低層輕鋼結構建筑抗震特性和建設策略
輕鋼結構建筑是以冷彎型鋼、熱軋或焊接 H 型鋼、T 型鋼、焊接或無縫鋼管及其組合構件作為建筑承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護結構所構成。輕鋼結構有著抗震性強、自重輕、施工周期短、節(jié)能環(huán)保等特點，其鋼屋架、梁和立柱的質量只有同等大小木結構質量的1/3、鋼筋混凝土構件的 1/2,強度卻是混凝土構件的 8 倍。當受到地震的作用力時，相同的外部環(huán)境下，輕鋼結構的建筑受到的破壞遠小于砌體結構建筑和混凝土結構建筑受到的破壞。使用輕鋼構件不僅可以減少材料，節(jié)約成本，更能提高建筑的穩(wěn)定性。目前輕鋼構件已經在歐美和日本等發(fā)達國家得到了廣泛應用，因此在我國的工業(yè)和民用建筑，特別是低層建筑中，輕鋼結構具有廣闊的應用前景。
1 建筑抗震性分析
建筑物在施工之前必須要滿足抗震設計的要求。國家規(guī)范中對各地的抗震設防烈度都有相關規(guī)定，各地區(qū)的房屋建筑必須能夠承受規(guī)范規(guī)定的當?shù)氐卣鹆叶�，才算達到設計標準，否則不能通過建筑部門的審核，就無法開工。當然，這種設計規(guī)范也因建筑物體系的不同而有所差別，比如對鋼筋混凝土結構和磚混結構的抗震要求就不同。
目前常用的結構形式有鋼筋混凝土結構、磚混結構以及輕鋼結構等。從建筑標準來說，這些結構被用到建筑中均會達到建筑部門對于抗震的標準。然而，傳統(tǒng)的建筑結構抗震性能較差，例如在汶川大地震中，由于房屋在建筑時多使用預制板，導致建筑物大范圍倒塌。整體預制板的穩(wěn)定性比輕鋼框架結構差得多，不再適合我國現(xiàn)代化的建筑發(fā)展，而輕鋼結構是很多聯(lián)接點用緊固件聯(lián)接，屬于柔性連接。地震發(fā)生時，它可能出現(xiàn)結構變形但很少出現(xiàn)斷裂和崩塌現(xiàn)象。因此，其具有較高的安全系數(shù)，是目前建筑結構中抗震性能最好的結構形式。
2 輕鋼結構建筑抗震特性
輕鋼結構之所以具有良好的抗震效果，其主要原理來源于蒙皮效應。所謂蒙皮效應，就是指在建筑物表面以屋面板和墻板的形式覆蓋材料，利用材料自身的強度和剛度來加強建筑物的整體強度。它主要是在縱橫肋上覆蓋金屬薄板形成帶肋薄殼結構，肋與薄殼共同作用，使得蒙皮在其平面內發(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。蒙皮結構承載力大，自重卻很輕。
輕鋼結構很好地利用了蒙皮效應，使得它具有自重小、抗變形能力強、不易垮塌等特點。地震發(fā)生時，會伴隨有上下或左右的震動，而由緊固件連接而成的輕鋼結構形成一個穩(wěn)定的盒子狀，不會由于地面的搖晃出現(xiàn)樓板墜落或墻面倒塌的現(xiàn)象，有效地保護了人身財產安全。
同時，輕鋼結構優(yōu)良的抗震還體現(xiàn)在建筑的延性上，塑性鉸接處區(qū)域受到震動變形，會消耗和吸收地震能量，使地震作用上升緩慢，內力也不會增加，從而大大減小建筑結構受到地震的影響。因此，使用具有延性的輕鋼結構可以降低對建筑承載力的.要求，換句話說，延性結構可以通過自身變形抵御地震作用。
在抗震中，結構延性十分重要，具有以下作用： （ 1） 承受并緩解偶然因素作用。在結構使用過程中，會遇到突發(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。這些因素會引發(fā)結構產生內力和變形。輕鋼結構具有延性，其變形能力可作為偶然因素發(fā)生時的安全儲備。（ 2） 有利于抗震。地震發(fā)生時，輕鋼結構的塑性鉸區(qū)域可以通過變形吸收和消耗地震能量，降低結構剛度，減小地震對建筑的作用。
3 低層輕鋼結構各體系抗震構造措施
3. 1 樓蓋抗震結構
低層輕鋼結構的樓面體系主要是由樓面機構板、支撐、連接件、托梁以及加勁件幾個部分組成。通常采用纖維水泥壓力板、紙面石膏板、OSB 板和 ALC 板作為樓面結構板的材料，結構板的厚度應大于 15mm.
為加強樓面腹板各部分的穩(wěn)定性，宜在樓面梁集中處設置樓面腹板承壓加勁件，樓面板最好不要超過外墻 1. 2m.若輕鋼結構樓蓋伸出且上部加載承重墻時，懸臂輕鋼段長度不能夠超過跨度的 1/3.
輕鋼結構樓蓋系統(tǒng)中的主要受力部分是樓面梁，所以它需要滿足設計中所要求的剛度和強度。樓面梁受拉部分長細比不能超過 350,托梁間距在 400mm -600mm 最佳。當樓面連續(xù)梁跨度較大時，應在中間位置設置支撐，支撐方向與支座方向一致，要求間距小于 3m,懸挑梁應在支撐處設置支撐件。樓蓋體系所有構件之間應采用螺栓進行連接，且各部分之間連接應分別滿足相應要求。
3. 2 墻體抗震結構
輕鋼結構的墻體主要由頂部、墻體結構面板、立柱和底部導梁構成，此外，若輕鋼結構作為承重墻或抗震墻，還應該增加支撐、撐桿和拉條。墻體是輕鋼結構的核心部件，它兼具承豎向荷載、抗剪、抗水平荷載、圍護的作用。按照受力功能可將輕鋼結構分為三種： 剪力墻、承重墻和非承重墻。承重墻主要承擔豎向荷載，剪力墻承擔水平荷載如水平地震力以及風力。
輕鋼結構的受拉立柱長細比不超過 200.在剪力墻及承重墻的立面和剖面設計上，單層墻體高度應小于 3. 3m,且要保證上下層墻體處于同一垂直面，若有錯位，也應將錯位距離控制在 2mm 以內。剪力墻體連接時應在墻體端部、洞口兩側和拼裝處使用抗拔連接件，剪力墻和基礎連接處不僅要使用抗拔連接件，還需設置適量的地腳螺栓，地腳螺栓的直徑、布置間距和埋入深度都應符合相關要求。輕鋼結構的門窗要通過角鋼和螺釘?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，則應在未連接的那一端設置鋼帶或撐桿。
3. 3 屋蓋抗震結構
輕鋼結構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耐用、輕質美觀的壓型鋼板。低層輕鋼結構中，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，支撐與其它所有屋架的交點處需用螺釘連接。屋架下弦宜設置縱向支撐桿或鋪設結構板，腹桿處宜設置縱向支撐或交叉支撐，應在屋架上弦桿下翼緣及下弦桿上翼緣設置水平支撐，支撐鋼厚度大于0. 84mm.若采用鋼帶支撐，則支撐截面應大于 40mm* 0. 84mm,間距小于 1. 2mm.
4 開洞要求
開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孔，孔口應采用厚度大于腹板厚度的鋼板或槽型鋼進行加強。墻體轉角處的低層輕鋼不宜開孔，墻體門窗洞口處應設置梁和立柱。
為滿足鋪設管線的要求，需在樓面板開洞，洞的寬度要求小于 2. 4m,洞孔下部設置桁架或箱型梁以加強樓面板。若樓面板開多個洞孔，開孔中心間距應大于 600mm,直徑小于腹板厚度的一半，洞孔邊緣到最近端部支撐構件凈距離大于 300mm.
對于低層輕鋼結構的抗震構造除了采取上述措施以外，應進行全面的抗震構造計算和分析，且安裝時的精度也將會對它的使用性能產生很大的影響。
5 結束語
低層輕鋼結構抗震性能強，節(jié)能環(huán)保，在我國有良好的發(fā)展前景。在對它的抗震構造進行設計時，應全面考慮各個方面的影響，設計出符合我國地理環(huán)境特點要求的輕鋼結構建筑，以促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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