輕型框架受拉支撐鋼結構在低矮民居建筑中的應用分析

【摘要】隨著國家對裝配式建筑不斷的深入推廣，鋼結構作為建筑主體受力構件的優勢越來越明顯；在低矮民居建筑中，鋼結構也更多的被采用，特別是輕型鋼結構用在建筑中已成為一種趨勢：一方面低矮建筑層數不多，采用輕型鋼結構能滿足結構受力要求；另外，鋼結構相比混凝土結構或砌體結構在抗震、節能、環保等方面有不可替代的優勢；本文將從實例入手，對輕型框架受拉支撐鋼結構在結構形式選擇、不同工況作用下進行分析，并得出初步結論，為類似工程進行方案選擇時提供參考。

【關鍵詞】鋼結構；低矮建筑；裝配式；框架受拉支撐

目前國內裝配式建筑主要采用混凝土預制（PC）件和鋼結構作為結構主體構件；相對于鋼結構而言，PC構件發展較晚，還處于探索發展階段，各方面不成熟不完善；而鋼結構已經發展了很多年，從設計到加工制作再到安裝，已經形成了一套相對成熟完整的工業化體系，成本控制上也相對完善；從當前來看，裝配式建筑中采用鋼結構為主的建筑在各方面均優于采用PC結構為主的建筑。

對于低矮的建筑，鋼結構作為主體結構大致有三種結構形式：輕鋼龍骨結構形式、鋼框架結構形式、 框架受拉支撐形式；通過對山東威海、浙江紹興、云南昆明、四川雅安的一些在建和已建的鋼結構民居住宅項目調研，發現輕鋼龍骨結構形式的住宅主要采用輕質維護、較薄樓板，人行走在樓面上有輕微的顫動，給使用者帶來一些不踏實的感受；其次，輕鋼龍骨結構形式的構件較多，結構成本比傳統的混凝土結構偏高； 鋼框架結構形式的住宅雖然能給使用者帶來一些踏實的感受，當地居民中也愿意接受，但整體用鋼量較大，比輕鋼龍骨結構和傳統的混凝土結構，成本造價偏高較多；因此，有必要在低矮民居建筑工程中尋找一種造價經濟、安裝運輸方便且當地居民能接受的主體結構形式。

1、項目概況

云南地區某民居，建筑為2層，建筑功能根據當地居民生活習性布置：一層設置堂屋、廚房、兩間臥室及衛生間；二層設置糧食堆放廳、兩間臥室并在室外設晾曬臺，詳下圖：

2、結構形式對建筑的影響分析

采用鋼框架結構和鋼框架受拉支撐兩種結構形式進行計算分析；假設地震烈度8度0.2g，風荷載0.3KN/m2，場地Ⅱ類；柱選取方管，梁選取規格為H300x130的梁；兩種結構形式平面布置如下圖；其中，框架結構形式的方管柱為□200x200； 框架受拉支撐形式的方管柱為□100x100。

通過表一、表二的對比，發現在相同的作用條件下，框架受拉支撐的主體結構計算的位移角比框架結構形式計算的位移角偏小，說明框架受拉支撐的主體結構能提供更大的剛度；其次，框架受拉支撐的主體結構中采用的鋼柱截面僅約為框架結構形式柱截面的一半，整體結構用鋼量僅為框架結構的1/2～2/3，結構構件上的直接造價成本更低；因此，在低矮的民居建筑中，框架受拉支撐為主體的結構比框架結構優勢更明顯。

3、地震作用對建筑的影響分析

采用更具優勢的鋼框架受拉支撐形式進行分析計算，其中方管柱為□100x100（該規格為市場上常用較小規格）， 梁選規格為H300x130的梁；不同地震烈度作用時，梁柱規格均不改變；假設該工程風荷載0.45KN/m2，場地Ⅱ類；選取地震烈度8度（0.2g）、7度（0.1g）、6度（0.05g） 三種不同的烈度進行地震作用分析。

經PKPM計算分析后的指標如下：

通過表一、表二可知，在其他條件不變僅改變地震作用條件下，周期不變，結構位移角變化較大，但位移角均能滿足計算和規范的要求，說明結構的抗側剛度較好；其中，梁柱已基本達到了最優規格；受拉支撐可局部進行調整，構件的應力有局部的變化，但整個結構桿件的規格和種類沒有變化；綜上所述，地震烈度對整體結構有影響，但影響有限，不能成為影響結構的主要因素。

4、風荷載對建筑的影響分析

與地震作用分析時相同，采用更具優勢的鋼框架受拉支撐形式進行分析計算，其中方管柱為100x100（該規格為市場上常用較小規格）， 梁選規格為H300x130的梁，不同風荷載作用時，梁柱規格均不改變；假設該工程地震烈度7度（0.1g）， 場地Ⅱ類，選取風荷載為0.30KN/m2、0.45KN/m2、0.60KN/m2作用下進行分析。

經PKPM計算分析后的指標如下：

在其他條件不變僅改變風荷載作用時，結構周期不變；通過表一，可發現在不同風荷載作用下，結構位移角變化較大，但均能滿足計算和規范的要求；其中梁柱也已基本達到了最優規格，受拉支撐可局部進行調整，構件的應力有局部的變化，但整個結構構件變化不大，結構成本造價變化幅度在可控范圍之內；因此，風荷載雖對整體結構有影響，但對結構構件影響不明顯。

結語：

綜合對低矮民居建筑在不同結構形式選取、不同地震作用影響和不同風荷載影響的分析，可知：地震、風荷載對整體結構的變形有明顯的影響；但在滿足規范要求的前提下，構件的規格種類變化不明顯，僅僅各構件的應力有變化；而結構的形式選取對建筑影響較大，不同的結構形式直接影響到結構構件規格的選取，進而影響到整個建筑的結構經濟成本； 因此，對于低矮的民居建筑，結構形式的選取成為主導建筑結構成本的主要因素，也成為建筑方案選擇的一個必然考慮因素。

參考文獻：

[1]JGJ209-2010《輕型鋼結構住宅技術規程》[S].

[2]王群依，秦衛紅，等.多層輕鋼住宅結構體系的經濟特性分析[J].江蘇建筑，2006（3）.

[3]彭靖元，史三元.多層輕鋼結構住宅體系設計[J].河北建筑科技學院，2003（3）.

[4]吳渭，夏軍武，王迪.多層輕鋼住宅純框架結構體系研究[J].山西建筑，2006（10）.