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【摘 要】本文阐述了多层轻钢结构常用的结构体系及常用的设计方法，并结合工程实际提出改进框架结构分析方法和压型钢板-混凝土组合楼盖的设计方法，简单分析了工程中易出现的问题并提出改进措施。
【关键词】多层轻钢结构；框架体系；点设计/施工；组合楼盖；抗剪连接件
1 前言
随着国家可持续发展战略的实施，高能耗、破坏环境的建筑材料将逐步退出市场，取而代之的将是低耗、高效、环保的新型建材。钢材做为可再生利用和高效的材料，具有好多优点：自重轻、强度高、韧性好、抗震性能优越、工厂化程度高、施工速度快等等。这些都为在建筑领域大量推广钢结构提供了前提条件，过去只能在工业建筑中才广泛使用的钢结构，现在民用建筑中已经在大量采用，特别是近年来我国生产能力和生产品质的大幅提高，可以大量生产宽翼缘、中翼缘、窄翼缘等多种型号的H型钢和各种截面的冷弯薄壁型钢、压型钢板、夹芯板，并开发了成熟的设计施工技术，这些材料都为钢结构建筑迅猛发展奠定了基础。不过多层轻钢结构的研究还处于起步阶段，在设计和施工中还存在一些问题，有必要开展进一步的讨论和研究，以利多层轻钢结构在我国的健康发展。
2 多层轻钢框架结构的设计
由于框架结构体系可提供较大空间、门窗设置灵活、受力简洁易形成纵横框架，并且框架可与楼盖组合共同抵抗水平荷载作用，因而，在多层轻钢结构中得到广泛应用。
在框架结构体系中，框架梁及楼面次梁多采用组合工字钢梁，柱采用H型钢，楼面采用压型钢板------现浇混凝土组合楼板。框架梁柱内力分析时的计算简图和混凝土框架大体一致，只是节点有所不同，框架梁柱仍采用刚接节点，而柱基不宜采用固端嵌固而采用铰接节点，内力和变形计算中应考虑楼盖与钢梁的组合作用，以减少主梁的计算挠度和柱顶位移。
根据截面受力，按照现行的《钢结构设计规范》，合理设计框架梁柱、墙梁、檩条、屋面板、墙面板、屋面支撑、柱间支撑、楼面次梁和压型钢板组合楼盖等，框架柱间距宜在6-9米之间，应根据建筑设计合理布置柱网。采用空间有限元软件进行计算，保证结构在竖向荷载、风荷载和地震荷载作用下结构满足强度、刚度和稳定的要求。
楼层可采用主次梁体系及压型钢板组合楼盖。在组合楼盖中，楼板与钢梁间要设置抗剪连接件，以提高结构整体刚度和承载能力，抗剪连接件有抗剪栓钉、抗剪槽钢和抗剪弯筋等，但常用抗剪栓钉，栓钉的大小和配置数量应根据规程[2]计算确定，并要满足相应的构造要求；为保证钢板与混凝土结合面上能可靠传递梁内的纵向剪力，对无痕开口式压型钢板，根据计算设置剪力钢筋并要满足相应的构造要求。
3 设计中易出现的问题
设计中的问题
多层轻钢结构的应用还处在起步阶段，相关技术规范、规程还在完善之中，设计、构造和施工仍存在着有待解决的问题，如多层轻钢结构承重结构体系、施工和安装技术、新型维护结构体系、承重与维护结构的连接方法和相互作用等方面的设计问题都在研究之中，其中在设计杆件节点和组合楼盖方面的出现的问题较普遍。
3.1 柱支座的计算简图。对框架结构一般将柱支座设计为固端连接，实际工程中，现浇钢筋混凝土结构的柱很容易实现固端连接，但对于钢结构而言就不一定了。如果采用外漏式柱脚，由于施工中锚栓的安装的误差、二次浇注的混凝土质量不容易保证、钢材的腐蚀在所难免、基础不均匀沉降等都会使柱脚节点很难实现完全固接。
解决办法：设计时采用埋入式柱脚或外包式柱脚，这两种柱脚形式能够实现完全钢接使计算模型与实际完全吻合。
3.2 压型钢板与混凝土组合楼盖的设计。根据规程[2]要求，在组合楼盖中，当采用有痕、加劲肋或冲孔的压型钢板时，可以不设剪力连接钢筋，叠合面上的纵向剪力通过这些刻痕而传递。但是，在施工中由于钢板的不透水性和防腐层的存在，大大削弱了接触面的结合作用，而此处的混凝土由于局部的高水灰比导致强度下降，使混凝土与压型钢板的咬合力小于计算值。
解决办法：为了有效地避免上述情形的发生，建议不论何种情况均应设置剪力连接筋，剪力连接筋的设置满足计算和构造要求。
3.3 强连接设计。因为建筑物在地震力作用时，保证梁的破坏先与梁与柱连接的破坏，避免建筑物倒塌，所以要进行强连接设计，使梁、柱连接处的强度高于梁的强度，它是保证建筑物大震不倒塌的重要环节。而在很多钢结构框架的实际工程中往往忽略了这一设计内容。
解决办法：国内常用的办法是按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，即：
Mu > ηj*Mp
如果不满足此公式，需要用在两端上下翼缘处加盖板方式来加强连接根部。
日本的钢结构工程中常用的办法是在距两端的一个区域设计成狗骨式，即对此范围内的梁的上下翼缘进行削弱，满足狗骨部位的强度低于梁柱连接处的强度，保证结构在地震作用下狗骨部位的破坏先于梁柱连接处的破坏。
3.4 节点抗震承载力的设计。，节点的抗震设计是保证结构在受到地震作用的时候节点的破坏在结构梁、柱破坏之后，真正做到强节点。而在好多工程中，节点的抗震承载力设计是一个容易忽略的问题，使节点处不满足抗震承载力要求，即便有些工程验算了，也未对其进行处理。
解决办法：按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，并满足规范对节点处的构造要求；对于不满足计算公式的节点，采用补强处理。常用的节点补强处理有三种：1.在柱的节点范围内采用厚的钢板作为钢柱的腹板（适用于焊接型钢柱），钢板的厚度满足规范规定的构造要求；2.在节点处设加劲肋，通过加劲肋来加强钢柱的腹板；3.对钢柱在节点部位采用贴钢板的方法使钢柱腹板加厚，附加的钢板与钢柱腹板连接采用打孔塞焊（适用于热轧型钢柱）。
钢结构在我国已进入快速发展期，多层钢框架结构房屋将会广泛普及，新问题的不断出现，应注意研究、开发和经验总结，使建筑设计、结构设计、制作和安装技术在未来有较大的发展，使我国的轻钢结构技术赶上国外的先进水平。
以上是笔者对多层轻钢框架结构房屋的设计中对于设计同行容易忽略和需要注意的问题的一些总结，希望对大家能够有所帮助。
参考文献
[1]唐柏鉴、刘兴业,多层轻钢结构住宅设计
[2]钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 YB9238-92
[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
作者简介：
王长柏、男、吉林四平人、1981年生、大学本科学历、工程师。
【关键词】多层轻钢结构；框架体系；点设计/施工；组合楼盖；抗剪连接件
1 前言
随着国家可持续发展战略的实施，高能耗、破坏环境的建筑材料将逐步退出市场，取而代之的将是低耗、高效、环保的新型建材。钢材做为可再生利用和高效的材料，具有好多优点：自重轻、强度高、韧性好、抗震性能优越、工厂化程度高、施工速度快等等。这些都为在建筑领域大量推广钢结构提供了前提条件，过去只能在工业建筑中才广泛使用的钢结构，现在民用建筑中已经在大量采用，特别是近年来我国生产能力和生产品质的大幅提高，可以大量生产宽翼缘、中翼缘、窄翼缘等多种型号的H型钢和各种截面的冷弯薄壁型钢、压型钢板、夹芯板，并开发了成熟的设计施工技术，这些材料都为钢结构建筑迅猛发展奠定了基础。不过多层轻钢结构的研究还处于起步阶段，在设计和施工中还存在一些问题，有必要开展进一步的讨论和研究，以利多层轻钢结构在我国的健康发展。
2 多层轻钢框架结构的设计
由于框架结构体系可提供较大空间、门窗设置灵活、受力简洁易形成纵横框架，并且框架可与楼盖组合共同抵抗水平荷载作用，因而，在多层轻钢结构中得到广泛应用。
在框架结构体系中，框架梁及楼面次梁多采用组合工字钢梁，柱采用H型钢，楼面采用压型钢板------现浇混凝土组合楼板。框架梁柱内力分析时的计算简图和混凝土框架大体一致，只是节点有所不同，框架梁柱仍采用刚接节点，而柱基不宜采用固端嵌固而采用铰接节点，内力和变形计算中应考虑楼盖与钢梁的组合作用，以减少主梁的计算挠度和柱顶位移。
根据截面受力，按照现行的《钢结构设计规范》，合理设计框架梁柱、墙梁、檩条、屋面板、墙面板、屋面支撑、柱间支撑、楼面次梁和压型钢板组合楼盖等，框架柱间距宜在6-9米之间，应根据建筑设计合理布置柱网。采用空间有限元软件进行计算，保证结构在竖向荷载、风荷载和地震荷载作用下结构满足强度、刚度和稳定的要求。
楼层可采用主次梁体系及压型钢板组合楼盖。在组合楼盖中，楼板与钢梁间要设置抗剪连接件，以提高结构整体刚度和承载能力，抗剪连接件有抗剪栓钉、抗剪槽钢和抗剪弯筋等，但常用抗剪栓钉，栓钉的大小和配置数量应根据规程[2]计算确定，并要满足相应的构造要求；为保证钢板与混凝土结合面上能可靠传递梁内的纵向剪力，对无痕开口式压型钢板，根据计算设置剪力钢筋并要满足相应的构造要求。
3 设计中易出现的问题
设计中的问题
多层轻钢结构的应用还处在起步阶段，相关技术规范、规程还在完善之中，设计、构造和施工仍存在着有待解决的问题，如多层轻钢结构承重结构体系、施工和安装技术、新型维护结构体系、承重与维护结构的连接方法和相互作用等方面的设计问题都在研究之中，其中在设计杆件节点和组合楼盖方面的出现的问题较普遍。
3.1 柱支座的计算简图。对框架结构一般将柱支座设计为固端连接，实际工程中，现浇钢筋混凝土结构的柱很容易实现固端连接，但对于钢结构而言就不一定了。如果采用外漏式柱脚，由于施工中锚栓的安装的误差、二次浇注的混凝土质量不容易保证、钢材的腐蚀在所难免、基础不均匀沉降等都会使柱脚节点很难实现完全固接。
解决办法：设计时采用埋入式柱脚或外包式柱脚，这两种柱脚形式能够实现完全钢接使计算模型与实际完全吻合。
3.2 压型钢板与混凝土组合楼盖的设计。根据规程[2]要求，在组合楼盖中，当采用有痕、加劲肋或冲孔的压型钢板时，可以不设剪力连接钢筋，叠合面上的纵向剪力通过这些刻痕而传递。但是，在施工中由于钢板的不透水性和防腐层的存在，大大削弱了接触面的结合作用，而此处的混凝土由于局部的高水灰比导致强度下降，使混凝土与压型钢板的咬合力小于计算值。
解决办法：为了有效地避免上述情形的发生，建议不论何种情况均应设置剪力连接筋，剪力连接筋的设置满足计算和构造要求。
3.3 强连接设计。因为建筑物在地震力作用时，保证梁的破坏先与梁与柱连接的破坏，避免建筑物倒塌，所以要进行强连接设计，使梁、柱连接处的强度高于梁的强度，它是保证建筑物大震不倒塌的重要环节。而在很多钢结构框架的实际工程中往往忽略了这一设计内容。
解决办法：国内常用的办法是按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，即：
Mu > ηj*Mp
如果不满足此公式，需要用在两端上下翼缘处加盖板方式来加强连接根部。
日本的钢结构工程中常用的办法是在距两端的一个区域设计成狗骨式，即对此范围内的梁的上下翼缘进行削弱，满足狗骨部位的强度低于梁柱连接处的强度，保证结构在地震作用下狗骨部位的破坏先于梁柱连接处的破坏。
3.4 节点抗震承载力的设计。，节点的抗震设计是保证结构在受到地震作用的时候节点的破坏在结构梁、柱破坏之后，真正做到强节点。而在好多工程中，节点的抗震承载力设计是一个容易忽略的问题，使节点处不满足抗震承载力要求，即便有些工程验算了，也未对其进行处理。
解决办法：按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规范的公式来计算，并满足规范对节点处的构造要求；对于不满足计算公式的节点，采用补强处理。常用的节点补强处理有三种：1.在柱的节点范围内采用厚的钢板作为钢柱的腹板（适用于焊接型钢柱），钢板的厚度满足规范规定的构造要求；2.在节点处设加劲肋，通过加劲肋来加强钢柱的腹板；3.对钢柱在节点部位采用贴钢板的方法使钢柱腹板加厚，附加的钢板与钢柱腹板连接采用打孔塞焊（适用于热轧型钢柱）。
钢结构在我国已进入快速发展期，多层钢框架结构房屋将会广泛普及，新问题的不断出现，应注意研究、开发和经验总结，使建筑设计、结构设计、制作和安装技术在未来有较大的发展，使我国的轻钢结构技术赶上国外的先进水平。
以上是笔者对多层轻钢框架结构房屋的设计中对于设计同行容易忽略和需要注意的问题的一些总结，希望对大家能够有所帮助。
参考文献
[1]唐柏鉴、刘兴业,多层轻钢结构住宅设计
[2]钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 YB9238-92
[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
作者简介：
王长柏、男、吉林四平人、1981年生、大学本科学历、工程师。