施甸縣擺榔鄉(xiāng)布朗族整鄉(xiāng)推進(jìn)整鄉(xiāng)幫扶尖山安置鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)項目,地處施甸縣擺榔鄉(xiāng)政府東南側(cè)約6 km，距縣城約29 km;處M25縣道公路東側(cè)，除東南側(cè)臨近，其他三側(cè)均為坡地，周圍無管線管網(wǎng)，屬新建場地。項目區(qū)規(guī)劃總用地面積為37 100 m2，規(guī)劃擬建筑物約70幢，均為兩層框架結(jié)構(gòu)民用建筑，層高均為3 m，考慮當(dāng)?shù)鼐用窠?jīng)濟水平，建筑戶型共12種，建筑面積為67～196 m2，其中67 m2、90 m2戶型為單層建筑，其余為雙層建筑，結(jié)構(gòu)體系采用自裝配式民居輕型組合支撐框架。

本工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為 50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，設(shè)防烈度為8度(0.20g)，設(shè)計地震分組為第二組，多遇地震作用下水平地震影響系數(shù)最大值為0.16，建筑場地類別為 Ⅱ 類，場地特征周期為0.45 s，基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級，基礎(chǔ)設(shè)計安全等級為二級，多遇地震時阻尼比為0.04。

1.結(jié)構(gòu)布置

本工程建筑高7.9 m，共兩層，首層和2層建筑層高均為3.0 m，建筑平面尺寸為11.4 m×9.9 m，屋面為輕質(zhì)釉面仿古瓦屋面。結(jié)構(gòu)嵌固端取-0.200 m(地梁頂)，首層結(jié)構(gòu)計算高度3.2 m,2層3 m，本工程結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)支撐體系，柱采用矩形鋼管柱，梁采用高頻焊接工字鋼，梁柱均采用Q235B材質(zhì)，屋面為輕鋼屋面體系，主檁條采用薄壁C型鋼，結(jié)構(gòu)1層樓板采用現(xiàn)澆混凝土板樓板。板厚為120 mm，鋼柱截面主要為□150×150×6，鋼梁主要截面為H250×125×3.2×6。

2.結(jié)構(gòu)選型分析

1)本工程位于山頂上，進(jìn)場道路為農(nóng)村硬化村道，局部未硬化，交通運輸十分不便利，雨天后路面濕滑泥濘，大型貨車無法進(jìn)入現(xiàn)場，現(xiàn)場運輸不便。為了方便二次倒運，鋼結(jié)構(gòu)民居構(gòu)件必須小型化、輕型化。傳統(tǒng)受彎構(gòu)件，型材構(gòu)件質(zhì)量大，故鋼結(jié)構(gòu)民居設(shè)計中框架柱盡量為二力桿。且梁采用板材比較薄的高頻焊接工字鋼，經(jīng)多次調(diào)研最大柱構(gòu)件質(zhì)量不大于120 kg，最大梁構(gòu)件質(zhì)量不大于73 kg。故本工程采用鋼框架支撐體系。

2)本工程為兩層框架，梁柱位置傳統(tǒng)為剛接，但是本工程采用鋼框架支撐體系，框架承擔(dān)的地震作用約為80%�？蚣芸箓�(cè)力性能有限，此次結(jié)構(gòu)體系考慮梁柱全部剛接和部分梁柱鉸接，在滿足位移角情況下對比兩種結(jié)構(gòu)方案的周期和基底剪力，具體結(jié)果詳見表1。

由表1計算結(jié)果可知：梁柱全部剛接和部分鉸接對整體基底剪力影響不大，框架側(cè)向剛度有限，但是梁柱剛接和鉸接對整體安裝的造價影響較大。本工程為鋼結(jié)構(gòu)民居示范工程，云南省危房改造項目市場龐大，每年有50萬套的危房改造任務(wù)，且大部分項目為統(tǒng)籌自建，無施工圖、無監(jiān)理、無控制、無驗收、任務(wù)重大，為滿足推廣需求和在推廣過程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須工廠預(yù)制，輸出結(jié)構(gòu)構(gòu)件部品化，現(xiàn)場居民自裝配式連接，現(xiàn)場無焊縫，因此梁柱全螺栓連接，梁柱全螺栓連接螺栓數(shù)量較大，考慮經(jīng)濟性和現(xiàn)場安裝便宜本工程樓梯間梁柱剛接，其余梁柱連接點采用鉸接體系。

3.多遇地震下計算分析

本工程結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為97.061 t,最大柱截面為□150×150×6,最大梁截面為H370×120×4.5×6,抗震等級為三級，模擬施工加載1，考慮重力二階效應(yīng)，不考慮梁柱重疊部分的剛域效應(yīng)。采用SATWE軟件計算，多遇地震作用下計算結(jié)果見表2。從表2計算結(jié)果可以看出：結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下處于彈性狀態(tài)。

4.加強措施

1)本工程樓梯間位置梁柱剛接，考慮結(jié)構(gòu)用鋼量和構(gòu)件輕型化、小型化，框架梁為高頻焊接工字鋼，框架梁的寬厚比依據(jù)GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求，突破了GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求。根據(jù)此項突破框架梁進(jìn)行補充加強，框架梁和框架柱的強度和穩(wěn)定承載力必須滿足2倍地震承載力的要求。

2)本工程采用鋼框架支撐體系，由于梁柱鉸接，造成支撐的剛度較大，框架的剛度較小，結(jié)構(gòu)底部剪力主要為支撐承擔(dān)，這種情況，結(jié)構(gòu)在地震作用下，支撐體系由于受拉變形過大，經(jīng)內(nèi)力重分布后，框架會承擔(dān)比較大的地震作用，框架部分承擔(dān)的剪力增大，為滿足二道防線概念設(shè)計，框架部分承擔(dān)的剪力必須滿足GB 50011—2010第8.2.3條要求，框架部分按剛度分配計算得到地震作用應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)，達(dá)到不小于總地震作用力的25%和框架部分計算層剪力1.8倍的較小值。調(diào)整結(jié)果詳見表3。

3)本工程中2層框架柱Y方向連接的為斜梁，SATWE計算過程中柱計算長度不準(zhǔn)確可信，為準(zhǔn)確得到與斜梁連接的框架柱的計算長度系數(shù)，采用式(1)、式(2)計算[4]：

(2)式中:Pcr為柱失穩(wěn)的極限荷載；L為構(gòu)件計算長度；μ為構(gòu)件計算長度系數(shù)；L0為構(gòu)件幾何長度。

本工程通過MIDAS/Gen軟件對斜梁連接的框架柱施加單元荷載，通過屈曲分析得到構(gòu)件失穩(wěn)的極限荷載，通過式(1)、式(2)反算得出構(gòu)件的計算長度系數(shù)，代入SATWE計算數(shù)據(jù)中復(fù)核該類型柱的承載力。

4)本工程鉸接梁均考慮組合梁設(shè)計，民居墻體由當(dāng)?shù)厥┕り犖槭┕ぃ瑝w材料為當(dāng)?shù)刈赃x材料，施工質(zhì)量水平有限，且鋼結(jié)構(gòu)與墻材容易開裂，為防止梁受荷后下?lián)线^大導(dǎo)致墻體與梁開裂，本工程嚴(yán)格控制梁撓度，略高于GB 50017—2003要求。具體詳見表4。

5)本工程2層結(jié)構(gòu)為單跨結(jié)構(gòu)，且為人字形坡屋面，見圖4所示，框架柱截面和人字形梁剛度、截面均較小，因此本工程采用PKPM復(fù)核2層人字形結(jié)構(gòu)體系。

分析得出屋面梁受彎荷載較大、軸力較小，人字形屋面撓度較大，框架柱與1層框架梁交接處彎矩較大，人字形結(jié)構(gòu)對框架柱頂側(cè)推力較大，考慮本工程盡量采用二力桿，在柱頂、人字形屋面梁底設(shè)置張緊的圓鋼。改變屋面梁和框架柱受力模式，減小柱截面尺寸和梁截面尺寸。

5.結(jié)論

1)鋼結(jié)構(gòu)民居設(shè)計區(qū)別于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)件必須做到輕型化。小型化、易裝配化設(shè)計，通過大量使用二力桿和梁柱鉸接節(jié)點滿足鋼結(jié)構(gòu)民居易推廣和易控制質(zhì)量需求。2)本工程框架梁采用薄板焊接而成高頻焊接工字鋼，相比較于型材，鋼材的力學(xué)性能得到更充分的利用，傳統(tǒng)型材腹板的剪應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼材的力學(xué)性能指標(biāo)。通過降低腹板的板厚降低含鋼量和構(gòu)件質(zhì)量。3)云南為多民族地區(qū)，建筑外觀必須遵循當(dāng)?shù)孛窬犹厣惋L(fēng)俗習(xí)慣，相較于其他結(jié)構(gòu)體系更容易也更合理地滿足了這一需求。4)本工程框架梁的板材寬厚比、高厚比突破了GB 50011—2010的規(guī)定限值，通過控制多遇地震作用構(gòu)件應(yīng)力和滿足2倍地震作用結(jié)果，滿足構(gòu)件在罕遇地震作用下的延性需求。

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