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1輕鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震特性

輕鋼結(jié)構(gòu)之所以具有良好的抗震效果，其主要原理來(lái)源于蒙皮效應(yīng)。所謂蒙皮效應(yīng)，就是指在建筑物表面以屋面板和墻板的形式覆蓋材料，利用材料自身的強(qiáng)度和剛度來(lái)加強(qiáng)建筑物的整體強(qiáng)度。它主要是在縱橫肋上覆蓋金屬薄板形成帶肋薄殼結(jié)構(gòu)，肋與薄殼共同作用，使得蒙皮在其平面內(nèi)發(fā)揮出巨大的抗拉、抗壓和抗剪效果，且由于肋的支撐作用，蒙皮能持續(xù)保持良好的穩(wěn)定性。蒙皮結(jié)構(gòu)承載力大，自重卻很輕。輕鋼結(jié)構(gòu)很好地利用了蒙皮效應(yīng)，使得它具有自重小、抗變形能力強(qiáng)、不易垮塌等特點(diǎn)。地震發(fā)生時(shí)，會(huì)伴隨有上下或左右的震動(dòng)，而由緊固件連接而成的輕鋼結(jié)構(gòu)形成一個(gè)穩(wěn)定的盒子狀，不會(huì)由于地面的搖晃出現(xiàn)樓板墜落或墻面倒塌的現(xiàn)象，有效地保護(hù)了人身財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，輕鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)良的抗震還體現(xiàn)在建筑的延性上，塑性鉸接處區(qū)域受到震動(dòng)變形，會(huì)消耗和吸收地震能量，使地震作用上升緩慢，內(nèi)力也不會(huì)增加，從而大大減小建筑結(jié)構(gòu)受到地震的影響。因此，使用具有延性的輕鋼結(jié)構(gòu)可以降低對(duì)建筑承載力的要求，換句話說(shuō)，延性結(jié)構(gòu)可以通過(guò)自身變形抵御地震作用。在抗震中，結(jié)構(gòu)延性十分重要，具有以下作用:(1)承受并緩解偶然因素作用。在結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中，會(huì)遇到突發(fā)的偶然作用，如大幅度溫度變換引起的熱脹冷縮、偶然的超載等等。這些因素會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形。輕鋼結(jié)構(gòu)具有延性，其變形能力可作為偶然因素發(fā)生時(shí)的安全儲(chǔ)備。(2)有利于抗震。地震發(fā)生時(shí)，輕鋼結(jié)構(gòu)的塑性鉸區(qū)域可以通過(guò)變形吸收和消耗地震能量，降低結(jié)構(gòu)剛度，減小地震對(duì)建筑的作用。

2低層輕鋼結(jié)構(gòu)各體系抗震構(gòu)造措施

2．1樓蓋抗震結(jié)構(gòu)低層輕鋼結(jié)構(gòu)的樓面體系主要是由樓面機(jī)構(gòu)板、支撐、連接件、托梁以及加勁件幾個(gè)部分組成。通常采用纖維水泥壓力板、紙面石膏板、OSB板和ALC板作為樓面結(jié)構(gòu)板的材料，結(jié)構(gòu)板的厚度應(yīng)大于15mm。為加強(qiáng)樓面腹板各部分的穩(wěn)定性，宜在樓面梁集中處設(shè)置樓面腹板承壓加勁件，樓面板最好不要超過(guò)外墻1.2m。若輕鋼結(jié)構(gòu)樓蓋伸出且上部加載承重墻時(shí)，懸臂輕鋼段長(zhǎng)度不能夠超過(guò)跨度的1/3。輕鋼結(jié)構(gòu)樓蓋系統(tǒng)中的主要受力部分是樓面梁，所以它需要滿足設(shè)計(jì)中所要求的剛度和強(qiáng)度。樓面梁受拉部分長(zhǎng)細(xì)比不能超過(guò)350，托梁間距在400mm－600mm最佳。當(dāng)樓面連續(xù)梁跨度較大時(shí)，應(yīng)在中間位置設(shè)置支撐，支撐方向與支座方向一致，要求間距小于3m，懸挑梁應(yīng)在支撐處設(shè)置支撐件。樓蓋體系所有構(gòu)件之間應(yīng)采用螺栓進(jìn)行連接，且各部分之間連接應(yīng)分別滿足相應(yīng)要求。

2．2墻體抗震結(jié)構(gòu)輕鋼結(jié)構(gòu)的墻體主要由頂部、墻體結(jié)構(gòu)面板、立柱和底部導(dǎo)梁構(gòu)成，此外，若輕鋼結(jié)構(gòu)作為承重墻或抗震墻，還應(yīng)該增加支撐、撐桿和拉條。墻體是輕鋼結(jié)構(gòu)的核心部件，它兼具承豎向荷載、抗剪、抗水平荷載、圍護(hù)的作用。按照受力功能可將輕鋼結(jié)構(gòu)分為三種:剪力墻、承重墻和非承重墻。承重墻主要承擔(dān)豎向荷載，剪力墻承擔(dān)水平荷載如水平地震力以及風(fēng)力。輕鋼結(jié)構(gòu)的受拉立柱長(zhǎng)細(xì)比不超過(guò)200。在剪力墻及承重墻的立面和剖面設(shè)計(jì)上，單層墻體高度應(yīng)小于3.3m，且要保證上下層墻體處于同一垂直面，若有錯(cuò)位，也應(yīng)將錯(cuò)位距離控制在2mm以內(nèi)。剪力墻體連接時(shí)應(yīng)在墻體端部、洞口兩側(cè)和拼裝處使用抗拔連接件，剪力墻和基礎(chǔ)連接處不僅要使用抗拔連接件，還需設(shè)置適量的地腳螺栓，地腳螺栓的直徑、布置間距和埋入深度都應(yīng)符合相關(guān)要求。輕鋼結(jié)構(gòu)的門窗要通過(guò)角鋼和螺釘?shù)冗B接件連接到主柱上。若剪力墻或承重墻墻體未連接立柱，則應(yīng)在未連接的那一端設(shè)置鋼帶或撐桿。

2．3屋蓋抗震結(jié)構(gòu)輕鋼結(jié)構(gòu)的屋蓋體系中包括屋架、面板、支撐、檁條和屋面覆蓋材料。屋面材料最好選擇高強(qiáng)耐用、輕質(zhì)美觀的壓型鋼板。低層輕鋼結(jié)構(gòu)中，通常采用有檁屋架的三角形或三鉸拱形式。若采用鋼帶拉條支撐屋架時(shí)，支撐與其它所有屋架的交點(diǎn)處需用螺釘連接。屋架下弦宜設(shè)置縱向支撐桿或鋪設(shè)結(jié)構(gòu)板，腹桿處宜設(shè)置縱向支撐或交叉支撐，應(yīng)在屋架上弦桿下翼緣及下弦桿上翼緣設(shè)置水平支撐，支撐鋼厚度大于0.84mm。若采用鋼帶支撐，則支撐截面應(yīng)大于40mm*0.84mm，間距小于1.2mm。

3開(kāi)洞要求

開(kāi)孔位置只允許在梁柱腹板的中心線上，而不允許在梁柱翼緣板及卷邊開(kāi)孔，孔口應(yīng)采用厚度大于腹板厚度的鋼板或槽型鋼進(jìn)行加強(qiáng)。墻體轉(zhuǎn)角處的低層輕鋼不宜開(kāi)孔，墻體門窗洞口處應(yīng)設(shè)置梁和立柱。為滿足鋪設(shè)管線的要求，需在樓面板開(kāi)洞，洞的寬度要求小于2.4m，洞孔下部設(shè)置桁架或箱型梁以加強(qiáng)樓面板。若樓面板開(kāi)多個(gè)洞孔，開(kāi)孔中心間距應(yīng)大于600mm，直徑小于腹板厚度的一半，洞孔邊緣到最近端部支撐構(gòu)件凈距離大于300mm。對(duì)于低層輕鋼結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造除了采取上述措施以外，應(yīng)進(jìn)行全面的抗震構(gòu)造計(jì)算和分析，且安裝時(shí)的精度也將會(huì)對(duì)它的使用性能產(chǎn)生很大的影響。

4結(jié)束語(yǔ)

低層輕鋼結(jié)構(gòu)抗震性能強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保，在我國(guó)有良好的發(fā)展前景。在對(duì)它的抗震構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面考慮各個(gè)方面的影響，設(shè)計(jì)出符合我國(guó)地理環(huán)境特點(diǎn)要求的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑，以促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

作者：黃文旭 單位：北新建材集團(tuán)