轻钢增层刚度突变相关问题的研究

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1、文章编号：1009—9441(2010)10—0007一03轻钢增层刚度突变相关问题的研究口口任媛1，杨国栋2(1．山西职业技术学院，山西太原030006；2．中核新能核工业工程有限责任公司，山西太原030006)摘要：轻钢增层的刚度突变已引起工程界的关注，在轻钢增层结构的抗震设计中，采用的是新建部分和原有部分分别满足抗震要求的设计方法，与相关规范中的整体抗震要求相冲突。阐述了刚度及轻钢增层中相关技术问题，论述了轻钢增层结构刚度突变与相关规范相冲突的部分，得出了几点结论，为轻钢增层的应用提供借鉴。关键词：轻钢结构；增层；刚度突变中图分类号：rrU392．5文献标识码：A引言近年来，随着

2、我国基础建设的逐步完善，社会对建筑的需求迅猛增长，以及我国土地及国情对大拆大建的制约，变平房为楼房，变低层为多层的结构增层成为一种实用且经济的房屋扩建形式。轻钢增层由于其具有自重轻，结构形式多样，适用范围广等特点，成为增层中具有优势的一种结构形式。但是，由于增层建筑为新旧建筑的结合，其既有新建建筑的特点，又有旧有建筑的特点，所以在进行加层房屋的抗震鉴定和抗震设计时，不能简单地套用抗震鉴定和抗震设计规范。且由于既有建筑采用轻钢增层，很多情况是在多层砖混结构或钢筋混凝土结构上加一层轻钢结构，增层后上下结构体系不同，尤其在地震区，使结构体系不明确，从而对计算简图、计算方法以及构造措施确定造成

3、了一定程度的影响。尤其是轻钢增层后形成下刚上柔、下重上轻的刚度和质量分布不均匀体系【1J，旧有建筑与新增建筑之间发生刚度突变，形成结构薄弱层，使结构的整体协同工作及抗震性能受到影响，出现结构变形不满足规范的要求的情况。由于目前无统一的房屋增层抗震鉴定和抗震设计标准可以遵循，因此对于增层建筑而言，在满足建筑功能要求的情况下，如何对结构刚度进行合理调整，使其满足相关规范的要求，以及房屋增层抗震鉴定和抗震设计应当执行什么规范标准，采用什么依据是增层房屋设计中需要思考的问题。1结构刚度1．1结构刚度的概念刚度是结构或构件抵抗变形的能力，通常包括构件刚度和截面刚度，按受力状态不同可分为轴向刚度、

4、弯曲刚度、剪变刚度和扭转刚度等。对于构件刚度，其值为施加于构件上的力(力矩)与它引起的线位移(角位移)之比。对于截面刚度，在弹性阶段，其值为材料弹性模量或剪变模量与截面面积或惯性矩的乘积。结构刚度是指形成结构的构件组合作用所表现出的刚度。对于轻钢增层建筑而言，由于结构本身的特点，结构沿竖向材料发生变化，这样就构成了变刚度的建筑结构。因此轻钢增层结构应具有合理的刚度和强度分布，防止由于竖向刚度突变，使连接部位的内力变得复杂，造成薄弱层，产生过大的应力集中或塑性变形，同时对于可能出现的薄弱部位，应采取措施，保证其抗震性能。1．2刚度比的控制刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据规范[2

5、]的要求，楼层刚度主要有3种形式，分别是剪切刚度、单层加单位力的楼层剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这3种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键。2钢结构增层体系的相关技术分析2．1适用于建筑物增层的轻钢结构体系2．1．1网架结构体系网架结构是一种空间受力体系，由于网架结构具有杆件布置灵活，自重轻，其作为增层设计主要适用于有复杂或不规则的结构形式的屋面形状。但是由于刚杆件较多，对防腐防火要求较高，而且当荷载较大时，造价较高。建材技术与应用10／2010·7·2．1．2门式刚架体系作为平面受力体系，门式刚架结构主要适于矩形平面布置的单层增层情况，柱脚根据结构形式的不同，

6、可以设置为刚接也可设为或铰接。门式刚架是钢结构增层中一种最为常用的增层结构形式。2．1．3压型钢板拱形屋盖结构”5压型钢板拱形屋盖结构是一种圆弧拱体系结构形式，在增层中使用具有独特的室内及室外空间效果，但起拱产生一定的水平推力，且筒壳对下部结构不能构成有效约束，因而下部支承柱一般按悬臂压弯构件计算，柱脚必须实现刚接。2．1．4轻型钢框架体系钢框架结构具有自重轻，结构整体性好，结构构件相对较少的特点。适用于大跨度结构，或者柱网尺寸较大时的增层体系。但是，由于其现场由于吊装设备和吊装场地的要求，所以，某种程度上具有一定的局限性。2．2既有轻钢增层结构连接形式在增层结构设计中，新旧建筑的连接

7、形式是设计的重中之重。现有的连接形式，根据下部结构的不同，可以分为以下几种形式(见图1)。(c)钢柱与混凝土柱连接图1新旧混凝土的几种连接形式(1)砖混结构增层。通过在房屋的圈梁内预埋锚柃，通过锚栓实现新旧结构的连接，使原结构与新增结构联系为一个整体。当原结构没有圈梁时，应该增设圈粱后同上法连接。(2)混凝土框架结构增层。采用“直接钻孔连接法”，也称“植筋法”，即在已有的框架上直接钻孔，伸入柱内四根锚固棒与过渡钢板焊接，用YJS—l型结构胶将过