先进行建筑设计，然后进行接结构设计的模式来设计。然而，轻型钢结构建筑因建筑材料的性能，再加上，先进的设计技术，因此，可以将轻型钢结构实现一体化设计，也就是说，共同完成建筑设计和结构设计。现如今，国外的轻型钢结构都是根据这一设计理念设计的，但是，在我国很多轻型钢结构建设企业仍然在按照传统的建筑设计理念来设计。如果按照传统的设计理念来设计轻型钢结构，那么不仅在结构上难以表现建筑风格，而且也破坏了轻型钢结构的原有建筑特色。

3.3 保温与节能问题没有得到解决

由于钢质材料的传热系数较大，而且热量散热又非常快，极易出现冷桥，所以，建筑保温与节能成为轻型钢结构住宅所要解决的首要问题。和传统的混凝土建筑住宅的保温方法一样，轻型钢结构的保温也有内保温与外保温两种方法。外保温指的是要在墙柱中填充大量玻璃纤维，与此同时，在墙外侧粘贴一层保温材料，这样一来，便阻断了墙柱到外墙板的热桥。内保温指的是在外墙内表面层中加入保温层，在加入石膏板，这样，便形成了一硬质面层。不管采用的是内保温方法还是外保温方法都会大大提高墙体的保温性。

3.4 建筑防火问题

由于钢质材料耐火性能较差，因此，对轻型钢结构材料应该进行抗火设计，或者是采用防火措施加以保护。当前最常见的防火措施有：涂防火涂料法、隔离法、包裹法、膨胀漆覆盖法四种。利用上述四种方法之一，都能使刚才的抗火时间达到两个小时。然而，对于轻型钢结构来说，最主要的是防火技术的应用，其具体的做法是：在墙的两侧和楼板部位贴防火石膏板，其最大的防火时间为1小时。除此之外，墙柱间填充的玻璃纤维也具有防火的作用。

3.5 建筑的隔音效果差

现如今，建筑的隔音问题成为了当今社会关注的焦点问题。其声音的传播主要有两种形式，即空气传播与固体传播。根据我国的相关规定，其建筑的最低隔音标准是40分贝。然而，在轻型钢结构住宅中，在内外墙之间填充足量的玻璃棉，这样一来，便阻断了空气传播；采用有效切槽的构造，能够降低楼层的固体声传播。

4 未来轻钢结构住宅发展的方向

4.1 建造一些试验工程，引进先进的生产技术

假设没有足够的建造量，那么我们也不能编制出一套完善的轻型钢结构规范，如果没有相应的技术规范要求，那么此技术就不会非常顺利的发展下去。尽管我们通常都会重点强调严格执行相应的规范要求，但是，技术标准与规范的发展都远远落后其技术的发展。所以，必须要建造一批试验工程，只有这样，才能更好的发展此技术。

4.2 进一步完善轻钢结构住宅的规范要求

现如今，因我国轻型钢结构的标准体系、技术条件等存在一定的差异，甚至其管理方法与部门分工都有很大的不同，使轻型钢结构难以发展。现如今，我国建设的科研单位、高等学校。企业等一同编制轻型钢结构的规范要求，待颁布标准后，将很快改变无技术标准可依的局面。

5 结语

总而言之，轻型钢结构在我国仍然处于发展阶段，目前还有很多的问题需要我们进行研究和解决，而轻型钢结构体系完全符合我国的发展要求，特别是对建设小康社会，有较好的发展前景。近几年，在我国发展非常迅速的轻型钢结构住宅是我国建筑住宅研究和发展的主要方向。但是，因此结构的设计方法、结构、经济指标等设计人员都不是非常的熟悉，所以，只有建设更多的轻型住宅示范楼才可以制定出相应的技术规范要求，才能使此技术顺利的发展下去。

参考文献

[1]翟红.我国门式刚架轻型房屋钢结构的发展概况[J].科教导刊,2011(33).

多层住宅结构设计例4

1 前言

近年来，在我国出现的钢结构住宅建筑形式有：普通钢结构住宅工程、国外引进的冷弯薄壁型钢低层住宅工程，还有自主研发的轻钢框架配套复合保温墙板的低层和多层钢结构住宅工程等等。

对低、多层住宅，目前国内外常用的轻钢结构体系主要有： 冷弯薄壁型钢体系和轻型钢框架体系。冷弯薄壁型钢体系轻钢构件通常由不同厚度的薄钢板冷弯滚压成型，通常截面形状为C型和槽型。轻型钢框架体系一般是指由H型、异形截面的型钢、方（或矩、圆）形钢管组成的纯框架及框架―支撑结构体系，楼板一般采用压型钢板组合楼盖等轻质楼板，并利用墙体在水平力作用下的抗侧力等有利因素，以达到减轻结构自重，节省用钢量的目的。

2 轻钢结构住宅的优势

近百年来，建筑钢材的应用已遍及世界，由于其强度高、塑性韧性好、重量轻等优点，初期主要用于高层建筑和桥梁建筑，随着我国国民经济的日益发展，从1949年的几十万吨到1998年的上亿吨，钢结构在住宅及轻重型钢结构厂房领域的发展极其迅速，越来越多的建设方开始认识到钢结构住宅的优越性，综合起来主要有以下几个方面：

1）钢构件强度高、塑性韧性好、自重轻，在地质条件较差的地区可以大大减少基础造价。

2）制作简便，施工周期短，可以缩短投资资金的占用周期，而且由于其连接特性，易于加固、改建、拆迁，更能保证资金的投资效益。

3）产业化、机械化的生产模式。钢构件制作产业化、相应配套技术可以在工厂完成制作；施工机械化，准确度及精密度更能保证产品质量。

4）从设计理念上讲，相比传统结构，可以更好的实现建筑大开间，适应灵活分隔的要求。

5）轻钢墙体自重轻，保温隔热性能比一般建筑砌体要优越得多，节能效果好；

6）绿色、环保，符合国家可持续性发展的要求。

3 轻型钢结构住宅体系

《轻型钢结构住宅技术规程》（JGJ209-2010）是我国第一部关于钢结构住宅的技术规程，对以轻型钢框架为结构体系，及配套轻质墙体、轻质楼板、屋面建筑系统，层数不超过6层的非抗震设防、抗震设防烈度为6～8度的轻型钢结构住宅的设计、施工及验收提供了标准及依据。

3.1 主要构件设计

轻型钢结构住宅的结构体系根据建筑层数和抗震设防烈度可选用轻钢框架体系，轻型钢框架一支撑体系或冷弯薄壁型钢体系。目前国内在多层钢结构住宅建筑中常采用轻钢框架体系。它的特点是可以做成大开间，充分满足建筑布置上的要求。

轻钢框架体系中，柱子可采用轧制H型钢、高频焊接或普通焊接H型钢、冷轧或热轧成型的钢管或冷弯型钢组合断面（两层以下），也可以采用钢异形柱（如图1）。主粱、次粱一般均采用热轧或焊接H型钢。

图1 钢异形柱

钢结构住宅的大开间设计使得框架柱在两个方向都可能承受较大的弯矩，因此对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱常采用双轴等强的钢管柱。

适用于低层住宅的冷弯薄壁型钢体系为板肋体系，楼面托梁、板肋墙体内的承重与非承重龙骨常采用C型冷弯薄壁型钢。

3.2 梁柱节点设计

轻型钢结构体系的梁柱连接节点，按梁对柱的约束刚度，一般可分为三类：铰接连接、刚性连接、半刚性连接，纯钢框架的梁柱节点由于结构受力特点一般应采用刚性连接。

钢结构梁柱连接的连接方法，主要有焊接连接、高强度螺栓连接和栓焊混合连接，具体讲主要有三种：（1）全焊接型节点，梁翼缘现场坡口全熔透焊缝，腹板现场围焊缝连接，螺栓起定位作用；（2）梁翼缘现场坡口全熔透焊缝、腹板摩擦型高强螺栓连接型节点；（3）全螺栓型节点，梁的翼缘、腹板均采用摩擦型高强螺栓与柱连接。

轻钢框架中常用的钢管柱与 H 型钢梁的刚性连接可采用柱带悬臂梁段式连接、柱横隔板贯通式节点。对小截面的方、矩形钢管柱，在梁柱连接节点处，当不方便加焊内横隔板时，可以采用外套筒式的节点加强方法进行梁柱连接。

梁柱刚性连接节点在设计中，其受力状态应满足：

1）在梁端弯矩和剪力共同作用下承载力满足设计要求。

2）保证梁翼缘与柱连接部位，不能产生局部破坏；并根据柱子截面特性设置相应的加劲肋或水平加劲隔板。

3）由柱翼缘板和水平加劲肋或水平加劲隔板所包围的节点板域，在弯矩和剪力共同作用下，其承载力和变形能力要满足现行国家规范的相应要求。

4）梁柱连接节点在抗震设计或按塑性设计的结构中，需保证梁或柱的端部在形成塑性铰时，该节点具有充分的转动能力。

3.3 楼板及围护结构

轻型钢结构住宅的楼板应采用轻质板材，如钢丝网水泥板、定向刨花板、轻骨料圆孔板、配筋的加气发泡类水泥板等预制板材，也可部分或全部采用现浇轻骨料钢筋混凝土板。对钢丝网水泥板或定向刨花板等轻质薄型楼板与密肋钢梁组合的楼板结构，在计算分析时，应根据实际情况对楼板平面内刚度作出合理 的计算假定。

墙体的材料是节能建筑的关键。根据我国国情，建议轻钢住宅的围护材料采用以普通水泥为主要原料的复合型多功能预制轻质条形板材、轻质块体或轻钢龙骨复合保温墙体等。国外研究证明，由轻钢住宅外墙体所导致的热能耗散（传递），可通过在轻钢龙骨外侧增加保温板来控制，其效率比加厚隔热层要有效得多。围护材料产品的干密度不宜超过800kg/m3，并以条形板为宜，便于施工安装。以保温为主要目的外墙板或屋面板，应选用密度较小的复合保温板材；以隔热为主要目的外墙板或屋面板，应选用密度较大的复合保温板材。

3.4 轻钢住宅的防护

轻型钢框架体系承重钢结构的寿命取决于防腐涂装施工质量，涂层的防护作用程度和防护时间长短取决于涂层质量，而涂层质量受到表面处理（除锈质量）、涂层厚度（涂装道数）、涂料品种、施工质量等因素的影响。在钢结构设计文件中应明确规定钢材除锈等级、除锈方法、防腐涂料（或镀层）名称、及涂（或镀） 层厚度等要求。除锈应采用喷砂或抛丸方法，除锈等级应达到Sa2.5，不得在现场带锈涂装或除锈不彻底涂装。

对于冷弯薄壁型钢体系，其表面镀锌量是一个重要指标，根据结构重要性及年限，规范规定的镀锌量会相应不同。与常用表层涂料防锈不同，冷弯薄壁型钢体系轻钢构件一般通过镀锌或镀铝锌合金以达到防锈的目的。金属表面（镀锌或铝锌合金层）可通过自身氧化来保护钢材施工及使用过程中都不会锈蚀。

多层住宅结构设计例5

1、多层轻钢住宅的优势

由于结构体系自身的限制，住宅平面布局多为封闭式的小开间，不能适应不断变化的居住模式的要求。与传统住宅相比，多层轻钢住宅具有明显的特点与优势，日益受到重视。

1.1外形美观，建筑造型简洁，丰富，构件截面尺寸小，净使用面积增加。钢材强度高，可以提供较大的柱网布置；当考虑楼板的组合作用，使用组合梁或扁梁时，可以增加净高。这种开放式住宅既为建筑师提供设计的回旋余地，又为住户提供了灵活分隔室内空间的可能。

1.2自重轻，抗震性能好。采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，可以大量节约材料，减轻结构重量，降低基础，运输和安装费用。因此，对地震区，地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。

1.3供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。

1.4干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。

1.5轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。

2、结构体系的选择

结构体系的选择，不仅要从满足建筑的使用功能出发，节约投资考虑，更主要的是取决于建筑的高度，即取决于建筑层数的多少。建筑层数越多，高度越高，则由于风力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。因此，随着建筑层数的不断增加，结构体系也就需要不断的发展。目前，多层和小高层钢结构建筑常用的结构体系有以下几种。

2.1框支结构体系。纯框架在风、地震荷载作用下，侧移不符合要求时，可以采用带支撑的框架，即在框架体系中，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接，形成一个支撑芯筒。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构，能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移。

2.2纯框架结构体系。纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，因此不宜建的太高。

2.3框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间和卫生间）周围设置，就形成框架多筒体结构体系。这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度，成为主要的抗侧力构件，承担大部分水平荷载，钢框架主要承受竖向荷载。

3、主要构件设计

3.1柱

前已述及，钢结构住宅一般为大开间，框架柱在两个方向都承受较大的弯矩，同时应该考虑强柱弱梁的 要求。而目前广泛使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面，强弱轴惯性矩之比3～10，势必造成材料浪费。因 此对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱是适宜的。对于方钢管混凝土柱，不仅截面受力合理，同时可以提高框架的侧向刚度，防火性能好，而且结构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。因此，尽管平面受力结构中，选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的但总体上，箱形钢管柱尤其是方钢管混凝土柱应得到广泛应用。方钢管混凝土柱将是钢结构住宅发展的 主要方向，但由于缺乏相应的规范、规程，目前在住宅中应用还很少。尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂，不利于工厂制作和现场施工，应加大力度开发研究。

3.2楼面屋盖结构

楼面和屋盖必须有足够的强度，刚度和稳定性，同时应当尽量减少楼板厚度，增加室内净高。压型钢板－混凝土组合楼盖是目前应用较为广泛的形式。它具有施工速度快，平面刚度大，增加房屋净高的优点。具体做法是在钢梁上铺设压型钢板，再现浇100～150mm混凝土。在钢梁上焊接足够的剪力连接件，使钢梁与混凝土协同工作构成组合楼盖。这种做法耗钢量较大，且需防火处理。可以用预应力钢筋混凝土薄板取代压型钢板。此外，预应力圆孔板、迭合板、组合扁梁也是常用形式。

3.3支撑和剪力墙形式

多层框架钢结构体系的侧向刚度较弱，随着层数的增加，为了抵抗水平地震作用，减小层间错移，常在墙体内布置垂直支撑，为了方便门窗开洞，支撑形式可以灵活采用，如X型、单斜杆型、K型、M型、W型、V型和人型等。建议多采用偏心支撑，因其在地震作用下具有较好的延性和耗能性能。

剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。钢筋混凝土剪力墙刚度较大，地震时易发生应力集中，导致墙体产生斜向大裂缝而脆性破坏。为避免这种现象，可采用带缝剪力墙。钢板剪力墙是以钢板做成剪力墙结构，与钢框架组合，起到刚性构件的作用。

4、节点设计

连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式。

连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。

连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。

具体设计主要包括以下内容：

4.1焊接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235，E50对应Q345. Q235与Q345连接时，应该选择低强度的E43，而不是E50.

焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。

4.2栓接：

铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用。

普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。

高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12.常用M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。

自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中，也常用于主结构的连接。

4.3连接板：可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm.然后验算净截面抗剪等。

4.4梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。

4.5节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。

多层住宅结构设计例6

一.在结构设计中有效运用概念设计

建筑的概念设计在整个设计过程中起着举足轻重的作用，一幢建筑物的设计，如果没有事先经过全盘正确的概念设计，以后的计算模式再准确、计算再精确、配筋再合理，也不可能是一个经济、合理的优秀设计工程。从结构杭震角度出发，住宅结构设计无论是多层砖混或和框架剪力墙结构，都不同于以往的静力设计，必须从抗震的角度，采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。为此，结构设计人员必须及早介入建筑结构的概念设计，否则，将会导致建筑结构设计的不合理，给以后的结构设计带来难度。为在建筑物的方案设计阶段正确把握建筑结构的概念设计，应对不同形式的住宅建筑，掌握各自概念设计中容易疏忽的要点：

（1）对一般多层砌住宅结构，应按建筑搞震设计规范要求做到：优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系：纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；楼梯间不宜设置在房屋和转角处；不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。

（2）对钢筋砼多层结构住宅，力求做到：结构布置应尽量采用规则结构。对复杂结构，可以设置防震缝，把它分割成各各规则的结构单元，可以设置防震缝，把它分割成各自规则的结构单元，结构布置以少设缝为宜，一量设缝，则应使防震缝的设置与伸缩缝、沉降缝相统一；框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置，以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力；框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态，除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外，还需采取措施，保证楼、屋盖的整体性及其于抗震墙的可靠连接。

二.从结构设计上预防构件开裂破坏的危害

预防或减少不均匀沉降的危害，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础方面加以控制。诸如：避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置；避免立面形体变化过大；将体形复杂、荷载和高低差异大的建筑物分成若干单元；加强上部结构和基础的刚度；同一建筑物尽量采用同一类型基础并埋置于同一土层中等一系列措施。应该引起重视的是：对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式，此时应保证箱体的整体刚度，群桩布置的形成应与上部结构重心相吻合。当土层有较大起伏时，应使用不着同建筑结构下的桩端位于同一土层中，并应考虑可能产生的液化影响。而对多层建筑而言，从经济的角度考虑，一般不愿意采用长桩的方案，但当地软土层厚度较大时，一般都需要经过地基处理的方式来达到控制建筑物沉降的目的。常用的软土地基处理方式类型较多，但在选择地基处理方案前，必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况，并根据工程设计要求，确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标，以及各种处理方面的适用性，同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验，进行多方案比较，最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后，还必须满足规范所规定的强度和变形要求。

三.从结构计算上满足规范要求

（1）避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、荷载折减不当、建筑物用料与实际不符，基础底板上多算或少算土重。

（2）底框砌体结构验算时就应注意：底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构，对具有薄弱层的底层框架混合结构，应考虑塑性变形集中的影响，通常对底层地震剪力乘以1.2～1.5的增大系数；底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底框架结构中只有底层框架抗震墙，应采用双保险的方法，抗震墙承担全部剪力，框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时，框架不折减，搞震墙折减到弹性刚度的20%-30%；应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。

（3）以电算结果的正确性不以作出合理评价。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算，如何对计算结果进行分析、评价，是一个非常重要的方面。必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断，根据其正确与否，决定能否作为施工图设计的依据。

四.从构造设计上采取措施

（1）注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性，又必须满足最小配筋的要求。

（2）严格按照规范要求，保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度，材料选用也必须满足强度要求。

（3）为了防止屋面温度力引起的墙体开裂，必须采取有效的通风融热措施。

（4）按抗震构造要求设置的构造柱，应在整个建筑物高度内上下对准贯通，上至女儿墙压顶，下至浅于500mm基础圈梁，或伸入室外地面以下500mm，构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合规范要求。

五.结语

多层住宅结构设计例7

从住宅建筑的发展来看，钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性好、施工污染少、可循环再生、使用率高等一系列优点，发展钢结构住宅可提高住宅的产业化水平和居住功能水准。本文就高多层钢构住宅最新发展中的问题进行探讨。

1结构体系选择与结构布置

多层钢结构住宅可以选用的建筑结构体系主要有纯框架体系、框架一支撑体系、交错桁架结构体系等。

1.1框架体系和框架―支撑体系

框架体系是由基础、柱、梁、板结构件组成。框架结构体系平面布置灵活，可提供较大的室内空间，结构各部分刚度均匀，结构有较好的延性，自振周期较长，延性较好;但框架结构的侧向刚度较小，在水平荷载作用下位移较大，易引起非结构构件破坏。在房屋层数较多时，为增加横向抗侧移刚度，同时减小柱子的计算长度，增强稳定性，可采用框架一支撑体系。框架一支撑体系在梁柱框架基础上沿竖向布置抗剪支撑构件，水平剪力主要由腹杆轴力的水平分量承担而不是由柱承受。

多层住宅框架体系和框架一支撑体系的梁柱截面可采用轧制或焊接H形截面、方钢管等，支撑构件多采用角钢或部分T型截面，在7°抗震设防区多层住宅的用钢量多在35~40Kg/m2。在结构平面布置上宜采用大柱网、大开间的结构布置形式，柱距5~8m较常见。框架柱在房屋横向、纵向成列布置、不宜错开太多，若设置支撑构件时，应注意避让门窗洞口或设在无孔口的分户墙中。

1.2交错桁架结构体系

交错桁架结构体系的基本组成是柱子、桁架、梁和板。柱子仅布置在房屋周围，不设中间柱。

桁架跨度等于建筑全宽，高度等于楼层高度，桁架两端支承在柱上，在相邻柱轴线上为上、下层交错布置。而楼板一端支承在桁架的上弦杆，另一端悬挂在相邻桁架的下弦杆。建筑纵向各柱通过连梁连接。建筑水平荷载主要被桁架中斜腹杆轴力的水平分量所平衡，水平荷载最终通过落地桁架的斜腹杆或底层斜撑传至基础。桁架杆件截面可采用角钢、焊接T型、H型或方管截面。柱截面通常采用H型、钢管等。交错桁架结构体系中杆件受力合理，大部分杆件以受轴心力为主，用钢量节约，在7°抗震设防区，其用钢量较框架结构节约10%左右，当建筑横向尺寸较大，这一优势将更明显;桁架结构抗侧移刚度大，位移也较小，柱强轴可布置在纵向，以加大结构纵向侧移刚度。交错桁架结构体系结构布置时注意使一层桁架的斜腹杆落地(与基础梁连接)或通过底层斜撑传至基础，否则结构水平位移过大，难以满足规范要求。还应注意水平、竖向结构布置要做到规则对称。从结构布置上说，交错桁架结构体系可以提供两倍于框架结构体系的更大开间，进深也大大增加。可以提供更大的使用面积。此外，交错桁架结构体系柱子数目较少，所以基础数量较少，能够进一步节约材料。

在设计中采用何种结构体系，应综合考虑多种影响因素。除分析建筑高度、受力特点、合理柱网尺寸等结构因素外，还应该考虑施工的难易程度、用钢量、施工速度、造价、宜改变布置的大空间更适应现代生活等因素的影响。

2节点设计及结构计算

在钢结构住宅体系中，节点的设计相当重要。节点设计不仅应做到传力可靠连接方便，还应该注意节点的受力特征应和计算模型相吻合，这样才能保证结构的安全可靠。按传力特征来分，钢结构节点可分为铰接、刚接和半刚接节点。铰接节点构造简单，在受弯构件中引起跨中弯矩较大，用钢量增多;刚接节点连接可减小跨中弯矩，节约用钢，但构造较复杂。在框架结构多层住宅中，柱多采用H型截面，强轴布置在横向，横向梁柱通常为刚接节点。纵向腹板一般较薄，亦可采用铰接节点。框架―支撑结构中梁柱节点可以是铰接或半刚接。支撑与构件的连接、交错桁架结构中桁架杆件的连接、桁架与柱连接通常设计为铰接节点。交错桁架结构中纵向连梁与柱可设计为刚接。

在刚性连接中，应重视节点域的问题，节点域直接影响到节点的强度、刚度、变形及抗震性能。当节点域验算不满足时，不应该简单的调整构件截面尺寸，这样可能带来用钢量的大量增加，可以考虑采用在柱腹板处贴焊补强板、梁上下翼缘加楔形盖板、狗骨法等方法解决。

多层钢结构住宅设计计算可采用设计单位较普及的STS、MTS、SAP2000、ANSYS等钢结构设计软件。对计算结果要逐一审核，包含周期、位移、应力比等方面，应重视结构设计的优化以节约用钢量。

3围护墙体的选取

为突出钢结构自重轻、布置灵活、可改性好的特点，钢结构住宅不宜采用传统的“砖”类或其它自重较大的材料。而多采用“板”“块”类墙体。在多层住宅中，可选择加气混凝土砌块、压型钢板加轻质保温材料组成的复合墙体、蒸压轻质加气混凝土(ALC)板、钢丝网水泥增夹芯板等墙体，ALC板是目前应用较多的一种墙体材料。内墙也可采用纸面石膏板、纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板等。

4楼盖体系

多层住宅结构设计例8

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

随着我国的国民经济高速发展,综合国力得到了大大的提高,相应带动了大量的城乡改造工程。但城市的发展在幅员辽阔的中国极不平衡,较为落后、偏僻的城市,由于经济实力较差、交通不便等原因,楼房的建设依然以砌体结构为主,如办公楼、教学楼、多层住宅、沿街二、三层店铺和多层底商住宅楼等。因设计水平所限,注重了承载力的计算,忽视了构造措施和概念设计;注重了本专业的设计,忽视了和别的专业相协调,在许多建筑的施工图设计中,已经埋下了很大的安全隐患。这样的设计不仅不符合现行设计规范,而且降低了建筑结构的可靠度和安全性

一、砌体结构的含义

用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构叫做砌体结构。我国砌体结构应用非常的广泛,它具有可以就地取材，非常好的耐久性和比较好的大气稳定性和化学稳定性,也同样具有不错的保温隔热性能。

二、 砌体结构的特点

多层砌体房屋是指由烧结普通粘土砖、烧结多孔粘土砖、混凝土小型空心砌块等砌体承重的多层房屋。通常砌体结构房屋给人们的印象多数是建筑高度不大、层数较少、层高较低、窗户较小、内部墙较多，立面造型简单，这种印象正好说明了砌体结构的建筑特点。砌体结构由粘土砖或砌块砌筑而成，材料呈脆性，其抗剪、抗拉和抗弯强度较低，因此抗震性能较差，即便有圈梁、构造柱等加固措施，在强烈地外，巷子中砖瓦紧凑地接着淅淅沥沥的水滴。“滴答滴答下小雨了，种子说我要发芽，我要发芽。”记得初来时，我在小巷中震作用下，破坏率仍然较高。

三、多层砌体住宅建筑结构设计易忽视的问题

1、地基处理及基础设计

地基及基础在建筑的安全性方面的重要作用不言而喻。砌体结构房屋，由于平面不规则，或房屋高差较大引起建筑物重量悬殊较大，或由于地基不均匀，即房屋各部位下面持力层地基强度不同，以及下卧层软硬程度不同，而引起较大的不均匀沉降。显然，对于以脆性材料为主的砌体结构这种不均匀沉降更是极其不利的。但由于砌体结构上部荷载相对来说并不很大，许多设计人员往往在设计中不太重视，在地基处理和基础设计时的比较随意，如：（1）人为造成不均匀地基。如建筑距离较小时，为了解决基础外放的问题，同一结构单元，桩基和天然地基或换填土地基混用等。（2）采用软件进行基础设计时，为减少绘图工作量，归并系数较大，这等同于独基(或条基)采用不同的地基承载力特征值。从理论上讲，上述两种情况，事实都是对同样的地基承受不同的附加应力，必然会产生不均匀沉降。

为更好的控制不均匀沉降，从而减少由于沉降差引起的结构附加应力。在做地基处理及基础设计时应该更加细致，比如：对同一结构，承载能力较低的地基之上的基础，宽度取值可比计算值大些，以减少对地基的附加压力，从而减少沉降值；而地基强度较高的基础，宽度可按计算设置甚至略小于计算值（慎用），以期人为增加该部分基础的沉降量，减少与较软弱地基部分的沉降差。

设计中如遇到地质条件很不均匀的复杂地基时，除了对由于地基承载力不同而引起的砌体结构房屋的不均匀沉降作上述处理外，相应的应上部结构也适当进行加强，以增强结构的整体刚度，抵抗地基的均匀沉降。如增加设置圈梁的层数和圈梁设置的密度，加强不同土层的交接房屋结构的连接构造和配筋等。

2、预制过梁的设计与施工

过梁是墙体门、窗或设备洞口上承担竖向荷载的构件。在设计及施工工程中常见问题如下:

（1） 过梁端部支承长度不足.(一般为240mm)

从设计角度讲，过梁截面设计主要取决于：过梁上荷载选取；正截面受玩，支座斜截面受剪承载力计算；按梁端有效支承长度或过梁有效支承长度验算支承处砌体局部受压。预制尺寸的误差，施工操作中的随意摆放都能导致过梁支承长度的不足。在此中情况下，容易导致支承处砌体局部受压强度不足。更有甚者，一端与构造柱相连的过梁没有采用与构造柱整体浇筑， 只是在构造柱相应位置处甩筋后浇，使过梁支座截面的斜截面抗剪能力降低，满足不了设计要求。

（2） 门窗洞口处过梁与设备洞口处过梁不区别对待

设备洞口处过梁与门窗洞口处过梁的区别在于设备洞口处过梁须预留洞口(供穿管用)，造成其本身强度的削弱。有的设计人员人为：住宅结构中过梁的荷载不大，故常常忽略。但是在实际工程之中，确确实实有的设备洞口上方的过梁由于开洞而设计时没有加强，从而导致过梁跨中出现竖向裂缝，影响正常使用。所以在砌体住宅设计中，考虑过过梁开洞削弱的影响， 适当加大设备洞口连梁的截面高度和配筋，避免在使用期间其出现裂缝，满足正常使用要求。

3、砌体承重墙设备留洞问题

（1）砌体住宅结构设计中,楼梯间由于楼层处开大洞没有楼板连接形成了砌体结构中的一个比较薄弱的部位。然而，近几年的砌体住宅设计中,往往把设备留洞放楼梯间在两侧横墙上，致使本来就比较薄弱的部位更加变的薄弱了。具体表现如下:

a）楼梯间横墙处较大洞口两侧没有设置构造柱。

b）相邻洞口之间净距过小。

（2）因为结构施工图中很少有设备洞口定位,有时只是在《结构设计总说明》统一注明墙体开洞加强措施，从而导致现场施工中墙体留洞带有很大的随机性.较大的消弱了墙体的侧向刚度，大大降低了墙体侧向承载力。对此提出建议如下:

a）较大洞口或洞口集中部位两侧设置构造柱，构造柱整层通高配置。并应于相应洞口（洞口上皮一致）上方设置现浇混凝土过梁，与两侧构造柱整浇一起。

b）若洞口上皮不一致时，除按条1 设置构造柱外，洞口间净距最小须保证各洞口过梁在墙体上支承长度之和。

c）待设备箱体安装完毕固定后,应用细石混凝土添塞充实。其次，砌体结构承重墙体砌筑过程中，各管线的预埋尤其注意。施工中往往由于疏忽大意，导致管线没有预埋墙体之中，而只能在墙体上开线槽，卧管线与槽中。这种做法实际上存在几个缺陷：其一，墙体开槽，削弱墙体强度。其二，线槽填充的混凝土与砌体材料的热涨性能差异较大，将导致墙面开裂。其三，墙体悬挂器件穿孔时，易损坏管线，造成漏水，漏电。所以在施工时应组织周密，勿漏项，尽量避免这种费力不讨好的返工之做。

4、楼板配筋问题

砌体住宅结构设计中，楼板钢筋的用量占据上部结构钢筋用量的很大比例。而开发商为了减少投资，控制造价，一味控制建筑结构用钢量。甚至提出限制钢筋用量的设计要求。有的结构设计人员就从楼板配筋上下“功夫”， 不合理的缩减楼板配筋或者过分相信软件计算数据，没有考虑工程经验在内，从而造成钢筋配置量偏小，构造布置上不满足要求，导致楼板开裂或产生过大挠度变形，影响住宅的正常使用。造成这一现象的主要原因在于：结构计算中的理论条件与现实工程实际的情况不相符。列举实例如下：（1）楼板负筋位置的正确保证。理论设计原则是采用“大直径，大间距”。实际配置中仅满足设计配筋需要从而采用了直径小的钢筋。这样一来，施工人员的踩踏、现场浇注混凝土的砸压造成负筋下移，结果是：a）楼板保护层过大，表层混凝土开裂b）楼板支座截面处楼板计算高度变小，支座负筋配置量加大，导致配筋不足，引起支座裂缝。（2）卫生间等开有较多洞口的楼板没有考虑洞口削弱的影响，设计过程中没有人为的适当增强。在多层砌体住宅结构设计中，卫生间所辖板块较小，建议楼板配筋采用双层双向全部拉通的布置方式。而对于放置浴缸、浴盆的卫生间，其活荷载的取值应加大。

我国是一个发展中国家，经济发展还很不平衡，在今后很长一段时间里，多层砌体结构房屋还会在中小城镇、广大农村，尤其是广大民居建筑中还将广泛采用。因此，设计人员必须严格执行规范和相应的构造要求，只有这样才能有效消除设计质量隐患，保护人民生命财产安全。另外，还要深入开展科学研究，充分挖掘技术潜力，努力克服材料弱点，进而提高多层砌体结构的抗震性能，为经济建设服务。

参考文献：

[1] 余春梅. 构造柱的作用与质量通病防治[J]. 内江科技, 2008,(09)

[2] 彭炽凡. 构造柱彻体结构受压承载力测试与分析[J]. 广东科技, 2007,(01)

多层住宅结构设计例9

Abstract: the engineering accident of multi-story masonry structure appear a lot, and some of the accident performance for carrying capacity is insufficient or temperature stress causes wall, beam, plate cracking, etc. This paper of multi-story masonry residential building structural design easily neglected problems are analyzed.

Keywords: multi-story masonry residential building structural design problem

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

多层砌体房屋是指由烧结普通粘土砖、烧结多孔粘土砖、混凝土小型空心砌块等砌体承重的多层房屋。通常砌体结构房屋给人们的印象多数是建筑高度不大、层数较少，层高较低、窗户较小、内部横墙较多，立面造型简单，这种印象正好说明了砌体结构的建筑特点。而多层砌体结构工程事故出现很多， 其中部分事故表现为承载能力不足或温度应力引起的墙、梁、板开裂，所以我们不能忽视其中的问题。

一、结构选型问题

结构选型即结构方案的选择，它往往直接影响建筑体型及空间，立面及平面布置等方面，是确立整体布局和建筑选型的核心环节，它需要结构工程师与建筑师密切配合，结构选型中不仅要确定整体和各个部分的结构形式，还要围绕建筑功能要求这个中心，合理布置妥善处理局部结构，在这方面，砌体结构的刚度与变形，砌体超高，结构缝作法等是结构设计中频繁出现的问题。

这就需要概念设计。所谓概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以进行精确数值分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

所以，砌体结构选型既不能脱离静力设计，又要考虑结构的抗震，应将静动 两者紧密结合，结构选型的主要内容是楼屋盖类别和横墙间距，砌体结构静力计算的3种方案 刚性方案 弹性方案及刚弹性方案 此外还应注意以下3点：

（1）计算简图的选取要正确，符合实际情况；

（2） 荷载传递路线要简单、直接、明确；

（3）采取概念设计及构造措施 加强结构整体性，增强结构延性，从而改善结构抗震能力。

另外在地震区进行混合结构的结构布置时，不但要考虑平面形状的均衡性 还要考虑到承重横墙的均衡量，若平面形状和承重横墙布置不均衡，在水平地震力作用下，会使房屋产生扭转地震力分配亦不均匀。因此应在适当地方设置抗震缝，以保证水平荷载的传递，历次震害表明，多层砌体结构的抗震性能以横墙承重，对称布置，竖向刚度均匀为好，纵横墙混合承重，只有部分较大开间的房屋次之，纵墙承重而横墙间距较大者最差。

二、设计说明不全

设计说明不甚清楚或不完整，多数情况下，对建筑、结构设计有关事项进行了交待，而对施工工艺、施工顺序、验收标准和相关专业配合的注意事项未作必要的说明，导致施工过程随意，影响工程质量。

另外，平面不规则的建筑，由于平面上质量和刚度中心偏移距离较大，而在地震中产生较大的扭转变形。地震作用计算一般采用底部剪力法，此法的前提是以剪切变形为主、且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构；竖向不规则的建筑、竖向抗侧力构件不连续，将影响水平力的传递途径，引起水平力的重分配和应力集中。

所以，首先要依据GB 50068-2001《建筑结构可靠设计统一标准》，确定建筑的设计使用年限l按照GB 5001 0―2002《混凝土结构设计规范》第3．4．1条明确钢筋混凝土构件的环境类别，建筑结构的安全等级应根据GB 5003―2001《砌体结构设计规范》第4．1．4条选用。对抗震设防区的结构设计，还须参照现行国家标准GB 50223《建筑抗震设防分类标准区分建筑抗震设防类别》。为了能准确采用块体和砂浆的强度等级，应注明砌体的施工质量控制等级；为了能合理地对地基基础进行设计，应注明地基基础设计等级。

三、构造柱及墙体加筋问题

构造柱除应按规范要求，在外墙四角、楼(电)梯间四角，较大洞口两侧、大房间内外墙交接处、较大洞口两侧，所有纵横墙交接处设置以外，在8度区的砖混结构计算时，许多墙中部都应按计算要求增加构造柱，尤其是端部短墙，如图1中方框处短墙，若不增加墙中部构造柱，墙体抗力效应比只能达到0．71，抗震验算根本无法通过。但应注意到，如适当增加构造柱数量将有利于改善墙体抗力效应比，但当中部构造柱增加到一定程度时，不仅对抗力效应比提高没有帮助，反而会因为墙体截面面积减小而降低其抗震承载力，而某些部位的构造柱应整体加强，如图1中楼梯面凸出部位，外墙角部，这些在地震作用中效应较大的部位，加强措施可采用加大箍筋，提高混凝土标号，同时应增大竖向钢筋规格。计算中若增加构造柱仍无法使抗力效应大于1，则只能采取墙体加筋的方法，但设计时应注意很多问题。如计算结果仅提供配筋值，并未考虑最大最小配筋率，另外规范要求，水平灰缝厚度不得大于12mm。而钢筋上下至少应保证2 mm厚砂浆，因此水平筋根部筋直径之和不得大于8 mm。一般情况下，水平筋可取4 nm(240墙三排、370墙四排)，分布筋3mm。但设计中应尽量少采用或不采用水平配筋，而应靠尽可能调整方案、洞口大小位置来提高抗力效应比，因为在施工过程中，钢筋上下各2 nm砂浆就很难保证，而且加筋后灰缝厚度经常超过规范值，不得不返工重做，从而加大了经济成本，产生耗时耗力的效果。

图l 抗震验算结果(抗力效应比，括号内为配筋面积)

四、挑梁上墙体兼作上层挑梁底模问题

多层砌体房屋中， 每层悬挑梁单独承担本层挑廊 （或阳台） 荷载， 但在实际工程中， 设计者未加以专门说明， 施工方出于方便施工的考虑， 将挑梁上的隔墙兼作上层挑梁的底模， 致使整个上层悬挑部分形成一个整体， 其实际传力模型和设计者的初衷完全不一致， 使最底层挑梁实际承受了上面各层传来的荷载， 导致其弯剪承载能力不足。

如四川乐山某工程，7层砌体结构办公楼，由于建筑设计的需要，2―5层外挑 1.5m， 开间 3.6m， 每层挑梁截面尺寸240×360， 上部配筋3ϕ18，按分层荷载计算， 挑梁强度及刚度均满足安全使用要求，但由于施工中将挑梁上的240mm厚墙体兼作上层挑梁的底模，致使底层挑梁承受弯矩过大而开裂。

此类问题将直接导致承重挑梁的破坏， 危及结构的安全， 设计时应予以特别注明， 在结构设计中应将隔墙改为120mm厚的后砌隔墙， 或专门说明处理方法及改变结构设计方案

五、设计中对住宅楼梯间墙体削弱的考虑

单元式住宅的楼梯间墙体，承受楼面荷载及梯梁传来的集中荷载，是房屋结构中的重要部位。由于使用功能的要求，除入户门洞外，在底层墙体中常暗设消火栓箱、配电箱、弱电传接线箱，以及在入户门旁墙体中竖向剔槽敷设强电及各种弱电管线(如电源线、可视对讲线、电话网络线、光纤、远程数据线)，另外，使用者常在装修过程中，人为对入户门旁的墙体进行改造，如暗设鞋柜等，致使该墙体受到削弱造成承载能力不足。由于使用功能的要求，该类墙体的削弱往往难以避免，且随着生活质量的提高，各种弱电线路有日益增多的趋势，在结构设计中应引起足够重视。除应与其它工种密切配合外，尚应对单元式住宅楼梯间墙体予以加强，在适当部位(如进户门旁)加设钢筋混凝土构造柱，适当加大圈梁的高度与配筋，加大底层墙体厚度等。

多层住宅结构设计例10

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

1、引言

随着我国住宅建筑规模的不断扩大和住宅产业化的发展,建筑功能优于普通框架结构的钢筋混凝土异形柱框架结构应运而生。与传统砖混结构、框架结构相比,异形柱避免了房间边角因采用矩形柱时所产生的棱角突出,从而使房间平整、布置灵活,而且增加了使用面积,体现住宅的经济性。

异形柱指的是除了矩形、圆形以外的截面形式,如T形、十字形、L形等截面形式,它的优点是,柱肢基本与填充墙等厚,使室内不出现柱肢,便于室内灵活布置,又可增加使用面积。异形柱结构受力体系由异形柱或异形柱加剪力墙、框架梁组成,共同承受水平荷载和竖向荷载。目前,国标《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJl49-2006)在总结地方规程的基础上已经正式实施,下面着重对多层建筑采用异形柱结构设计进行分析探讨。

2、异形柱结构的受力机理分析

2.1承载能力

异形柱的截面形式主要有T形、十字形、L形和Z形(较少采用)等,L形多用于墙转角,T形和十字多用于纵横墙交接处。由于截面的这种特殊性,其墙肢平面内外两个方向的刚度相差较大,各个方向的承载力也有较大差异。

2.2变形特征

异形柱的肢厚一般为200-250mm,为了获得足够的承载能力,异形柱的肢长一般不会太小,由此会容易造成剪跨比过小,形成短柱。由于肢厚较小,为薄壁构件,剪切中心与截面形心往往不重合,变形以剪切为主,构件的变形能力下降。由于异形柱属于薄壁构件,也会因截面曲率M/日较小,使弯曲变形性能有限,延性较差。

2.3破坏机理

异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面之外,受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土的协调变形。这种变形协调,使各柱肢内存在比较大的翘曲应力和剪应力。国内外大量的试验资料和理论分析表明,异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等。影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、剪跨比、配筋率以及箍筋间距与纵筋直径D的比值等。

异形柱由于其截面的特殊性及受力性能的复杂性,在设计中必须通过可靠的计算分析和必要的构造措施,来保证其强度和延性。

3、工程实例

湖南某行政单位宿舍楼,地上5层,总建筑面积为15200m2,建筑物总高度自室外地坪箅起为16.78m,宽度12.8m,高宽比为1.31,标准层层高为2.9m。地震设防烈度按6度考虑,抗震等级为3级,场地类别为Ⅲ类,基本风压为0.4kN/m2。平面布置如图1所示。

根据建筑使用功能要求,本工程采用现浇钢筋混凝土异形柱框架结构,在两个方向均有拉结。柱网均在5m以内,局部设置矩形柱,异形框架柱、梁宽均为200mm。砖砌填充墙采用190mm×190mm kMl型多孔砖,内墙采用加气混凝土砌块。

4、多层异形柱框架建筑结构整体分析

4.1计算原理与参数

PKPM-SATWE采用数值计算原理和迭代方法,将受压区混凝土划分为若干个小单元,利用截面假定确定小单元各点的混凝土和钢筋应变,由混凝土和钢筋的应力应变关系曲线求得混凝土小单元和各根钢筋的应力,建立平衡方程,通过迭代方法求出所需配筋面积。

本工程结构混凝土强度等级采用C30,纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋

(D≤22mm),箍筋采用HRB235级钢筋。由于结构平面不规则性,考虑双向地震作用,地劈作用分析方法采用侧刚分析方法。

4.2结构自振周期

结构的自振周期,如表1所示。

可以看出,水平地震力方向与坐标轴夹角为0°时,T3/T1=0.88

4.3轴压比

异形柱不同截面形式的轴压比限值在文献中有详细的规定。表2列出了KZl、KZ3、KZ5、KZ7、I(Z8等有代表性的截面在水平力方向与坐标轴夹角分别为0°和45°时作用下的轴压比。

由于本工程建筑布置的特殊性,异形柱有少量一字形和z形柱,从表2的轴压比值可以看出,L形、T形、+形异形柱在水平力方向与坐标轴夹角为45。时的轴压比值较0°时的轴压比值均大,特别是L形柱,轴压比差值较大,轴压比公式为

μN=N/fcAc(1)

其中:μN为轴压比;N为考虑地震作用组合的轴向压力设计值;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;Ac为异型柱截面面积。

从式(1)可知,同截面同混凝土标号的异形柱轴压比越大,则上部荷载越大,故本工程异形柱设计中应采用水平力方向与坐标轴夹角为45°时的数据作为依据。文献通过模型分析提出L形等肢异形柱应考虑45°和-45°地震作用方向的计算,这与本文研究得出的结论吻合。

4.4底层剪力控制

通过异形柱受力机理分析可知,异形柱受力时,柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力,故异形柱受力计算除按轴压比控制进行双偏压计算外,还应计算抗剪应力。

从表3中可以看出,水平力方向与坐标轴夹角为45°时,5种不同形式的异形柱柱底剪力较水平力方向与坐标轴夹角为0°时大,特别是L形截面的异形柱。这与异形柱在不同方向水平力作用下获得的轴压比数值趋势相符。同时应考虑L形柱在45°和-45°地震作用方向的计算。

4.5层间位移角

结构在水平力方向与坐标轴夹角分别为45°(曲线1)和0°(曲线2)作用下,x和y方向的最大层间位移角,如图2、3所示。从图中可以看出x和y方向下层间位移角均小于等于1/600,满足规范相应要求。曲线1对应楼层n各点层间位移角值均小于曲线2相对应值,说明结构在水平力方向与坐标轴夹

角为45°时抗侧力能力较好。

5、异形柱框架结构设St中的优化措施

5.1异形柱框架结构设计中的优化措施

从以上分析可以看出,异形柱结构与矩形柱结构在性能上存在较大差异,设计过程中应重点控制和优化对异形柱结构整体性能影响较大的内容,具体如下:

1)调整异形柱平面框架布置形式,使其刚度中心尽量与形心重合,相应调整异形柱柱肢高,使其满足扭转与平动第1周期比T3/T1

2)异形柱的方向性较强,在进行整体计算分析时,应增加45°和-45°风和地震作用方向的计算,保证结构的安全度。

3)Z形柱本文未详细分析,其剪切中心与形心虽然重合,但框架梁往往布置在两翼,不可避免地产生翘曲应力,故设计时,建议将框架分析所得的截面弯矩乘以1.15-1.25的增大系数以考虑翘曲应力的影响。

4)异形柱受力后,柱肢端部会出现较大应力,加上梁作用于柱肢上,应力产生不均匀性。一般越靠肢端,应力越大,对柱肢形成偏心压力,因而在异形柱配筋时,应在肢端设置暗柱,离端部厚度范围内设2φ14的构造钢筋,箍筋同柱,可限制柱肢混凝土裂缝开展,提高异形柱局部抗压、抗剪强度及变形能力。

5.2异形柱混凝土节点核心区处理措施

由异形柱的截面特性,决定了梁柱节点核心区域面积较小,而梁柱纵筋交汇使得箍筋配置不可能太多。为了满足抗剪承载力的要求,只能提高混凝土的标号,但随之带来的问题是构件变脆,同时与梁板混凝土强度的协调也成问题,有时了为个别柱的需要,而使全部柱的混凝土标号提高,也造成了投资上的浪费。

为了解决这一问题,设计时采用了在节点核心区的柱内加竖向钢板的方法,钢板伸过节点核心区上下一定的长度锚固,按钢板与混凝土协同工作来计算分析,确定钢板的截面尺寸。最终设计的结果是钢板截面尺寸较小,不影响梁柱钢筋的布置,且钢板设置灵活,哪里需要哪里加,从已建成工程使用来看,效果较好。

6、结语

综上所述,异形柱结构由于具有不出现柱楞,不露梁,并能够增加使用面积等优点,以及民用建筑市场朝着大开间、太空间方向的发展,应用前景将日益广泛。结构设计时应根据其受力特点,充分了解其破坏机理,选用合理的结构形式,正确掌握分析方法,其结构才能有可靠的安全保证。

参考文献: