談低層輕鋼結構的抗震構造措施

李 妍 彭 義* 邵九龍

(1.西南大學工程技術學院，重慶 400715； 2.河南省建筑設計研究院，河南 鄭州 450000)

談低層輕鋼結構的抗震構造措施

李 妍1彭 義1*邵九龍2

(1.西南大學工程技術學院，重慶 400715； 2.河南省建筑設計研究院，河南 鄭州 450000)

根據輕鋼結構在地震中經常出現的破壞形式，介紹了提高低層輕鋼結構樓蓋、墻體、屋蓋三個承重體系抗震性能的構造措施以及輕鋼結構構件開洞(孔)的技術要求，為低層輕鋼結構的工程應用提供參考。

冷彎薄壁型鋼，抗震性能，構造措施，樓面結構

關于輕鋼結構的判定標準，現多采用的是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中的規定：具有輕型屋蓋和輕型外墻(也可以有條件地采用砌體外墻)的單層實腹式鋼架結構，這里的輕型主要是指圍護是用輕質材料[1]。輕鋼結構具有施工周期短、抗震性能優良、節能環保等諸多特點，在歐美以及日本等地區已經得到廣泛應用。因此，輕鋼結構在我國農業、商業等各個領域的低層建筑中應用前景廣闊。

輕鋼結構的自重較輕，其樓面梁、立柱和鋼屋架的質量是同大小木結構構件質量的1/3左右，是同大小鋼筋混凝土結構構件質量的50%，而鋼材的強度是混凝土強度的8倍。因此，較其他結構形式來說，輕鋼結構的造價低，能節約整個工程的成本。由牛頓第二定理(F=ma)可知，結構受到的地震作用力與其自身質量成正比。輕鋼結構建筑在相同地震烈度，相同建筑場地的條件下，產生的破壞遠小于傳統的砌體結構建筑與混凝土結構建筑。為增強輕鋼結構的抗側移剛度與整體穩定性，一般常采用布置偏心支撐或中心支撐的方式。偏心支撐結構形式較節省鋼材，并且可以有效的依靠構件變形來耗散地震帶來的能量，一般設防烈度在8度及以上時，采用偏心支撐體系較為合理。史三元等[1]研究了這兩種不同形式橫向支撐對輕鋼結構的抗震性能影響。他得出：在相同地震參數條件下對稱布置斜桿中心支撐更能夠約束結構層間位移和提高結構抗側移剛度。在設防烈度較小的地區，為了提高建筑結構的整體剛度，可以選用帶有中心支撐的輕鋼結構形式。

1 輕鋼結構的破壞形式

輕鋼結構在地震中較難發生整體性的破壞，大部分情況是發生節點及柱腳破壞或是受力構件的破壞。在低層輕鋼結構平面與立面設計上，宜盡量遵循簡單和對稱的原則，縮小結構的質量中心與剛度中心的偏差。柱腳破壞主要形式是柱腳錨栓的拉裂破壞。柱的破壞包括翼緣屈曲、撕裂、脆斷以及拼接不當產生的裂縫等。梁的破壞包括腹板和翼緣的屈曲、截面扭轉屈曲和腹板裂縫等。加勁板與腹板的節點破壞主要表現為屈曲以及開裂狀況。梁的節點破壞主要發生在梁的下翼緣處，梁柱節點采用焊接連接的輕鋼結構在施工過程中應保證梁端下翼緣的焊接質量。

2 低層輕鋼結構各體系抗震構造措施

2.1 樓蓋抗震構造措施

低層輕鋼結構樓面體系由樓面結構板、托梁、支撐、連接件和加勁件等構成。常見的樓面結構板材料為OSB板、纖維水泥壓力板、ALC板、紙面石膏板等，要求選用的樓面結構板厚度不小于15 mm。為增強樓面腹板局部穩定性，樓面梁集中荷載處宜設置樓面腹板槽形承壓加勁件；樓面板不宜懸挑出外墻超過1.2 m。當輕鋼結構的樓蓋懸挑并且上部有承重墻體時，懸臂梁的懸挑段長度不可以超過跨度的1/3。

樓面梁是輕鋼結構樓蓋體系中的重要受力構件，在設計時應滿足保證結構穩定所需要的強度與剛度要求。受拉樓面梁的長細比限值為350，樓面托梁的布置間距宜為400 mm～600 mm。樓面連續梁跨度較大時在跨中處應均勻設置剛性支撐或鋼帶支撐，支撐沿支座方向設置，間距一般要求不大于3 m，懸挑梁在支承處設置剛性支撐件。樓蓋體系各位置的構件之間應全部采用螺栓進行可靠的連接。輕鋼結構建筑樓面系統與基礎或承重外墻的連接要求見表1。

表1 樓蓋系統連接要求

2.2 墻體抗震構造措施

輕鋼結構墻體由立柱、墻體結構面板、頂部和底部導梁組成，除此之外，承重墻和抗震墻還應該增設支撐、拉條和撐桿。墻體是輕鋼結構體系的重要部件，具有承重、抗側力以及圍護的作用。輕鋼結構墻體按照受力功能可分為：承重墻、抗震墻和非承重墻三種。承重墻承擔結構豎向的荷載，抗震墻承擔水平方向的荷載，包括風荷載與水平地震力。

輕鋼結構中，受壓立柱的長細比限值為200。抗震墻和承重墻在立面和剖面設計上，要求單層墻高不超過3.3 m，且盡量保持上下層墻體在同一垂直面內，若有錯位情況，錯位距離不應大于2 m。為增強輕鋼結構整體抗傾覆能力，抗震墻在上下墻連接時應使用抗拔連接件，布置在抗震墻體的端部、洞口兩側以及拼接處，間距在1.2 m～6 m，型號大于M16。抗震墻與基礎之間連接除使用抗拔連接件外還應設置地腳螺栓，地腳螺栓最小直徑限值為12 mm，最大布置間距為1 200 mm，埋入深度應不小于螺栓直徑的25倍。對于非承重墻與僅承受豎向力的承重墻可不設置抗拔連接件。墻體龍骨骨架中立柱的間距宜為400 mm～600 mm。輕鋼結構門窗過梁的截面分為箱形、工字形與L形，要求通過螺釘和角鋼等連接件與主柱可靠連接。在承重墻或抗震墻的墻體結構板沒有與立柱連接的情況下，應在未連接的那一側設鋼帶或撐桿。

2.3 屋蓋抗震構造措施

輕鋼結構屋蓋體系由屋面板、屋架、檁條、支撐和覆蓋的屋面材料等組成。在屋面材料的選擇上，壓型鋼板因其高強耐用、輕質美觀的優點成為應用最廣泛的輕鋼結構屋面材料。在低層輕鋼

結構中，一般常采用三角形有檁屋架或三鉸拱有檁屋架形式。當屋架采用鋼帶拉條支撐時，支撐與所有屋架交點處應用螺釘連接。屋架下弦宜鋪設結構板或設置縱向支撐桿件，腹桿宜設置縱向側向支撐或交叉支撐，屋架上弦桿的下翼緣和屋架下弦桿上的上翼緣應設置水平支撐，支撐型鋼厚度不小于0.84 mm。若使用鋼帶支撐，鋼帶支撐的最小截面為40 mm×0.84 mm，間距不大于1.2 mm。屋面系統的連接要求見表2。

表2 屋蓋系統連接要求

3 開洞要求

梁柱的翼緣板和卷邊不得開孔，只允許在梁柱腹板的中心線上開孔，孔口需采用加強措施，加強件選用鋼板或者槽型鋼，厚度不小于開孔構件腹板的厚度。低層輕鋼結構不宜在墻體轉角處開洞，墻體門窗洞口上設過梁和立柱，立柱不宜拼接并應與頂底導梁連接。樓面板開洞一般是為滿足鋪設管線的需求，開洞的寬度一般不大于2.4 m，洞口的下部應有桁架或箱形截面梁加強，樓面結構板洞口周圍有設置抗剪墻體的下部可以不用樓面梁加強。樓面板開多個洞口的情況，洞口中心距離最小值600 mm，直徑不大于腹板厚度的一半與65 mm中的較小值。洞口邊緣至最近端部支承構件邊緣的凈距不小于300 mm 。樓面板開洞不能滿足上述要求的，應用鋼板或槽型鋼補強，厚度不小于補強構件的厚度。

除滿足上述構造措施外，在進行結構抗震設計的時候應進行全面的計算，以此來選定各構件的型號與布置情況。

4 結語

低層輕鋼結構屬于可回收利用的節能環保型建筑，應該在我國進行推廣性建設。輕鋼結構的抗震設計涉及很多方面，在進行結構抗震設計時應全面地考慮各個方面的因素，設計出符合抗震要求的輕鋼結構建筑。

[1] 史三元，陳志杰，王鳳春.不同形式支撐對多層輕鋼結構抗震性能的對比分析[J].煤炭工程,2012(4)：62.

[2] 葉繼紅，馮若強，陳 偉.村鎮輕鋼結構建筑抗震技術手冊[M].南京:東南大學出版社,2013.

[3] GB 50018—2002,冷彎薄壁型鋼結構技術規范[S].

[4] JGJ 227—2011,低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程[S].

[5] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[6] 周緒紅，石 宇，周天華.低層冷彎薄壁型鋼結構住宅體系[J].建筑科學與工程學報,2005，22(2)：96.

[7] 張立娜,韓彥芳.冷彎薄壁型鋼結構及其在房屋建筑中的應用[J].中國科技信息,2010(1)：47-49.

Introduction to the lower light steel structure seismic construction measures

Li Yan1Peng Yi1*Shao Jiulong2

(1.SchoolofEngineeringandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China；

2.HenanArchitectureDesignandResearchInstitute,Zhengzhou450000,China)

According to the light steel structure often appears in the earthquake damage form, introduced to improve the lower floor, wall, light steel structure roof three bearing system construction measures of the anti-seismic performance of open hole(hole), as well as light steel structural components of technical requirements, provide a reference for the engineering application of low-rise light steel structure.

cold-formed thin-walled steel, seismic performance, structural measures, floor structure

1009-6825(2015)02-0021-02

2014-11-10

李 妍(1989- )，女，在讀碩士; 邵九龍(1988- )，男，碩士

彭 義(1958- )，男，碩士生導師，副教授

TU391

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