本發(fā)明屬于鄉(xiāng)村建設(shè)的居民房建造領(lǐng)域,特別涉及了一種適用于鄉(xiāng)村民居的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù):
1、鋼結(jié)構(gòu)裝配式民居作為一種新型的建筑形式,近年來(lái)在我國(guó)得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。國(guó)內(nèi)較早且較為成熟的低層裝配式建筑體系,是最早由北新建材從日本引入技術(shù),率先進(jìn)行市場(chǎng)化推廣的低層冷彎薄壁型鋼房屋。該體系墻體結(jié)構(gòu)的承重墻由立柱、頂導(dǎo)梁和底導(dǎo)梁、支撐、拉條和撐桿、墻體結(jié)構(gòu)面板等部件組成;非承重墻可不設(shè)置支撐、拉條和撐桿,墻體立柱的間距宜為400mm~600mm。
2、這種結(jié)構(gòu)的密集龍骨設(shè)計(jì)導(dǎo)致居住空間相對(duì)緊湊,從而限制了建筑空間布局的靈活性。尤其是在底層,建筑功能多為會(huì)客空間,因此具有良好通透性的建筑往往能給人一種開(kāi)闊、明亮的感覺(jué),這可能需要通過(guò)較大面積的窗戶(hù)或門(mén)、透明材質(zhì)的運(yùn)用等方式來(lái)實(shí)現(xiàn),讓人們可以從建筑內(nèi)部清晰地看到外部的景象,減少視覺(jué)上的阻隔感。另外對(duì)功能可變性的追求,也使得具有密集龍骨的冷彎薄壁型鋼房屋成為不可能。這種體系限值了人們對(duì)美麗鄉(xiāng)村居住空間的追求。
3、現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)冷彎薄壁型鋼房屋雖然加工設(shè)備成熟,所有構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)完全工廠(chǎng)預(yù)制化,但因?yàn)椴科凡考?shù)量多,現(xiàn)場(chǎng)安裝工序復(fù)雜,安裝效率低,且施工質(zhì)量受現(xiàn)場(chǎng)工人水平影響較大,總體施工質(zhì)量難以保證。
4、國(guó)內(nèi)針對(duì)低層冷彎薄壁型鋼房屋,規(guī)范沒(méi)有給出詳細(xì)的計(jì)算控制方法,多是參照現(xiàn)在其他規(guī)范執(zhí)行,尤其是本發(fā)明將提到的新型鄉(xiāng)村民居結(jié)構(gòu)體系,更是缺乏計(jì)算分析參考方法,使建設(shè)者無(wú)從下手,影響此類(lèi)結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種適用于鄉(xiāng)村民居的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)方法,本發(fā)明采用底層為鋼框架結(jié)構(gòu)、二三層為碳硅模塊墻體的裝配式鋼結(jié)構(gòu)民居結(jié)構(gòu),解決了現(xiàn)有民居結(jié)構(gòu)體系中空間運(yùn)用不足、加工工序復(fù)雜等問(wèn)題。
2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
3、裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系主要由設(shè)置在基礎(chǔ)上方的一層鋼框架結(jié)構(gòu)和置于鋼框架結(jié)構(gòu)之上的若干層連續(xù)的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)組成;所述鋼框架結(jié)構(gòu)作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)的底層,主要由鋼框架柱、以及布設(shè)于鋼框架柱之間的鋼框架梁連接組成;冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)的頂層和中間層,主要由碳硅模塊墻體、以及布設(shè)于碳硅模塊墻體之間的冷彎薄壁型鋼梁連接組成。
4、所述冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)中相鄰兩個(gè)碳硅模塊墻體之間通過(guò)冷彎薄壁型鋼梁連接,碳硅模塊墻體和冷彎薄壁型鋼梁之間通過(guò)冷彎薄壁型鋼梁或梁墻連接節(jié)點(diǎn)連接,相鄰兩個(gè)冷彎薄壁型鋼梁之間通過(guò)冷彎薄壁型鋼梁或梁梁連接節(jié)點(diǎn)連接。
5、所述的碳硅模塊墻體采用硅酸鈣面板,且碳硅模塊墻體內(nèi)部填充有用于保溫和隔聲的保溫材料,所述碳硅模塊墻體的底部通過(guò)錨栓連接件與下一層的樓板之間固定連接。
6、所述鋼框架結(jié)構(gòu)中相鄰兩根鋼框架柱之間通過(guò)鋼框架梁連接,鋼框架柱和鋼框架梁之間通過(guò)鋼框架梁或梁柱連接節(jié)點(diǎn)連接,相鄰兩根鋼框架梁之間通過(guò)鋼框架梁或梁梁連接節(jié)點(diǎn)連接;所述鋼框架結(jié)構(gòu)中的鋼框架柱采用鋼柱或鋼管混凝土柱,鋼框架柱的橫截面形式為h型、矩形、圓形、t型、l型和十字型中的一種,鋼框架梁采用窄翼緣h型鋼,且鋼框架梁的翼緣寬度不大于鋼框架柱的寬度。
7、所述裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中,對(duì)底層位移、底層與二層之間的側(cè)向剛度之比、以及底層與二層之間的抗剪承載力之比設(shè)置有約束條件。
8、所述底層位移的約束條件為:在預(yù)設(shè)的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值或多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值作用下底層產(chǎn)生的層間位移與層高之比不大于1/400;
9、所述底層與二層之間的側(cè)向剛度之比 γ的約束條件如下:
10、0.8< γ≤5
11、 γ=( v1 δ1)/?( v2 δ2)
12、其中, γ表示底層與二層之間的側(cè)向剛度之比; v1和 v2分別表示底層和二層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值; δ1和 δ2分別表示底層和二層在地震作用標(biāo)準(zhǔn)值作用下的層間位移;
13、所述底層與二層之間的抗剪承載力之比 η的約束條件如下:
14、 η≥1.0
15、 η= f1/ f2
16、其中, η表示底層與二層之間的抗剪承載力之比; f1和 f2分別表示底層和二層的抗剪承載力。
17、所述的碳硅模塊墻體包括龍骨架、保溫材料和硅酸鈣面板;所述龍骨架沿厚度方向的兩側(cè)分別固定連接有兩個(gè)硅酸鈣面板,且龍骨架與硅酸鈣面板平行設(shè)置,保溫材料填充于龍骨架內(nèi),且保溫材料與硅酸鈣面板接觸,龍骨架內(nèi)還可以連接有用于防止龍骨架變形的支撐桿件。
18、所述裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中底層的樓面板采用板厚不小于120mm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板或鋼筋桁架樓承板,且底層的樓面板不開(kāi)設(shè)任何孔洞。
19、所述裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中間層的樓面板采用壓型鋼板-混凝土組合樓板。
20、所述裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系頂層的屋面板采用龍骨模塊板,所述龍骨模塊板主要由在鋼龍骨桁架上鋪含合成木材osb板而形成,龍骨模塊板自下而上依次鋪設(shè)有防水卷材和屋面瓦。
21、一種適用于鄉(xiāng)村民居的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)方法,包括以下步驟:
22、步驟s1、首先,在結(jié)構(gòu)分析軟件中對(duì)所述裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中的梁、柱、墻構(gòu)件的類(lèi)型、尺寸和排布方式進(jìn)行設(shè)置并構(gòu)建,得到裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系對(duì)應(yīng)的三維模型;
23、步驟s2、接著,利用結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)步驟s1中構(gòu)建好的三維模型進(jìn)行力學(xué)性能模擬計(jì)算,判斷當(dāng)前的三維模型是否滿(mǎn)足承載力設(shè)計(jì)要求,若滿(mǎn)足承載力設(shè)計(jì)要求,則根據(jù)當(dāng)前的三維模型對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中各個(gè)構(gòu)件的尺寸、類(lèi)型和排布方式進(jìn)行設(shè)置;若不滿(mǎn)足承載力設(shè)計(jì)要求,則回到步驟s1重新設(shè)置各個(gè)構(gòu)件的尺寸、類(lèi)型和排布方式,直到三維模型滿(mǎn)足承載力設(shè)計(jì)要求。
24、所述步驟s2中對(duì)三維模型是否滿(mǎn)足承載力設(shè)計(jì)要求的判斷方式如下:
25、若三維模型的底層位移、底層與二層之間的側(cè)向剛度之比、以及底層與二層之間的抗剪承載力之比均滿(mǎn)足約束條件,則該三維模型的承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;
26、否則,則該三維模型的承載力不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;
27、所述底層位移的約束條件為:在預(yù)設(shè)的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值或多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值作用下底層產(chǎn)生的層間位移與層高之比不大于1/400;
28、所述底層與二層之間的側(cè)向剛度之比 γ的約束條件如下:
29、0.8< γ≤5
30、 γ=( v1 δ1)/?( v2 δ2)
31、其中, γ表示底層與二層之間的側(cè)向剛度之比; v1和 v2分別表示底層和二層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值; δ1和 δ2分別表示底層和二層在地震作用標(biāo)準(zhǔn)值作用下的層間位移;
32、所述底層與二層之間的抗剪承載力之比 η的約束條件如下:
33、 η≥1.0
34、 η= f1/ f2
35、其中, η表示底層與二層之間的抗剪承載力之比; f1和 f2分別表示底層和二層的抗剪承載力。
36、本發(fā)明的技術(shù)原理如下:
37、本發(fā)明采用底層鋼框架-二三層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的建筑體系,現(xiàn)有規(guī)范沒(méi)有對(duì)這種體系變形的控制,尤其是在首層的框架,本發(fā)明提出按1/400控制,避免首層剛度過(guò)柔,對(duì)二三層產(chǎn)生不利的影響。二三層的側(cè)移可以按照《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》jgj227-2011中,對(duì)冷彎薄壁型鋼房屋結(jié)構(gòu)側(cè)移限值的要求。
38、首層框架樓蓋的結(jié)構(gòu)板是重要的轉(zhuǎn)換部件,二層部分碳硅模塊墻體可直接落在樓板上,樓板承擔(dān)豎向力和傳遞水平力,樓板面內(nèi)應(yīng)有足夠的剛度,符合面內(nèi)無(wú)窮剛的假定,本發(fā)明提出板厚不小于120mm,且板平面內(nèi)不應(yīng)有開(kāi)洞。
39、底層鋼框架-二三層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的建筑體系首層開(kāi)間和進(jìn)深比較大,二、三層采用抗剪墻,容易在首層形成薄弱層,控制底層與二層側(cè)向剛度比大于0.8,且抗剪承載力比大于1.0是為了保證底層強(qiáng)框架,地震作用下底層不首先發(fā)生破壞,地震往復(fù)作用下屈服發(fā)生在二層。但底層剛度過(guò)大,也會(huì)造成結(jié)構(gòu)豎向剛度的突變,當(dāng)二層與首層剛度差異越多時(shí),結(jié)構(gòu)的高振型反應(yīng)越明顯,因此本發(fā)明提出了控制首層與二層剛度比不大于5。
40、本發(fā)明的有益效果為:
41、1、本發(fā)明的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系融合了上部冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)和底層鋼框架結(jié)構(gòu),形成了一種上輕下重、上柔下剛的混合結(jié)構(gòu)體系,這種結(jié)構(gòu)體系相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有顯著優(yōu)勢(shì):底部鋼框架結(jié)構(gòu)提供了更大的進(jìn)深和開(kāi)間距離,從而增加了建筑的使用面積,并提供了更加靈活的空間布局。
42、2、采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系,增加了底部空間的通透性和可變性。這種設(shè)計(jì)不僅適用于住宅建筑的低層,還可以用于下層商鋪、車(chē)庫(kù)等多功能建筑,既方便了居民的生活,又提高了結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。
43、3、本發(fā)明中碳硅模塊墻體的采用,大大減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝的構(gòu)件數(shù)量,簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)安裝流程,便于提高安裝的安裝質(zhì)量。
44、4、本發(fā)明的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系不僅輕便、經(jīng)濟(jì),而且能夠滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)的要求。它通過(guò)增加結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度,有效避免了底部薄弱層的形成,從而提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。