多层轻钢民用建筑中的结构体系分析论文

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1、多层轻钢民用建筑中的结构体系分析论文摘要：本文结合办公室的典型布置，在对各种方案分析比较的基础上，讨论了适合多层及小高层建筑的结构体系，给出了3至18层建筑的合理经济的结构体系及其相应的单位用钢量，为类似的建筑物结构体系的选择提供了可靠的依据。关键词：结构体系用钢量多层轻钢一、概述过去，我国钢材年产量较低，建筑行业一直限制钢材的使用，提倡大力发展混凝土结构和混合结构.freel×14.4m，基本柱网尺寸为8.4m×7.2m，跨度为6m，柱距为7.2m，内走廊宽2.4m,.freel，层数考虑3至18层。采用钢框架结构体系，若不满足

2、侧移要求，适当加一些支撑。主梁采用焊接工形截面，柱采用焊接箱型截面。框架的横向和纵向梁柱按刚性连接设计，现场采用摩擦性高强螺栓和焊接连接，次梁为工字型截面单跨简支梁。外墙正立面为240厚瓷砖饰面的混凝土砌块，主要隔断内墙为200厚混凝土砌块，次要内墙为轻钢龙骨石膏板轻质隔墙。楼盖采用钢－混凝土叠合板组合楼盖，设计主次梁时充分考虑楼盖与钢梁的组合作用。2．计算参数及计算软件本工程设计主要依据国家有关设计规程、规范，如《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)、《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)、《钢结构设计规范》(GBJ17-88

3、)、《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)、《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)等。所有梁柱均采用Q345钢，基础和负弯距受拉钢筋为Ⅱ级，楼板及分布筋Ⅰ级，楼板混凝土标号为C40。结构上作用活荷载包括楼面活荷、风荷和地震作用，横荷载包括楼板和墙体自重，均按《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)取用，梁柱自重按实际重量取用；基本风压按北京地区0.35kN/m2取用；设计地震烈度为8度，Ⅱ类场地。计算软件采用通用有限元软件ANSYS,它是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型软件包。主要利用ANSYS软件提供的结构静

4、力分析模块，采用三维beam4梁单元和shell93壳单元按空间模型进行计算载荷引起的位移和应力，并按照《钢结构设计规范》验算构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定性。同时采用通用结构分析软件SAP93进行结构复验计算分析。3．计算工况既及说明计算时考虑以下主要的3种工况：1.2恒荷＋1.4活荷、1.2恒荷＋1.4×0.85（活荷＋风荷）以及地震作用。在计算地震作用时，12层以下采用底部剪力法，13至18层采用振型叠加法，考虑前5个自振周期。四、计算结果及分析1．层数对结构体系及平面布置的影响3至6层建筑物的设计是由竖向荷载控制着结

5、构布置和构件截面尺寸的选择，由于其侧移很容易满足，为了节省钢材，可以抽去靠近走廊的一排柱子，每榀刚架布置3根柱子。随着层数的增加，尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，但水平荷载却起着决定性的因素，控制着构件截面的选择。此时，为了满足侧移要求，要么保持3排柱子布置不变，增大柱子截面尺寸；要么改3排柱子为4排。两种方案分析比较发现改为4排柱子更为经济。当房屋层数达到15层时，其顶点位移和层间位移已经非常大，欲满足设计要求，仅仅靠增大柱截面已经不经济了，这时沿横向和纵向在边跨和中跨适当的布置一些支撑反而更节省钢材。2．主要构件的截面

6、尺寸根据计算分析结果，对梁和柱截面规格尺寸进行了优化和归并，以节约钢材和减少构件种类，3至18层的梁柱截面尺寸见表1。表13-18层主要构件的尺寸结构体系主梁次梁柱备注3-6层纯框架I350×200×8×6I300×200×8×6□350×350×10×10三排柱布置7-9层纯框架I400×200×8×6I300×200×8×6□400×400×14×14四排柱布置10-14层纯框架I400×200×8×6I300×200×8×6□450×450×14×14四排柱布置15-18层框支I400×200×8×6I300×200×8×6

7、□480×480×14×14四排柱布置由上表可以清楚地看到，随着层数的增多，为了满足侧移要求，柱截面增加很多，整个设计和截面的尺寸由侧移控制。当增加到15层时，还必须适当布置一些支撑，这时结构侧向刚度突然增大，地震作用也增大很多，柱的受力加大，整个设计由柱的稳定控制。3．3至18层的单位用钢量为了比较用钢量与层数的关系，我们对各层的单位用钢量进行了统计，见表2，其中15-18层包含了支撑的用钢量。表23-18层各层主要构件单位用钢量（单位：kg/m2）3-6层7-9层10-14层15-18层柱13.1～15.218.9～20.82

8、5.5～27.228.6～32.4主梁17.7～19.419.6～20.719.6～20.719.6～20.7次梁9.79.79.79.7支撑0004.70合计40.5～44.348.2～51.254.8～57.662.6～67.5由上表可以看出，