輕型結(jié)構(gòu)構(gòu)造及連接設(shè)計與研究

關(guān)鍵詞：輕型結(jié)構(gòu)；構(gòu)造；連接  

　　1 引言 

　　隨著地球氣候的逐漸變暖，越來越多的國家開始意識到建設(shè)節(jié)約型社會以及低碳社會的重要性。黨和國家也在2007年就提出了相關(guān)構(gòu)想，并且鼓勵人們盡可能的做到低碳減排。從建筑行業(yè)來說，節(jié)能建筑是貫徹國家“節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境”和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措，是我國《節(jié)約能源法》的重要組成部分。積極推進(jìn)建筑節(jié)能工作，有利于減輕大氣污染，減少溫室氣體排放，保護(hù)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，改善和提升人民群眾的居住與工作環(huán)境。有利于我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)的形成與發(fā)展，是全面實(shí)現(xiàn)小康社會發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要方面，是我國建筑業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)的重要工作，同樣是我國建設(shè)行業(yè)一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。 

　　在我國北方地區(qū)，建筑采暖能耗占全社會能耗的20%以上。盡管我國人均用能不及世界平均能耗水平的一半，但我國的能源消耗總量己達(dá)世界第二，多年來我國開展了相當(dāng)規(guī)模的建筑節(jié)能工作。采取先易后難、先城市后農(nóng)村、先新建后改建、先住宅后公建、從北向南逐步推進(jìn)的策略，全面推進(jìn)我國的建筑節(jié)能。同時國家也建立和強(qiáng)化了全國的建筑節(jié)能機(jī)制，制定了建筑節(jié)能的專項(xiàng)規(guī)劃和相關(guān)政策，實(shí)施相應(yīng)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，從而使我國的建筑節(jié)能技術(shù)研究開發(fā)和推廣取得了好的發(fā)展。圍繞節(jié)能50%標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，很多研究、開發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)相結(jié)合，開發(fā)完成了節(jié)能型房屋體系，不僅達(dá)到和超過節(jié)能50%的要求，其各項(xiàng)性能指標(biāo)都符合相關(guān)規(guī)范要求，節(jié)能效率和舒適度都有提高。 

　　目前，國內(nèi)建筑外墻部分的節(jié)能保溫材料應(yīng)用較多的是外墻外保溫體系，其所采用的保溫體系主要集中于聚苯顆和粒聚苯板兩大類。一般來說，聚苯顆粒保溫層則主要通過現(xiàn)場制作的方式應(yīng)用于保溫體系;聚苯板保溫層的施工方法包括粘貼和干掛。與之相對應(yīng)的，分別是膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)、膨脹聚苯板與混凝土一次現(xiàn)澆外墻外保溫系統(tǒng)、機(jī)械固定鋼絲網(wǎng)架膨脹聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)和膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)。 

　　我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)在集中應(yīng)用于工業(yè)廠房、大跨度或超高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)建筑在全部建筑中的應(yīng)用比例還非常低，不到5%。而且我國絕大數(shù)建筑用鋼是用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)用鋼還不到建筑用鋼的2%。因此我國鋼結(jié)構(gòu)還是一個很年輕的行業(yè)，總體水平與西方發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大的差距。 

　　雖然我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展還處于一個很年輕的階段，但我國在輕鋼結(jié)構(gòu)方面也有了起步式的發(fā)展，主要運(yùn)用在我國的一些低層的輕鋼建筑和一些臨時性建筑以及一些輕重量級的工業(yè)廠房當(dāng)中。但還是有待于研究、發(fā)展和推廣運(yùn)用。 

　　2 柱、梁的連接 

　　框架結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點(diǎn)，良好的結(jié)點(diǎn)連接能夠使構(gòu)件間的傳力更加明確，具有更好的力學(xué)性能。 

　　多高層鋼結(jié)構(gòu)的連接方式很多很多，可以采用焊接、高強(qiáng)度螺栓連接或栓焊混合連接�？紤]結(jié)構(gòu)的抗震性能，及結(jié)構(gòu)的綠色環(huán)�？苫厥招�，方案除加勁肋采用焊接連接外，其他構(gòu)件連接主要采用高強(qiáng)度螺栓連接。 

　　2.1柱與柱的連接 

　　框架柱的安裝拼接應(yīng)盡量設(shè)在彎矩較小的位置，宜位于框架梁上方1.3m附近。同時框架柱的拼接應(yīng)采用與柱子本身等強(qiáng)度的連接，這里采用高強(qiáng)度螺栓摩擦連接，其中拼接縫為0-5mm。 

　　2.2梁與梁的連接 

　　梁與梁的連接采用全高強(qiáng)度螺栓連接的拼接，梁翼緣和腹板均采用高強(qiáng)度螺栓連接，其中拼接縫為0-5mm。 

　　2.3柱與梁的連接 

　　框架梁與柱連接采用柱貫通型�？紤]框架的布置及AB跨與BC跨梁的變截面，梁與柱的連接分為連接有三種連接情況: 

　　(1)梁與柱翼緣連接節(jié)點(diǎn):利用T形連接件，通過高強(qiáng)度螺栓固定節(jié)點(diǎn)，同時梁與柱翼緣連接處與梁翼緣等高處柱的腹板處設(shè)計加勁肋進(jìn)行加強(qiáng)。 

　　(2)梁垂直于柱腹板的連接節(jié)點(diǎn):連接中，在梁翼緣的對應(yīng)位置設(shè)置柱的橫向加勁肋，在梁高范圍內(nèi)設(shè)置柱的豎向連接板。橫向加勁肋外伸100mm，采取寬度漸變形式，避免應(yīng)力集中。橫向加勁肋與豎向連接板組成一個懸臂段，其端部截面與梁的截面相同。橫梁與懸臂段采用高強(qiáng)度螺栓連接。 

　　(3)柱兩側(cè)梁高不相等的連接節(jié)點(diǎn):由于AB跨與BC跨梁的截面不等高，柱的腹板在每個梁的翼緣處均設(shè)置水平加勁肋，同時鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定此種情況下加勁肋間距不應(yīng)小于150mm，且此時梁高相差等于150mm，取加勁肋的間距為150mm。 

　　3 節(jié)能保溫混凝土板與框架柱、梁的連接 

　　節(jié)能保溫輕質(zhì)混凝土板與框架的連接的形式是評價結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的一個重要因素。這里板材與鋼梁、柱連接除了考慮本身板材與梁板的要有可靠的搭接長度，為使之間連接可靠，這里同時對連接部位使用角鋼、鐵件、螺栓、鋼筋等必要的加強(qiáng)件進(jìn)行加強(qiáng)，使之滿足連接可靠的要求。 

　　4 屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計 

　　本方案屋蓋結(jié)構(gòu)采用輕型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，同時屋面材料采用輕質(zhì)保溫混凝土板材。它具有質(zhì)量輕、保溫性能良好、建造工期短、工業(yè)化程度高等眾多優(yōu)點(diǎn)。 

　　4.1屋蓋結(jié)構(gòu)的組成和形式 

　　屋蓋結(jié)構(gòu)由屋架、托架、擦條、和屋面材料等組成。根據(jù)屋面材料和屋面結(jié)構(gòu)布置情況的不同，可分為有擦體系屋蓋和無擦體系屋蓋。這里采用有襟體系屋蓋。屋面板采用壓型鋼板夾輕質(zhì)保溫混凝土板的輕質(zhì)屋面材料，通過設(shè)置輕鋼擦條作為支承并傳遞屋面荷載給屋架。 

　　屋架的外形采用三角形屋架，坡度為1/6�？紤]屋架的工作情況，將三角形屋架的兩端高度改為50cm，這樣屋架支座處上、下弦桿的內(nèi)力可以得到大大減少，提高屋架的工作情況。 

　　4.2屋面材料 

　　屋面材料采用壓型鋼板夾輕質(zhì)保溫混凝土板。壓型鋼板選擇YX25一205一820G型。 

　　4.3檁條材料 

　　檁條采用Z型冷彎薄壁型鋼，為了讓檁條在屋架上有可靠的支撐，這里采用屋架上弦焊接短角鋼制造的檁托，將檁條用C級螺栓(不少于兩個)與其連接。

　　5 節(jié)能保溫混凝土墻板與樓板的鋪裝與開洞設(shè)計 

　　考慮到保溫輕質(zhì)混凝土板材的強(qiáng)度以及抗折性能，這里墻體和樓板的鋪裝不采用整面板材進(jìn)行鋪裝，具體如下。 

　　5.1墻板的鋪裝 

　　墻板的鋪裝采用橫向鋪裝法。 

　　5.2樓板的鋪裝 

　　樓板的鋪裝同樣采用尺寸。 

　　5.3墻板的開洞 

　　考慮建筑采光、換氣等功能要求，墻板的開洞是再所難免的。墻板的開洞必然對結(jié)構(gòu)的承載性能構(gòu)成影響。故而對開洞部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)也是非常有必要的。 

　　對于開洞部分的補(bǔ)強(qiáng)這里簡單進(jìn)行介紹兩個步驟，具體參照工程實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計。首先，墻體采用橫向安裝，介于此對的墻板開洞四周采用安裝鐵件固定法，同時對�？p粘接。其次對于部分洞口對于鐵件的固定不能滿足要求時可以在開洞部分進(jìn)行設(shè)置斜撐進(jìn)行加強(qiáng)。 

　　6 結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造設(shè)計 

　　本文對于抗震除了從框架結(jié)構(gòu)整體設(shè)計之外，還主要對另外兩個構(gòu)造部分對抗震性能進(jìn)行設(shè)計研究:斜撐、伸縮縫等方面的設(shè)計。這里主要介紹斜撐部分的設(shè)計。 

　　斜撐的設(shè)置在本文中主要有兩個用途:第一，用于維護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性方面。第二，用于結(jié)構(gòu)部位中的加強(qiáng)作用。 

　　本文斜撐設(shè)計主要集中在三方面，首先在于樓面結(jié)構(gòu)體系中;其次在墻面結(jié)構(gòu)體系中;最后在于開洞設(shè)計當(dāng)中。 

　　對于斜撐在樓面結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用，設(shè)置水平斜撐作用是抵抗風(fēng)或地震作用所引起的水平力所造成的變形和扭曲的補(bǔ)強(qiáng)部件。這里斜撐可以采用型鋼或者是細(xì)口徑鋼筋。同時斜撐在維護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性方面也起著重要的作用。 

　　在墻面結(jié)構(gòu)體系中，設(shè)置斜撐作用是與水平斜撐一起抵抗風(fēng)和地震等作用引起的水平力，防止結(jié)構(gòu)體系變形扭曲。同時設(shè)置有斜撐的墻體相當(dāng)于鋼筋混凝土抗震墻，大大提高了結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用與抗震性能。 

　　在開洞設(shè)計中，設(shè)置斜撐主要是對開洞部位的補(bǔ)強(qiáng)作用，同時也對抗震要求的薄弱部位得到了加強(qiáng)。 

　　7 結(jié)構(gòu)防水設(shè)計 

　　結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計這里主要考慮兩方面的設(shè)計，一方面墻面防水設(shè)計，另一方面是樓面防水設(shè)計。 

　　7.1墻面防水設(shè)計 

　　墻面防水設(shè)計包括兩方面。一方面對于墻身防水設(shè)計，考慮經(jīng)濟(jì)以及施工方面等因素，墻身防水主要通過結(jié)構(gòu)防水，首先在保溫輕質(zhì)混凝土板20mm厚水泥砂漿找平層，再通過外墻面固定0.5mm厚的彩鋼板，利用彩鋼板進(jìn)行防水。 

　　另一方面對外墻墻腳處防水設(shè)計。在原墻身防水基礎(chǔ)之上，另外設(shè)置不低于300mm高的防水面。防水面采用貼防水瓷磚的做法，對外墻墻腳進(jìn)行防水設(shè)計。 

　　7.2樓面防水設(shè)計 

　　樓面防水通過樓面構(gòu)造中所設(shè)置的鋼板層、水泥砂漿層、及防水瓷磚地面層進(jìn)行防水的設(shè)計。屋面防水通過屋面板構(gòu)造中所設(shè)置的水泥砂漿層、SBS瀝青防水卷材、及細(xì)石混凝土層進(jìn)行結(jié)構(gòu)防水。 

　　對于樓面衛(wèi)生間等用水房間的防水做法采用如下做法:在保溫輕質(zhì)板材面設(shè)置鋼板層、壓面混凝土層、水泥砂漿層、防水瓷磚層。 

　　8 結(jié)構(gòu)防腐防火設(shè)計 

　　眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是易于銹蝕和鋼結(jié)構(gòu)耐火能力差。鋼鐵的腐蝕是自發(fā)的、不可以避免的，但卻可以控制;在發(fā)生火災(zāi)時鋼結(jié)構(gòu)在高溫作用下很快失效倒塌，耐火極限僅15分鐘。所以，鋼結(jié)構(gòu)工程必須進(jìn)行防護(hù)設(shè)計。 

　　8.1結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計 

　　本文給出兩種結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計案如下: 

　　(1)在鋼材表面用金屬鍍層保護(hù)，這里建議采用熱鍍鋁鋅層進(jìn)行保護(hù)。 

　　(2)在鋼材表面涂以非金屬保護(hù)層。涂層的結(jié)構(gòu)形式可以采用底漆、面漆的形式。這里建議底漆采用紅丹油性防銹漆，面漆采用灰酚醛防銹漆。涂層的厚度依據(jù)實(shí)際戶外氣候環(huán)境定。這里建議對鋼材涂漆前進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼?nbsp;

　　8.2結(jié)構(gòu)防火設(shè)計 

　　本文結(jié)出兩種結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計方案如下: 

　　(1)選擇適當(dāng)?shù)姆阑鹜苛�。具體防火涂料涂層厚度根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS24進(jìn)行選取。此種防火設(shè)計具有施工簡單，無需復(fù)雜的工具即可施工、質(zhì)量輕、造價低、而且不受幾何形狀和部位的限制。這里建議采用此類方法。 

　　(2)采用防火厚板進(jìn)行防火設(shè)計。例如可以采用外包石棉板、硅酸鈣板等等方法。同樣此種防火方法同樣要滿足防火層的厚度要求。但此類方法對造價影響大，越小規(guī)模的建筑其造價所占的比例會越高。工程實(shí)際當(dāng)中根據(jù)實(shí)際規(guī)模和結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行選擇。 

　　9 結(jié)束語 

　　節(jié)能建筑是未來建筑的發(fā)展趨勢之一，符合未來的世界形勢，因此，關(guān)于節(jié)能建筑一定要從多個角度進(jìn)行合理的設(shè)計。本文認(rèn)為一方面，節(jié)能建筑要選擇合理的結(jié)構(gòu)連接措施。選擇合理的梁柱之間連接措施，選擇高強(qiáng)螺栓或普通螺栓相連接，解決框架之間的連接問題。同時選擇合理的墻板的安裝方式和樓板的安裝方式及其與梁柱之間的連接方式，保證板材與框架結(jié)構(gòu)的連接穩(wěn)定。另外對于一些重要的局部連接進(jìn)行設(shè)計。另一方面，節(jié)能建筑要選擇合理的結(jié)構(gòu)防水措施、防水措施，保障結(jié)構(gòu)后期使用的耐久性和安全性，完善結(jié)構(gòu)整體開發(fā)運(yùn)用的可能性。相信通過我們的共同努力，我們的環(huán)境會變的越來越好。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]張春平.框架結(jié)構(gòu)住宅外墻保溫改進(jìn)做法實(shí)例[J].中國科技信息.2008(15). 

　　[2]劉輝.節(jié)能保溫輕型房屋整體設(shè)計與研究[J].安徽理工大學(xué).2011. 

　　[3]張波，王赟.漢中農(nóng)村民居典型夯土墻營造技術(shù)解析及改進(jìn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2010(08) . 

　　[4]楊永平.解析磚混結(jié)構(gòu)砌體質(zhì)量常見問題及改進(jìn)措施[J].山西建筑.2010(35).