一、概述

　　過去
，我國鋼材年產量較低，建築行業一直限製鋼材的使用
，提倡大力發展混凝土結構和混合結構，因此民用鋼結構一直發展緩慢。80 年代以後
，隨著經濟發展的需要，我國開始引進鋼結構房屋，以門式剛架為主，主要用於工業廠房、kufangheyixiegonggongsheshi。duocengqinggangjiegoucaiyongganggujiaheqingzhiweihujiegou
，zizhongqing
，duidizhitiaojianyaoqiudi。lingwai，gangjiegougoujianbiaozhun，shihegongchanghuashengchan，xianchanganzhuang
，shizuoyeshao，shigongzhanyongchangdishao
，sudukuai。yuduoceng鋼筋混凝土結jie構gou相xiang比bi
，不bu僅jin造zao價jia持chi平ping甚shen至zhi略lve低di，而er且qie綜zong合he效xiao益yi明ming顯xian。隨sui著zhe我wo國guo城cheng市shi對dui粘zhan土tu磚zhuan的de禁jin用yong
，多duo層ceng民min用yong輕qing鋼gang結jie構gou越yue來lai越yue受shou到dao工gong程cheng界jie的de青qing睞lai，正zheng成cheng為wei較jiao有you競jing爭zheng力li的de民min用yong建築結構體係之一。近幾年，上海、北京、長沙

、大連、tianjindengdiduiduocenggangjiegoufangwujinxingleyouxiaodechangshi
，qudeleyixiejingyan。danshi
，muqiandeshifangongchenghairenghenbuduo，jingyanhaihenquefa，youguanjishuguichenghaimeiyougenshang
，gongchengjieduihelideduocenggangjiegoutixihaiweidachenggongshi。zongtishangkan，duocenggangjiegoudekaifahaichuyuqidongjieduan。benwenzaiduiyiyoudeshifangongchengfenxibijiaodejichushang，benzhexunqiushouliheli、用鋼量低的原則


，對多層民用建築中的結構體係進行了分析，以供參考。

　　二、結構方案

　　1.結構體係的選擇

　　jiegoutixidexuanze，bujinyaocongmanzujianzhudeshiyonggongnengchufa

，jieyuetouzikaolv
，gengzhuyaodeshiqujueyujianzhudegaodu
，jiqujueyujianzhucengshudeduoshao。jianzhucengshuyueduo，gaoduyuegao，zeyouyufenglihuodizhenliyinqidecexianglijiuyueda，jianzhuwubixuyouxiangyingdegangdulaidikangcexiangli。yinci，suizhejianzhucengshudebuduanzengjia
，jiegoutixiyejiuxuyaobuduandefazhan。muqian，duocenghexiaogaocenggangjiegoujianzhuchangyongdejiegoutixiyouyixiajizhong。

　　（1） 純框架結構體係。純框架結構體係在地震區一般不超過15層(ceng)。框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)的(de)平(ping)麵(mian)布(bu)置(zhi)靈(ling)活(huo)，可(ke)為(wei)建(jian)築(zhu)提(ti)供(gong)較(jiao)大(da)的(de)室(shi)內(nei)空(kong)間(jian)，且(qie)結(jie)構(gou)各(ge)部(bu)分(fen)剛(gang)度(du)比(bi)較(jiao)均(jun)勻(yun)。框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)有(you)較(jiao)大(da)的(de)延(yan)性(xing)

，自(zi)振(zhen)周(zhou)期(qi)較(jiao)長(chang)
，因(yin)而(er)對(dui)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)不(bu)敏(min)感(gan)
，抗震性能好。但框架結構的側向剛度小，由於側向位移大

，易引起非結構構件的破壞，因此不宜建的太高。

　　（2） 框支結構體係。純框架在風、地震荷載作用下，側移不符合要求時，可以采用帶支撐的框架
，即在框架體係中，沿結構的縱

、henglianggefangxiangbuzhiyidingshuliangdezhicheng。zaizhezhongtixizhong，kuangjiadebuzhiyuanzehezhuwangchicun，jibenshangyukuangjiatixixiangtong
，zhichengdaduoyanloumianzhongxinbuweifuwumianjidezhouweibuzhi
，yanzongxiangbuzhidezhichengheyanhengxiangbuzhidezhichengxianglianjie
，xingchengyigezhichengxintong。caiyongyouzhouxiangshouliganjianxingchengdeshuxiangzhichenglaiqudaiyoukangwanganjianxingchengdekuangjiajiegou，nenghuodebichunkuangjiajiegoudadeduodekangceligangdu，keyimingxianjianxiaojianzhuwudecengjianweiyi。

　　（3） kuangjiajianliqiangjiegoutixi。zaikuangjiajiegouzhongbuzhiyidingshuliangdejianliqiangkeyizuchengkuangjiajianliqiangjiegoutixi，zhezhongjiegouyijianliqiangzuoweikangcelijiegou，jijuyoukuangjiajiegoupingmianbuzhilinghuo、使用方便的特點
，又有較大的剛度，可用於40至60層的高層鋼結構。當鋼筋混凝土牆沿服務性麵積（如樓梯間
、電梯間和衛生間）zhouweishezhi
，jiuxingchengkuangjiaduotongtijiegoutixi。zhezhongjiegoutixizaigegefangxiangdoujuyoujiaodadekangceligangdu，chengweizhuyaodekangceligoujian，chengdandabufenshuipinghezai
，gangkuangjiazhuyaochengshoushuxianghezai。

　　2.樓麵結構

　　多層輕鋼建築樓板必須有足夠的剛度
、強(qiang)度(du)和(he)整(zheng)體(ti)穩(wen)定(ding)性(xing)
，同(tong)時(shi)應(ying)盡(jin)量(liang)采(cai)用(yong)技(ji)術(shu)和(he)構(gou)造(zao)措(cuo)施(shi)減(jian)輕(qing)樓(lou)板(ban)自(zi)重(zhong)，並(bing)提(ti)高(gao)施(shi)工(gong)速(su)度(du)，組(zu)合(he)樓(lou)蓋(gai)是(shi)常(chang)用(yong)的(de)樓(lou)蓋(gai)之(zhi)一(yi)。到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)，組(zu)合(he)樓(lou)蓋(gai)主(zhu)要(yao)有(you)以(yi)下(xia)三(san)種(zhong)形(xing)式(shi)：（1）壓型鋼板組合樓蓋，其下表麵凹凸不平

，在民用建築中需做吊頂，造價較高
；（2）現澆整體組合樓蓋，其整體性能好

，但需要支模板，施工速度慢
；（3）鋼－混凝土疊合板組合樓蓋，其整體性好，還能節省支模和吊頂的費用。

　　在組合樓板的應用中，為使樓層高度減到最小，提供更大的無柱空間，現在的趨勢是把樓板和鋼梁合為一體，形成組合扁梁樓蓋。

　　3.支撐和剪力牆形式

　　多(duo)層(ceng)框(kuang)架(jia)鋼(gang)結(jie)構(gou)體(ti)係(xi)的(de)側(ce)向(xiang)剛(gang)度(du)較(jiao)弱(ruo)，隨(sui)著(zhe)層(ceng)數(shu)的(de)增(zeng)加(jia)，為(wei)了(le)抵(di)抗(kang)水(shui)平(ping)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)，減(jian)小(xiao)層(ceng)間(jian)錯(cuo)移(yi)，常(chang)在(zai)牆(qiang)體(ti)內(nei)布(bu)置(zhi)垂(chui)直(zhi)支(zhi)撐(cheng)，為(wei)了(le)方(fang)便(bian)門(men)窗(chuang)開(kai)洞(dong)，支(zhi)撐(cheng)形(xing)式(shi)可(ke)以(yi)靈(ling)活(huo)采(cai)用(yong)，如(ru)X型
、單斜杆型、K型、M型、W型、V型和人型等。建議多采用偏心支撐，因其在地震作用下具有較好的延性和耗能性能。

　　剪力牆按其材料和結構的形式可分為鋼筋混凝土剪力牆、鋼筋混凝土帶縫剪力牆和鋼板剪力牆等。鋼筋混凝土剪力牆剛度較大
，地震時易發生應力集中
，導致牆體產生斜向大裂縫而脆性破壞。為避免這種現象，可采用帶縫剪力牆。鋼板剪力牆是以鋼板做成剪力牆結構，與鋼框架組合
，起到剛性構件的作用。

　　三、 工程實例分析

　　1.工程概述

　　分析以典型的辦公樓布置為基礎，平麵尺寸為72m ×14.4m，基本柱網尺寸為8.4m×7.2m
，跨度為6m，柱距為7.2m，內走廊寬2.4m，層高為3.2m，層數考慮3至18ceng。caiyonggangkuangjiajiegoutixi
，ruobumanzuceyiyaoqiu，shidangjiayixiezhicheng。zhuliangcaiyonghanjiegongxingjiemian，zhucaiyonghanjiexiangxingjiemian。kuangjiadehengxianghezongxiangliangzhuangangxinglianjiesheji，xianchangcaiyongmocaxinggaoqiangluoshuanhehanjielianjie
，ciliangweigongzixingjiemiandankuajianzhiliang。waiqiangzhenglimianwei240厚瓷磚飾麵的混凝土砌塊
，主要隔斷內牆為200厚混凝土砌塊
，次要內牆為輕鋼龍骨石膏板輕質隔牆。樓蓋采用鋼－混凝土疊合板組合樓蓋，設計主次梁時充分考慮樓蓋與鋼梁的組合作用。

　　2.計算參數及計算軟件

　　本工程設計主要依據國家有關設計規程、規範
，如《建築結構荷載規範》（GBJ9 -87）、《建築抗震設計規範》（GBJ11-89）、《鋼結構設計規範》（GBJ17-88）
、《混凝土結構設計規範》（GBJ10-89）
、《建築地基基礎設計規範》（GBJ7-89）等。所有梁柱均采用Q345鋼，基礎和負彎距受拉鋼筋為Ⅱ級，樓板及分布筋Ⅰ級

，樓板混凝土標號為C40.

　　結構上作用活荷載包括樓麵活荷、風荷和地震作用
，橫荷載包括樓板和牆體自重，均按《建築結構荷載規範》（GBJ9-87）取用，梁柱自重按實際重量取用；基本風壓按北京地區0.35kN/m2取用；設計地震烈度為8度
，Ⅱ類場地。

　　計算軟件采用通用有限元軟件ANSYS， 它是融結構、流體、電場、磁場
、聲場分析於一體的大型軟件包。主要利用ANSYS軟件提供的結構靜力分析模塊，采用三維beam4梁單元和shell93 殼單元按空間模型進行計算載荷引起的位移和應力，並按照《鋼結構設計規範》驗算構件的強度、剛度、整體穩定和局部穩定性。同時采用通用結構分析軟件 SAP93進行結構複驗計算分析。

　　3.計算工況既及說明

　　計算時考慮以下主要的3種工況：1.2恒荷＋1.4活荷、1.2恒荷＋1.4×0.85（活荷＋風荷）以及地震作用。在計算地震作用時，12層以下采用底部剪力法，13至18層采用振型疊加法，考慮前5個自振周期。

　　四、 計算結果及分析

　　1.層數對結構體係及平麵布置的影響

　　3至6層建築物的設計是由豎向荷載控製著結構布置和構件截麵尺寸的選擇

，由於其側移很容易滿足，為了節省鋼材，可以抽去靠近走廊的一排柱子，每榀剛架布置3根柱子。

　　隨sui著zhe層ceng數shu的de增zeng加jia
，盡jin管guan豎shu向xiang荷he載zai仍reng對dui結jie構gou設she計ji產chan生sheng著zhe重zhong要yao影ying響xiang，但dan水shui平ping荷he載zai卻que起qi著zhe決jue定ding性xing的de因yin素su，控kong製zhi著zhe構gou件jian截jie麵mian的de選xuan擇ze。此ci時shi，為wei了le滿man足zu側ce移yi要yao求qiu，要yao麼me保bao持chi3排柱子布置不變，增大柱子截麵尺寸；要麼改3排柱子為4排。兩種方案分析比較發現改為4排柱子更為經濟。

　　當房屋層數達到15cengshi，qidingdianweiyihecengjianweiyiyijingfeichangda，yumanzushejiyaoqiu，jinjinkaozengdazhujiemianyijingbujingjile

，zheshiyanhengxianghezongxiangzaibiankuahezhongkuashidangdebuzhiyixiezhichengfanergengjiesheng鋼材。

　　2.主要構件的截麵尺寸

　　根據計算分析結果

，對梁和柱截麵規格尺寸進行了優化和歸並
，以節約鋼材和減少構件種類，3至18層的梁柱截麵尺寸見表1.

　　表1 3-18層主要構件的尺寸

　　結構體係 主梁 次梁 柱 備注

　　3-6層 純框架 I350×200×8×6 I300×200×8×6 □350×350×10×10 三排柱布置

　　7-9層 純框架 I400×200×8×6 I300×200×8×6 □400×400×14×14 四排柱布置

　　10-14層 純框架 I400×200×8×6 I300×200×8×6 □450×450×14×14 四排柱布置

　　15-18層 框支 I400×200×8×6 I300×200×8×6 □480×480×14×14 四排柱布置

　　由上表可以清楚地看到，隨著層數的增多，為了滿足側移要求
，柱截麵增加很多，整個設計和截麵的尺寸由側移控製。當增加到15層時，還必須適當布置一些支撐
，這時結構側向剛度突然增大

，地震作用也增大很多，柱的受力加大
，整個設計由柱的穩定控製。

　　3.3至18層的單位用鋼量

　　為了比較用鋼量與層數的關係
，我們對各層的單位用鋼量進行了統計
，見表2

，其中15-18層包含了支撐的用鋼量。

　　表2 3-18層各層主要構件單位用鋼量（單位：kg/m2）

　　3-6層 7-9層 10-14層 15-18層

　　柱 13.1～15.2 18.9～20.8 25.5～27.2 28.6～32.4

　　主梁 17.7～19.4 19.6～20.7 19.6～20.7 19.6～20.7

　　次梁 9.7 9.7 9.7 9.7

　　支撐 0 0 0 4.70

　　合 計 40.5～44.3 48.2～51.2 54.8～57.6 62.6～67.5

　　由上表可以看出，隨著層數的增加，用鋼量增加很多，特別是增加到了15層時，這時不僅柱的用鋼量有所增加
，支撐也使用鋼量增加不少。為了便於比較，對於15-18層不加支撐也進行了計算，此時單位用鋼量為65～68kg/m2左右

，比加支撐更不經濟。

　　五
、結論

　　本文通過對各種方案的分析比較發現
，3- 6層設計由豎向荷載來控製
，采用三排柱布置純框架比較經濟；7-14層豎向荷載和水平荷載作用都很顯著，采用四排柱布置的純框架用鋼量較為節省；而對於 15-18層，水平荷載作用占主導地位，適當增加一些支撐，增大整個結構的抗側力剛度
，比單純靠梁柱的受彎來抵抗水平位移更為經濟。