Appearance
钢结构住宅设计规范 CECS 261:2009
中国工程建设协会标准
钢结构住宅设计规范
Code for design of steel structure residential buildings
CECS261:2009
主编单位:中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会
住房和城乡建设部科技发展促进中心
批准单位:中国工程建设标准化协会
施行日期:2009年11月1日
中国工程建设标准化协会公告
第45号
关于发布《钢结构住宅设计规范》的公告
根据中国工程建设标准化协会(2003)建标协字第48号文《关于印发中国工程建设标准化协会2003年第二批标准制、修订项目计划的通知》的要求,由中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会、住房和城乡建设部科技发展促进中心等单位编制的《钢结构住宅设计规范》,经中国工程建设标准化协会组织审查,现批准发布,编号为CECS 261:2009,自2009年11月1日起施行。
中国工程建设标准化协会
二〇〇九年八月二十四日
前言
根据中国工程建设标准化协会(2003)建标协字第48号文《关于印发中国工程建设标准化协会2003年第二批标准制、修订项目计划的通知》的要求,制定本规范。
自20世纪90年代以来,随着我国钢材产量迅速增长,建筑钢结构的发展也十分迅速。但我国建筑钢结构用钢量占全国钢材总产量的比例与发达国家相比至今仍有较大差距。为了扩大钢结构的应用并促进住宅钢结构建筑工程产业化的发展,应在住宅建设领域中合理的推广应用钢结构。编制和发布本规范将有利于推动这方面的工作。
钢结构住宅设计涉及多方面的专业技术。编制本规范时,以综合技术的优化集成为指导思想,力求体现和发展钢结构住宅自重轻、抗震性能好、施工周期短、工业化程度高、环境效果好,符合我国国民经济可持续发展要求的特点。
本规范的主要内容包括建筑设计和结构设计两部分。前者包括建筑设计基本规定、室内环境设计、外围护设计、内隔断和吊顶设计、屋顶设计的要求,特别是与结构体系、新型围护结构有关的内容;后者包括结构设计基本规定、钢框架和钢框架-支撑结构体系设计、钢框架-混凝土核心筒(剪力墙)结构体系设计、混合框架结构体系设计、悬挂楼盖框架结构体系设计、组合楼盖设计的要求,以及钢结构防火、防腐蚀设计要求等。
根据国家计委[1986]1649号文《关于请中国工程建设标准委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知》的要求,推荐给工程设计、施工、建设等单位及工程技术人员使用。
本规范由中国工程建设标准化协会归口管理,由住房和城乡建设部科技发展促进中心(地址:北京市海淀区三里河路9号邮编:100835)负责解释。在执行过程中如发现需要修改和补充之处,请将意见和资料径寄解释单位。
主编单位:中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会 住房和城乡建设部科技发展促进中心
参编单位:北京赛博思工业化住宅集成系统工程有限公司 中冶建筑研究总院有限公司 天津市建筑设计院 天津大学 上海市建筑科学研究院 山东省冶金设计院有限责任公司 上海大通钢结构有限公司 清华大学 上海美建钢结构有限公司 北京北方空间钢结构有限公司 浙江杭萧钢构股份有限公司 马鞍山钢铁股份有限公司
主要起草人:柴昶 卞宗舒 陈敖宜 张小玲 张爱兰 文双玲 陈志华 韩林海 项士权 丁维 丁大益 刘承宗 卢晓南 杨强跃 王彦兵 奚铁
审查人:陈禄如 李国强 徐厚军 陈燕明 冯葆纯 金鸿祥 朱安育 俞德寅 牛健
1 总则
1 总则
1.0.1 为促进我国钢结构住宅的合理应用和发展,使住宅建设符合产业化和可持续发展的政策要求,做到安全适用,经济合理、技术先进、确保质量,制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建和改建的低层、多层与高层钢结构住宅建筑工程的设计。符合本规范适用范围的钢结构住宅,按层数与高度可划分如下:
1 低层住宅:1~3层;
2 多层住宅:4~6层;
3 中高层住宅:7~12层,高度不超过36m;
4 高层住宅:13~30层,高度不超过90m。
本规范不适用于薄板钢骨住宅建筑。
1.0.3 钢结构住宅建设应因地制宜、节约资源、保护环境,做到安全、适用、经济、美观,并符合节能、节地、节水、节材的要求。
1.0.4 设计钢结构住宅时,除应执行本规范外,尚应符合现行国家有关标准的规定。
2 术语和符号
2.1 术语
2 术语和符号
2.1 术语
2.1.1 钢结构住宅 steel structure residential building
主要承重结构为钢结构的住宅建筑。包括由钢结构或钢-混凝土混合结构两种结构体系组成的住宅建筑。
2.1.2 住宅建筑体系 housing architecture system
以住宅为对象,将设计、加工、施工、材料供应、管理、经营与服务等环节作为一个整体来研究,予以定型进而实施,各环节存在一定内在联系的建筑产品及其工作体系。
2.1.3 工业化住宅 industrialized housing
标准化设计的住宅,部件组合具有系统性,主要部件在工厂生产或预加工,在现场以装配化为主要方式建造的住宅产品。
2.1.4 钢结构体系 steel structure system
由钢框架或钢框架、钢支撑或钢板剪力墙组成的结构体系。
2.1.5 钢-混凝土混合结构体系 steel-concrete mixed structure system
由钢框架(或支撑钢框架)或由组合构件(含钢管混凝土柱、钢骨混凝土柱等)构成的框架与混凝土核心筒(剪力墙)联合工作所组成的结构体系。
2.1.6 组合构件(结构) composite member(struture)
由两种或两种以上材料(如钢与混凝土)组合而成的整体受力构件(结构)。
2.1.7 钢管混凝土构件 concrete-filled steel tubular member
在钢管内浇灌混凝土而形成的整体受力构件。钢管可采用矩形的或圆形的。
2.1.8 悬挂楼盖-混合框架结构体系 structure system with suspended steel floor and steel-concrete composite frame
主体结构采用钢-混凝土混合框架,单数楼层为无柱大开间结构,偶数楼层采用组合楼盖并以钢吊杆悬挂在主体结构上的结构体系。
2.1.9 组合楼盖 composite floor system
用钢筋混凝土楼板或压型钢板组合楼板与钢梁组成的整体受力楼盖结构。
2.2 符号
2.2 符号
2.2.1 材料性能与计算指标
aw——结构顶点最大加速度;
CEV——碳当量;
Ec——混凝土的弹性模量;
Es——钢材的弹性模量;
——钢材强度设计值;
y——钢材的屈服强度;
c——混凝土抗压强度设计值;
g——楼板的自振频率;
Mp——梁(梁贯通时为柱)的全塑性受弯承载力;
Mpc——考虑轴力时柱的全塑性弯矩;
——梁上、下翼缘全熔透焊缝的极限受弯承载力;
MBu——柱脚的极限受弯承载力;
Pcm——焊接裂纹敏感指数;
T1——结构平动为主的第一自振周期;
——结构扭转为主的第一自振周期;
——腹板连接的极限抗剪承载力;
△u——按一阶弹性方法计算的层间位移;
υ——受弯构件的挠度;
σ0——钢管中初应力值;
Ψ——钢材断面收缩率。
2.2.2 作用与抗力
NBik——与简体连接钢梁的最大轴力;
Mc——框架柱中心处的梁端弯矩;
R——结构构件承载力设计值;
SE——考虑多遇地震作用时,荷载和地震作用效应组合的设计值;
VGb——竖向荷载设计值作用下,按简支梁计算所得的梁端截面剪力设计值。
2.2.3 几何参数
Ac——混凝土截面面积;
An——钢构件净截面面积;
As——钢管(骨)截面面积;
b——板件宽度;矩形钢管短边;
bc——角焊缝的覆盖宽度;
D——圆柱(管)直径;热惰性指标;
h——楼层层高;矩形钢管的长边;
h1——楼盖技术层厚度;
hw——钢构件腹板的高度;
hj——连接板高度;
H——结构地面以上总高度;室外地坪至檐口高度;
H0——单片墙高度;
Ic——混凝土截面对其形心的惯性矩;
Is——钢管(骨)截面对其形心的惯性矩;
l——梁(板)的跨度;柱的长度;
ln——梁的净跨;
n——结构的层数;
rc——圆钢管内径之半;方(矩)钢管内边长之半;
tf——钢构件翼缘厚度;
tj——连接板厚度;
tw——钢构件腹板厚度。
2.2.4 计算系数及其他
K——传热系数;
kp——考虑空钢管初应力影响时,钢管混凝土构件承载力的折减系数;
α——材料的线膨胀系数;考虑混凝土开裂和徐变影响的折减系数;
αc——混凝土工作承担系数;
αi——相应于结构基本周期的多遇地震影响系数;
βZ——阵风系数;
γ0——结构重要性系数;
γRE——承载力抗震调整系数;
ζ——结构在多遇地震和罕遇地震下的阻尼比;
θ——套箍系数;
μs——风荷载体型系数。
3 建筑设计基本规定
3.1 一般规定
3 建筑设计基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 钢结构住宅设计应满足下列使用要求:
1 基本居住空间的合理性要求;
2 一定范围内,特殊人群(老年人、残疾人等)居住使用的无障碍要求;
3 室内环境(采光、照明、通风、隔声、保温、隔热、防水和楼板防颤等)要求;
4 安全(防火、防入侵、紧急撤离、防滑、栏杆防护等)要求;
5 公共设施(停车、商业、人防等)使用要求;
6 环境艺术效果。
3.1.2 钢结构住宅设计宜发挥下列优势:
1 套型结构可适应套型改变;
2 非承重部件可更换;
3 材料可回收利用。
3.1.3 钢结构住宅设计应满足下列耐久性要求:
1 设计使用年限,应符合现行国家标准《民用建筑设计通则》GB 50352的规定,一般居住建筑为50年;
2 承重结构,在规定的设计使用年限内,其相应安全等级的可靠度应符合现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定;
3 住宅中的钢结构,应按其使用环境,采取可靠的防腐蚀措施,确保设计使用年限;
4 可更换的非承重部件,需在设计文件中规定其耐用指标。其中独立的非承重结构部件,设计使用年限不应少于25年;
5 可维修部位,应在设计文件中规定维修周期和使用年限。
3.1.4 钢结构住宅设计宜满足标准化和多样化的要求。
1 钢结构住宅设计的标准化应包括下列内容:
1) 建筑参数规格化、模数化;
2) 建筑套型定型化、系列化;
3) 建筑部件通用化;
4) 建造方式体系化。
2 钢结构住宅设计的多样化应是在标准化的基础上,通过不同的组合,使住宅具有满足使用功能要求的多种可选择形式。其技术目标应包括:
1) 单元模块组合的灵活性;
2) 单元内套型的多样性;
3) 套内功能空间利用的可变性;
4) 部件式样的互换性;
5) 内部装修菜单化。
3.1.5 钢结构住宅设计宜满足住宅产业化的要求,并主要包括下列内容:
1 标准化部件的工厂化、机械化生产和批量供应;
2 其他部件和材料的集成采购和配送;
3 现场装配化、机械化施工和专业化的施工组织;
4 建立工艺标准、质量标准和检验标准。
3.1.6 钢结构住宅建筑体系可分为单项工程、专用体系和通用体系。
1 单项工程设计应满足下列条件:
1) 结构体系适用、合理;
2) 发挥地方性材料优势,就地取材;
3) 各专业设计应适合钢结构特点,并体现其优势。
2 专用体系设计应满足下列条件:
1) 实行标准化、多样化和工业化,主要部件在体系内可互换;
2) 尽可能选用市场供应的通用部件;
3) 发挥地方材料优势或提出可代换做法;
4) 编制完整的专用体系技术文件;
5) 符合使用范围的有关标准。
3 通用建筑体系设计应满足下列条件:
1) 实行标准化、多样化和工业化,主要部件选自通用部件目录;
2) 工程(或产品)设计与通用部件技术条件一致,具有广泛的互换性;
3) 编制完整的通用体系技术文件;
4) 符合使用范围的各种有关标准;
5) 获得地方建设主管部门的批准。
3.1.7 钢结构住宅设计应推行装修一次到位,并满足下列要求:
1 设计包括内部装修设计,并达到必要深度;
2 推行装修设计标准化、装修部件预制化和装修施工装配化;
3 当采用装修菜单式设计时,各式设计荷载应控制在预留范围内;
4 部件接口采用统一的基准面进行协调;
5 对可能由用户自装的部件和设备,预见性地提供安装条件;
6 预制部件除满足产品标准外,尚应满足现行国家标准《建筑内部装修设计防火规范》GB 50222、《住宅建筑规范》GB 50368和《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325的有关规定。
3.1.8 钢结构住宅的防灾设计应按国家有关规范、规程执行,包括:抗震、防火、抗风、抗洪、边坡抗滑移和防雷击等。
3.1.9 当需要进行钢结构住宅的性能评定时,应按现行国家标准《住宅性能评定技术标准》GB/T 50362并结合工程项目的具体情况进行评定。
3.2 模数协调
3.2 模数协调
3.2.1 钢结构住宅设计中的模数协调应符合现行国家标准《建筑模数协调统一标准》GBJ 2和《住宅建筑模数协调标准》GB/T 50100的规定。
3.2.2 钢结构住宅中钢结构构件的制作、安装公差应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定。
3.2.3 钢结构住宅中采用英制产品时,宜通过空间的技术处理达到与我国法定单位制相协调。
3.2.4 优先尺寸宜满足下列要求:
1 外墙厚度优先尺寸系列宜采用:100、150、200、250、300(单位为mm);
2 内墙厚度优先尺寸系列宜采用:60、80、100、120、150、200(单位为mm);
3 层高优先尺寸系列宜采用:22~30M,间隔1M,当采用密排钢次梁或肋形板、井字梁楼盖时可扩充至32M;当外墙选用蒸压轻质加气混凝土板(ALC)横排时,层高宜采用n×6M;
4 室内净高优先尺寸系列宜采用:20~28M,间隔1M;
5 厨房、卫生间和管井的平面优先尺寸宜按现行国家标准《住宅建筑模数协调标准》GB/T 50100-2001表3.4.1-1、3.4.1-2、3.4.1-3采用;
6 开间、进深方向宜在3M数列中选取,优先尺寸为6M。
3.2.5 钢结构住宅设计宜采用模数网格法;钢结构住宅体系设计应采用模数网格法。
3.2.6 钢结构的柱网当采用中心线定位法时,边跨和边开间的平面尺寸可采用模数或非模数。
3.2.7 因下列情况而产生非模数空间时,可对有关部位进行技术处理:
1 钢结构柱网采用中心线定位法,界面为非模数;
2 采用界面定位法时,钢结构柱网中心线为非模数;
3 在下层钢结构柱网采用中心线定位的情况下,钢柱截面随高度改变;
4 混凝土剪力墙随高度改变厚度;
5 钢梁偏离轴线;
6 为隐蔽钢梁、钢柱,内墙向一侧移动;
7 因技术经济原因,楼盖高度为非模数;
8 专用体系的特殊构法。
3.2.8 处理钢构件周边的技术空间时应考虑构件边缘的尺寸,型钢截面应按有关标准。
3.3 平面设计
3.3 平面设计
3.3.1 钢结构住宅设计宜根据下列条件进行套型设计并选择结构体系:
1 套型设计与结构体系的一致性;
2 标准化和多样化的要求;
3 抗风、抗震等承重使用要求;
4 钢构件供应、加工、运输及安装条件;
5 现行国家标准及本规范中关于结构体系适用范围的规定。
3.3.2 钢结构住宅的体型控制和构件的空间位置应符合本规范第8.1.6条的要求。
3.3.3 钢结构住宅的建筑体型除应符合现行结构设计标准的要求外,尚应符合各热工分区居住建筑节能设计行业标准对体形系数的要求。
3.3.4 为推行设计标准化,钢结构住宅可采用模块单元组合的设计方法,并应满足下列要求:
1 每一模块单元含有一处竖向交通和一组完整的套型组合;
2 相关模块可互换;
3 模块单元具有结构独立性,结构体系同一性、可组性,组合后具备结构整体性;
4 模块单元的设备系统是独立的。
3.4 竖向设计
3.4 竖向设计
3.4.1 普通钢结构住宅的套内和公共部分的净高应符合现行国家标准《住宅建筑规范》GB 50368和《住宅设计规范》GB 50096的要求。
3.4.2 含装修在内的楼盖技术层厚度为h1,普通钢结构住宅当h1≤250mm时,层高宜为2.8m;当250mm<h1≤350mm时,层高宜为2.9m;当h1>350mm时,层高宜为3.0m。
3.4.3 卫生间、洗衣间的楼板标高宜降低,以便设置防水层、找坡或管道层(同层排水时)。
3.4.4 中高层和高层钢结构住宅的地下室设置和基础埋深应符合本规范第8.1节的要求。
3.4.5 高层住宅的上部钢结构与钢筋混凝土基础之间宜采用钢骨混凝土结构层。
3.4.6 底层或地下室为大空间,部分柱、剪力墙或支撑竖向不连续的住宅钢结构应设置水平转换结构。
3.5 设备
3.5 设备
3.5.1 钢结构住宅设备各专业设计应符合现行国家标准的规定。
3.5.2 工业化钢结构住宅建筑体系中各种设备管线的预埋管宜定型、定长、定位,以便预制。
3.5.3 工业化钢结构住宅建筑体系部件中含有设备系统时,其设计、施工标准应不低于现场安装的相应标准。
3.5.4 管道穿过钢梁时的开孔位置、开孔直径和补强措施,应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98第8.5.5条的规定。
3.5.5 钢结构住宅配电系统应利用钢结构进行总等电位连接。
3.5.6 防雷接地应与交流工作接地、安全保护接地等共用钢结构作为自然接地体,此时应按一定布置将钢柱柱角与基础主筋连系焊接,达不到接地电阻值时应从钢柱另外引出接地极。
3.5.7 钢结构住宅采用整体卫浴间时,应符合现行行业标准《住宅整体卫浴间》JG/T 183的要求。
3.5.8 钢结构住宅采用整体厨房时,应符合现行行业标准《住宅整体厨房》JG/T 184的要求。
4 室内环境设计
4.1 热工设计与建筑节能
4 室内环境设计
4.1 热工设计与建筑节能
4.1.1 钢结构住宅的热工设计应符合下列要求:
1 采用热工性能较好的围护结构并选择先进、适用的供热、供冷系统和运行方法,以提高室内热环境质量,提高能源利用效率;
2 符合现行国家标准《住宅建筑规范》GB 50368和《民用建筑热工设计规程》GB 50176的要求;
3 符合国家、行业或地方现行建筑节能设计标准的规定;
4 节能设计采用规定性指标或性能化方法。
4.1.2 钢结构住宅围护结构(外墙和屋顶)的热工设计可采取以下措施:
1 外墙和屋顶宜采用含有重质材料和轻质高效保温隔热材料组合的复合结构;构造适宜时,可设置空气间层、铝箔反射层、防水层;当保温隔热材料可能受潮时,宜采用防水透气膜或覆铝的防水透气膜外包,使保温隔热材料保持干燥;
2 严寒地区围护结构保温层内侧宜设置隔汽层,隔汽层宜选用膜材料,敷设时应连续;
3 采用加气混凝土、泡沫混凝土等单一材料外墙时,在其内外侧宜设混合砂浆、水泥砂浆等重质饰面;当采用带有外装饰表面的蒸压轻质加气混凝土(ALC)板时,内侧宜抹灰或衬装其他薄板;
4 应采取措施减少热桥。当无法避免时,应使热桥部位内表面温度不低于室内空气露点温度;
5 外墙保温层宜设置在钢构件外侧,当钢构件外侧保温材料厚度受限制时,应进行露点验算;
6 采暖地区室外钢构件与室内主体结构的连接宜采用铰接(如腹板连接)或特殊设计,以减少传热截面。连接部位宜采用保温层覆盖。当室外钢构件伸入室内时,在室内部分的一定长度范围内应采取延续保温措施,并进行露点验算。
4.2 采光、通风和照明设计
4.2 采光、通风和照明设计
4.2.1 钢结构住宅的日照应符合现行国家标准《住宅建筑规范》GB 50368的规定;室内采光应符合《住宅设计规范》GB 50096的规定;斜屋顶下可居住空间的采光应符合现行协会标准《斜屋顶下可居住空间技术规程》CECS 123的规定;房间通风开口面积应符合现行国家标准《住宅建筑规范》GB 50368和《住宅设计规范》GB 50096的规定。
4.2.2 钢结构住宅的照度水平应符合现行国家标准《建筑照明设计标准》GB 50034的规定。
4.2.3 钢结构住宅电气设计和装修设计应按家居的合理定位布置普通照明,符合照度标准,并为局部照明设置插座。
4.2.4 钢结构住宅的照明宜选用光效高、光色适宜的光源。
4.3 声学设计
4.3 声学设计
4.3.1 钢结构住宅声学设计应符合现行国家标准《住宅建筑规范》GB 50368和《民用建筑隔声设计规范》GBJ 118的规定。
4.3.2 楼板的自振频率控制宜符合本规范第14.2.2条的要求。
4.3.3 钢构件在户间、户内空间可能形成声桥的部位,应采用隔声材料或重质材料填充或包覆,使相邻空间隔声指标达到设计标准。
4.3.4 当组合楼盖的压型钢板置于梁上时,与梁上翼缘间形成的空隙应以膨胀型的防火材料封堵。防火墙处应满足耐火极限的要求。
4.3.5 门窗固定在钢构件上时,连接件应具有弹性且应在连接处设置软填料填缝。
4.3.6 压型钢板组合楼板、倒置槽形板下方应设置隔声吊顶。
4.3.7 外墙与楼板端面间的缝隙应以防火、隔声材料填塞。
4.4 通风和室内环境污染的控制
4.4 通风和室内环境污染的控制
4.4.1 钢结构住宅通风设计应符合下列要求:
1 住宅套型组织自然通风;
2 满足卫生、节能和防灾的综合要求;
3 有燃烧器具厨房的换气量应按现行行业标准《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》CJJ 12-99表A.0.1、表A.0.3的规定计算;
4 住宅内用气设备排烟方式应符合现行国家标准《住宅建筑规范》GB 50368-2005第8.4.9条的要求;
5 卧室、起居室(厅)、厨房应设外窗,窗地面积比不应小于1/7;
6 一套住宅外窗的可开启面积不应小于地面面积的5%;
7 在需要设置顶棚通风的地区,应在每个独立的顶棚空间的有效位置上,设置两个以上通风口,其面积应为顶棚面积的1/300以上,通风口的构造应能防止雨雪和昆虫进入,在采暖地区,顶棚通风口宜采用可启闭的风口;
8 当设有底层架空地板时,在外墙上每隔4m左右应设置一个有效通风面积不小于300cm2的通风口,通风口的构造应能防鼠。
4.4.2 钢结构住宅的室内环境控制污染应符合以下规定:
1 住宅室内装修应控制的空气污染物为氡(222Rn)、游离甲醛、氨、苯和总挥发性有机物(TVOC)和无机非金属材料放射性;
2 室内装修后各项浓度限值应符合现行国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325和《住宅装饰装修工程施工规范》GB 50327的规定。
5 外墙设计
5.1 一般规定
5 外墙设计
5.1 一般规定
5.1.1 钢结构住宅的外墙设计应满足下列功能要求,并符合现行国家有关标准的要求:
1 保温、隔热、隔声、防水抗渗、气害性、抗冻融、防火、防雷、安全防范和装饰美观的要求;
2 自承重、抗震、抗风、抗冲击、抗变形等自身结构承载力和刚度的要求;
3 连接件、墙体及其饰面的设计使用年限的要求;
4 非承重墙体应满足1.0h耐火极限要求。
5.1.2 外墙构件应符合模数化、工厂化(或现场统一制作)的要求,并便于运输与安装。
5.1.3 住宅填充外墙除选用轻型块材砌筑外,宜积极提高预制装配化程度,可选用、发展和推广下列各类新型外墙:
1 蒸压轻质加气混凝土板外墙(ALC);
2 薄板钢骨——砌筑复合外墙;
3 薄板钢骨骨架轻质复合外墙;
4 保温填充钢型板现场二次复合外墙;
5 钢筋混凝土幕墙板现场复合外保温外墙(墙板在工厂或在现场预制);
6 钢丝网混凝土预制保温夹芯板外墙。
实际工程选用的墙体构件和工程做法宜为经过工程试点并通过国家或省、部级鉴定的产品和技术。
5.1.4 装配整体式外墙板(条板或大板)应满足制作、运输、垛放、吊装、连接、接缝处理等工艺技术要求。
5.1.5 外墙板标准化设计应满足互换性的要求。
5.2 构件设计与构造
5.2 构件设计与构造
5.2.1 轻型块材砌筑填充墙应与周边钢构件可靠连接并能适应主体结构不同方向的层间位移,墙体构造还应符合现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的规定;抗震设防地区应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的要求。
5.2.2 住宅外墙板的设计原则与构造应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的规定。
5.2.3 墙板构件采用弹性方法计算承载力与刚度,在风荷载标准值作用下其挠度不应大于L/200(L为板跨),并应验算构件在运输吊装等各阶段的承载力。
5.2.4 外墙板连接节点的设计构造应符合以下规定:
1 连接节点应能承受墙板自重、风荷载、湿度变化作用及施工临时荷载,在有地震设防要求时尚应承受墙板本身的地震作用,并按作用的效应组合进行计算;
2 抗震设防的住宅,当采用大板为幕墙时,墙板构件与主体结构之间的分离缝宽度宜取30mm,墙板构件相互之间的纵向和横向分离缝宽度宜取25mm。分离缝应采用压缩性良好的弹性密封材料密封;当采用条板外墙时,墙板构造与主体结构之间的分离缝宽宜以构造需要取值,一般应留出误差配合量,墙板构件之间可以靠紧,但每隔3m~5m应设置分离缝,缝宽宜不小于20mm;
3 墙板连接设计应根据墙板构件可能出现的相对于钢框架的变位形式确定连接方法和构造,一般应考虑的因素包括:
1) 各部节点分别符合承重、固定或可动的单一或组合功能要求;
2) 操作空间和安装方法;
3) 误差调节;
4) 连接件耐久性;
5) 连接件“热桥”;
6) 外墙部件的更换。
5.2.5 以薄板钢骨骨架为支撑结构的填充墙体应满足以下要求:
1 设置双重沿顶龙骨,满足主体结构层间位移的需求;
2 龙骨或龙骨组合应与钢构件可靠连接,龙骨与各层次板材、砌体有可靠拉结,在地震作用或风荷载作用下具有必要的承载力;
3 龙骨与外部砌体的连接应为柔性连接;
4 连接件应满足耐久性要求;
5 外部砌体应设置温度缝和变形缝,缝宽满足主体结构层间位移的需要。
5.2.6 蒸压轻质加气混凝土(ALC)宜采用螺栓盖板连接,板局部承压破坏后产生的位移增量可以计入结构位移配合量。
5.3 热工设计
5.3 热工设计
5.3.1 外墙的热工设计应符合本规范第4.1.1和4.1.2条的规定。
5.3.2 外墙结构热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度,当不满足时应改变构造设计或在热桥部位的一侧采取保温措施。
5.3.3 采暖地区的轻型复合墙体宜采用双重保温措施,主保温层主要用于降低墙体的传热系数,夹芯保温层主要用于隔绝结构件和连接件与外层的联系,防止形成“热桥”。
5.3.4 复合外墙当采用金属连接件连接内外层时,宜设计为间接连接的柔性构造,在适应由温度、受力所引起的变形差的同时,减少连接件“热桥”的影响。
5.3.5 夏热地区外墙的传热系数(K值)和热惰性指标(D值)应同时满足节能设计标准,满足热惰性指标的主要措施宜为重质材料的合理使用、设置空气层和设置铝箔。
5.4 防水抗渗设计
5.4 防水抗渗设计
5.4.1 利用楼板分层承重的轻型砌筑块材填充墙,在楼板处应设置水平缝,缝宽20mm并具有泛水构造;砌体水平连续时,应每隔25m~30m设置竖缝,缝宽15mm并弹性密封。
5.4.2 装配整体式墙板应进行接缝防水抗渗设计,并包括以下内容:
1 接缝活动量,根据结构变形允许值确定,温度变形兼用此活动量;
2 接口腔型设计,根据防水、减压、企口配合要求和制作安装工艺确定;
3 衬垫材料的选择及定位;
4 密封材料的选择,根据基层材料和接缝活动量确定;
5 接缝底涂材料的选用,根据基层材料和密封材料确定;
6 缝形状设计,同时根据施工时温度修正。
5.4.3 现场外墙保温做法宜设温度缝,缝位置宜邻近基层墙体缝,缝宽宜为20mm。
5.4.4 在预制复合板或外墙外保温做法的洞口上沿处应设置滴水线。
5.4.5 在窗、门框材与外墙板端面交接处应设凹槽,并嵌入保温密封材料。有条件时,窗、门框材与外墙板边缘宜设计构造防水。
5.5 防雷
5.5 防雷
5.5.1 预制外墙板的防雷设计除应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057的有关的要求外,尚应符合下列规定:
1 设有钢筋网(钢框架)的外墙板,钢筋网(钢框架)与连接件应采用焊接连接,并与钢结构相连接;
2 外墙板内含有不小于0.5mm厚的钢板时,金属窗框、钢板、连接件(紧固件)、钢结构之间应形成通路;
3 外墙板内含有密肋金属龙骨时,龙骨与钢结构之间应形成通路。
6 内墙设计、吊顶设计
6.1 内墙设计
6 内墙设计、吊顶设计
6.1 内墙设计
6.1.1 钢结构住宅内墙设计应符合下列功能要求:
1 分户墙应满足防火、防护和隔声要求;采暖地区,无采暖设施的楼梯间其分户墙还应满足保温要求;
2 内隔墙应满足分隔户内空间的要求;
3 厨房、卫生间的分隔墙应满足防水和吊挂的要求;
4 各部位内墙的燃烧性能和耐火极限应符合《住宅建筑规范》GB 50368-2005表9.2.1的要求;
5 7度以上抗震设防地区,镶嵌在框架平面内的内墙与钢梁、钢柱间应设置变形空间,分户墙处该空间应用轻质防火材料填充;
6 预制装配式分户墙板、内隔墙板应满足制作、运输、垛堆、吊装连接、电气管线设置、缝隙处理等工艺要求。
6.1.2 工业化钢结构住宅建筑体系通用和专用部件的分户墙板、内隔墙板应满足互换性要求。
6.2 砌筑分户墙、内隔墙
6.2 砌筑分户墙、内隔墙
6.2.1 钢结构住宅填充式分户墙采用非黏土砖制品、小型混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、石膏砌块等砌筑材料时,其设计应符合现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003和《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定。
6.2.2 抗震设防地区砌筑式分户墙、内隔墙的设计应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第13.3节的规定采取抗震措施。
6.2.3 砌筑墙墙顶为钢梁时,宜在钢梁下部焊接防止砌筑墙侧向出平面的限位件,构造柱的主筋应与钢梁焊接。
6.2.4 砌体水平灰缝内的钢筋应与钢柱焊接或与构造柱连接。
6.2.5 砌筑墙采用冷弯型钢过梁时,过梁应与灰缝钢筋焊接。
6.2.6 砌筑墙中管线的剔槽深度不应大于墙厚的1/4,补缝材料的强度不应低于砌筑灰缝材料的强度。
6.2.7 采用石膏砌块等轻型砌块时,应按照产品的技术条件采取合理的构造措施。
6.2.8 分户墙、内隔墙宜采用清水墙做法砌筑并采用成品抹灰材料,如干混砂浆、粉刷石膏等。
6.2.9 工业化钢结构住宅建筑体系的砌筑分户墙、内隔墙,宜采用符合模数空间的标准砌块和用于留槽、固定其他部件的专用砌块组合使用。
6.3 现场漩配式内隔墙
6.3 现场漩配式内隔墙
6.3.1 装配式轻质内隔墙应以现场复合后的各项指标为墙体指标。
6.3.2 装配式轻质内隔墙的沿底和沿顶龙骨应可靠固定,并根据使用要求确定沿底龙骨下方设置现浇素混凝土条基的范围。
6.3.3 当无设计资料时装配式内隔墙一般按在0.3kN/m2墙面均布荷载作用下,水平最大变形不得大于(H0为单片墙高度)。
6.3.4 卫生间、厨房采用装配式内隔墙时,应为管线、固定物件、固定装饰材料等设置预埋件,其位置和承载力应符合被装产品的要求;当被固定物体较重(如电热水器、烘干机、洗盆台面等)时,应在墙体空腔内设置型钢支架并与钢构件(或钢筋混凝土楼板)可靠连接;卫生间、厨房装配式内隔墙的龙骨间距不宜大于300mm。
6.3.5 卫生间一侧墙面的防潮层高度不应小于1.8m。
6.4 预制装配式轻质内隔墙
6.4 预制装配式轻质内隔墙
6.4.1 预制装配式轻质内隔墙板应满足下列条件:
1 内隔墙板可采用空心或实心截面,高度方向的板构造是连续的;
2 内隔墙板应采用不燃性材料,其面层装饰材料应符合现行国家标准《建筑内部装饰设计防火规范》GB 50222的有关规定;
3 内隔墙板的厚度不小于60mm,其优先尺寸为60mm、80mm、100mm、120mm;
4 当无设计资料时对板间具有紧密承插接口的墙板一般按在0.3kN/m2墙面均布荷载作用下,最大水平变形不得大于;对具有其他接口的不得大于,在洞口处,当墙板与门窗框组合受力后仍应满足变形要求;
5 内隔墙板应具有较好的尺寸稳定性。单板的平面外翘曲,对具有紧密承插接口的不得大于3mm,对具有其他接口的不得大于2mm;
6 板内可安置竖向电气管线和接线盒。电气设计应避免横向剔槽;
7 卫生间、厨房的内隔墙采用轻质内隔墙板时,应能满足防潮和管线暗埋、吊挂的要求。
6.4.2 工业化钢结构住宅建筑体系中采用预制装配式轻质内隔墙板时,应采用模数设计网格法,经过模数协调确定隔墙板中基本板、洞口板、转角板和调整板等类型板的规格、截面尺寸和公差。
6.4.3 预制装配式轻质内隔墙板沿顶或沿底做特殊设计(如作线槽使用)时,应符合现行行业标准《民用建筑电气设计规范》JGJ 16的有关规定。
6.5 吊顶设计
6.5 吊顶设计
6.5.1 压型钢板现浇钢筋混凝土楼盖、密肋钢梁薄板楼盖、钢筋混凝土槽形或肋形板楼盖下方的居住空间应设置吊顶。
6.5.2 吊顶应采用不燃烧体(一级耐火等级)或难燃烧体(二、三级耐火等级)材料。
6.5.3 吊顶空间内应能设置电气管线、灯具支座、水暖管线。
6.5.4 卫生间、厨房的吊顶宜采用活动式吊顶,以便检修。
6.5.5 压型钢板现浇楼盖宜在现浇前预置吊挂连接件,其设置精度应符合吊顶系统的要求;后装连接件(膨胀螺栓、射钉及其连接件)的承载力应满足吊顶系统的设计要求。
7 屋顶设计
7.1 一般规定
7 屋顶设计
7.1 一般规定
7.1.1 屋顶应满足承重、抗震、保温、隔热、防水、排水、防火、防雷、安全防范和装饰美观等基本功能要求;有特殊需要时还应满足隔声(轻型屋面)、通风(夏热地区)、采光(斜屋顶下空间利用时)、上人、安装太阳能设施、雨水收集和绿化等功能要求。
7.1.2 当钢结构住宅的屋盖结构板为钢筋混凝土板时,屋顶做法与其他结构类型住宅屋顶要求一致,应符合国家现行有关标准的规定。
7.1.3 当采用轻型坡屋顶时,7度以上抗震设防的住宅应设置水平结构层。
7.2 轻型(坡)屋顶
7.2 轻型(坡)屋顶
7.2.1 屋顶是围护结构的一部分,应按照本规范第4.1节的规定进行热工设计和建筑节能设计。
7.2.2 轻型屋顶围护结构宜采用复合结构。应根据热工环境分别组合设置防水层、防水透气层、保温隔热层、隔汽层、反射层、通风层、吊顶层和防雷装置。
7.2.3 严寒地区和寒冷地区,屋顶围护结构的构造由外至内宜为:防水层+保温隔热层+铝箔反射层兼隔汽层+空气层(25mm~50mm)+吊顶的选择性组合。当钢檩条设在保温层中间时,檩条上翼缘应设绝热垫。
7.2.4 夏热地区,屋顶围护结构由外至内的层次宜为:防水层+空气层+反射层+保温隔热层+吊顶的选择性组合,有条件时宜设闷顶通风层。
7.2.5 屋顶的保温隔热材料宜选用矿棉、岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃等不燃材料,九层以下钢结构住宅,当有可靠的防火措施时,屋顶保温隔热材料也可选用自熄型的聚氨酯、模塑聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯等泡沫材料。屋顶设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016和《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045的规定。
7.2.6 压型钢板屋面应满足下列规定:
1 压型钢板屋面板宜采用热镀锌或镀铝锌的建筑用涂层钢板或铝板。涂层钢板的厚度不应小于0.5mm,镀层重量应按环境腐蚀性分别选用不低于180g/m2、250g/m2和275g/m2,涂层不得少于两涂两烘;
2 当以金属压型钢板屋面作为防雷接闪器时其做法应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057的规定;
3 穿过压型钢板屋面的烟道、风道口,宜加设金属板防雨(防风)罩,其构造应有利于形成负压。当以镀锌钢板制作烟(风)罩时,其外表面应涂专用漆;
4 穿过压型钢板屋面的排气管,在屋面处宜采用专用的喇叭形封口密封件;
5 压型钢板与砌体墙交接处应设置泛水,并按变形缝设计;
6 压型钢板下方应设置吸声材料;
7 压型钢板屋面设计尚应符合现行国家标准《屋面工程技术规范》GB 50345的规定。
7.2.7 轻型瓦屋面屋顶设计应符合现行国家标准《屋面工程技术规范》GB 50345的规定。
7.2.8 轻型斜屋顶下设计可居住空间时,应符合现行国家标准《住宅设计规范》GB 50096和现行协会标准《斜屋顶下可居住空间技术规程》CECS 123的规定。
7.2.9 利用太阳能时,宜将轻型斜屋顶与太阳能集热板一体化设计。屋面斜度可按当地地理纬度+15°采用,方位宜为南偏东15°至南偏西15°。蓄热装置宜设在斜顶下方空间内或屋顶平台上。
8 结构设计基本规定
8.1 一般规定
8 结构设计基本规定
8.1 一般规定
8.1.1 钢结构住宅的承重构件,应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
8.1.2 钢结构住宅的结构设计使用年限为50年,其相应的安全等级为二级,重要性系数γ0取为1.0。
8.1.3 在抗震设防地区,钢结构住宅应严格按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011进行抗震设防设计。其承重结构承载力应符合下式要求,同时结构设计尚应满足抗震设防各项构造措施的要求。
SE≤R/γRE (8.1.3)
式中 SE——考虑多遇地震作用时,荷载和地震作用效应组合的设计值;
R——结构构件承载力设计值;
γRE——承载力抗震调整系数,按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011采用。
8.1.4 本规范适用于不多于30层,且高度不大于90m的钢结构住宅设计。在此限值内各类结构体系的适用高度宜符合表8.1.4的规定。
表8.1.4钢结构住宅结构体系的适用高度(m)
注:1 轻型截面框架指梁、柱由高频焊接薄壁H型钢或热轧薄壁H型钢等组成的框架;普通钢框架系指梁、柱由普通热轧或焊接H型钢、钢管、箱形截面等组成的框架;
2 混合框架指由钢管(骨)混凝土柱和钢梁组成的框架;混合框架-支撑结构的适用范围可参照钢框架-支撑结构;
3 ()值为核心筒结构的限值;
4 带*号结构体系为非双重抗侧力体系时,不得用于7度0.15g及8、9度设防地区;
5 当混合框架结构中采用支撑框架时,高度限值可适当放宽;
6 平面和竖向均不规则的结构或Ⅳ类场地上的结构,最大适用高度应适当降低;
7 房屋高度指室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的水箱、电梯机房、构架等高度。
8.1.5 抗震设防的高层住宅钢结构的高宽比,不宜超过表8.1.5的规定。非抗震设防区的高宽比限值可参照6、7度设防的限值采用。
表8.1.5钢结构住宅适用的高宽比限值
注:计算高度从室外地面算起。
8.1.6 钢结构住宅应合理地选用结构体系,保证结构具有必要的承载能力、刚度与变形能力,并满足住宅特点的使用功能。结构的布置应符合下列要求:
1 结构体系的布置,除本规范有规定者外,尚应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99及现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定。
2 结构平面布置宜规则、对称,应尽量减少因刚度、质量不对称造成结构扭转。结构以扭转为主的第一自振周期T1和平动为主的第一自振周期之比不应大于0.85。结构的竖向布置宜保持刚度、质量变化均匀,避免出现突变和薄弱层。竖向布置支撑时,宜连续布置,并延伸至基础。
3 结构布置应受力明确,传力直接简单,地震作用的传递途径合理,并具有明确的计算模型。对抗震设防烈度为7度0.15g及以上的框架支撑、框架-剪力墙(核心筒)结构体系,应满足双重抗侧力体系的设防要求。
4 结构因布置要求需设置伸缩缝或抗震缝时,应同时满足伸缩、抗震与沉降的功能要求。
5 结构布置应与建筑设计相协调。结构体系中支撑、剪力墙、核心筒的布置,大开间或跃层时的柱网布置,梁格布置等,均宜经比选、优化并与建筑设计协调确定。
6 中高和高层住宅宜设地下室。钢结构基础的埋设深度不宜小于H/15(基础为天然地基时)或H/18(基础为桩基时),H为室外地坪至檐口的尺寸。
8.1.7 抗震设防地区的中高层和高层钢结构住宅,其结构体系为框架-支撑或框架-核心筒(剪力墙)并按双重抗侧力结构体系设计时,除整个结构体系应满足承载力和刚度要求外,尚应对框架部分按计算得到的地震剪力乘以调整系数后进行验算。调整后的框架地震剪力应不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分地震剪力最大值1.8倍的较小者。有依据时,框架地震剪力可按现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定,采用不同的分担率β进行计算。在非双重抗侧力体系中,支撑框架、剪力墙或核心筒应承担100%的地震剪力。
8.1.8 结构构件和节点的设计应做到强柱弱梁、强节点、强连接和防止脆性破坏,并应加强空间整体性,防止结构失稳和倾覆。由抗震作用组合控制截面设计的构件和连接,应严格遵守抗震构造措施的规定。
8.1.9 钢结构住宅结构构造和连接应符合计算模型和计算假定的条件。当按空间模型计算时,楼(屋)盖应采用平面刚性的组合楼盖结构。框架梁、柱或柱脚的刚性连接节点,应采用受力过程中保证刚接构件交角不变的构造,墙体和框架的连接构造应符合墙体不参与抗侧力工作的假定。
8.1.10 高层住宅混合结构体系中钢骨混凝土和钢筋混凝土构件的抗震等级,应符合现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定。结构体系中的钢管混凝土构件及钢构件均不分抗震等级。
8.1.11 钢结构住宅建筑中梁、柱、支撑的主要节点构造和设置位置,应与建筑设计相协调。钢框架的梁柱节点宜避免采用外环板及框架梁端隅撑的构造;当采用梁端加强型构造时,不应采用梁端加腋的构造。
8.1.12 钢结构住宅的主要抗侧力构件采用钢筋混凝土剪力墙或核心筒时,下列部位应按现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的规定加强。
1 墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者中的较大者。
2 底部带转换层的高层钢结构住宅,其剪力墙底部加强部位的高度,可取框支层加框支以上两层的高度或墙肢总高度的1/8二者中的较大者。
8.1.13 钢结构住宅中,结构构件宜按下列要求合理选用技术经济性能良好的材料和截面类型:
1 钢框架梁宜选用热轧(焊接)H型钢。多层、中高层或高层住宅钢框架柱可分别选用H型钢、方(矩)形钢管或箱形截面柱。非地震区或6、7度地震区的低、多层钢结构住宅,亦可选用热轧(焊接)薄壁H型钢梁、柱截面。
2 混合框架柱宜采用钢管混凝土柱;技术经济合理时也可采用钢骨混凝土柱。框架梁宜采用H型钢梁。
3 支撑构件宜采用中心支撑;必要时中高层与高层住宅结构亦可采用偏心支撑、无粘结支撑或钢板剪力墙。多层住宅支撑截面可采用角钢、槽钢或钢管,高层住宅可采用H型钢。
4 屋盖和楼盖结构宜采用钢-混凝土组合楼盖,其楼板宜采用现浇平板或叠合板;有经济技术依据时,也可采用压型钢板组合楼板。
5 外墙板宜选用预制轻质墙板,其接缝和与框架的连接除满足建筑与结构功能要求外,尚应符合抗震构造要求。低层、多层住宅的外墙亦可采用轻质砌块墙体。
8.1.14 钢构件的防锈、涂装应有专项设计内容,除遵守本规范外,尚应符合现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的有关规定。
8.1.15 钢构件的防火设计应符合现行协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200的规定,必要时可进行单项工程的性能化抗火设计。
8.1.16 钢结构住宅结构设计应符合工厂化、装配化的要求,并充分考虑便于材料供货、加工与安装和减少现场作业(特别是湿作业)。同一工程中,应通过优化设计,提高构件和节点的标准化和通用化程度,减少材料和构造做法的类别。
8.2 荷载和作用
8.2 荷载和作用
8.2.1 钢结构住宅结构的荷载和作用除应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定外,尚应遵守下列规定:
1 竖向荷载
1) 各居住楼层的楼面荷载,应考虑二次装修(地面、墙面、吊顶等)产生的均布永久荷载;
2) 各居住层的固定隔墙应按永久荷载考虑。大开间或跃层式住宅楼层内有灵活布置的轻质隔墙时,其自重可取每延米墙重(kN/m)的1/3作为楼面附加可变荷载(kN/m2),且其标准值不应小于1.0 kN/m2;
3) 地下室在±0.000标高处的顶板,其施工荷载应按实际情况取值,并不小于3.5kN/m2;按人防设计时,尚应符合现行国家标准《人民防空地下室设计规范》GB 50038的要求;
4) 屋顶的绿化覆土,其重量应按实际的附加永久荷载考虑,且不应小于3.0kN/m2;
5) 其他附加荷载,如水箱、广告牌、屋顶塔架或清洗玻璃机械等荷载,应按实际情况考虑;
6) 设计文件中宜注明内隔墙允许悬挂水箱等较重荷载的部位和量值。
2 风荷载
1) 结构高度超过30m且高宽比大于1.5时(高度自地面或大底盘顶面算起),风荷载标准值中应计入风振系数βz。当结构高度大于60m时,风荷载可按100年一遇的风压值采用。
2) 计算多(高)层住宅结构整体风荷载作用时,风荷载体型系数(μs)可按现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98附录的规定取值。
3) 当墙面为玻璃或石材幕墙时,计算墙体围护结构的风荷载应计入阵风系数(βgz)。
4) 对支承墙体围护结构的构件(墙梁、墙架柱),其风荷载体型系数不宜小于+1.0或大于-1.0。
3 雪荷载
1) 雪荷载可取按50年重现期确定的标准值。
2) 计算女儿墙处屋面或竖向有落差的屋面、通廊、雨篷等屋盖构件的雪荷载时,对积雪区的屋面板及次梁、檩条应考虑不均匀积雪增大系数。
8.2.2 结构上的地震作用及荷载效应,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99计算。下列情况时,地震作用或内力应乘以增大系数:
1 不进行扭转耦联计算的规则结构,其地震作用效应应乘以增大系数,一般可按1.15(短边边框架)或1.05(长边边框架)采用;当扭转刚度较小时,宜按不小于1.3采用。
2 计算层间水平地震剪力时,对竖向不规则结构的薄弱层,应乘以增大系数1.15。
3 钢结构转换层下的钢框架柱或承托剪力墙的钢柱,其地震内力应乘以增大系数1.5。
4 人字形和V形中心支撑的地震作用组合内力应乘以增大系数1.5;交叉支撑应乘以1.3。
5 采用底部剪力法计算时,对突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等地震作用效应应乘以增大系数3.0。
8.3 结构计算
8.3 结构计算
8.3.1 进行结构内力计算以及承载力和变形验算时,其计算原则、计算假定、计算模型和计算方法等,均应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011、《钢结构设计规范》GB 50017与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99以及现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的有关规定。
8.3.2 多层钢结构住宅结构在荷载基本组合(非地震作用组合)作用下的内力和位移,可采用弹性方法计算。中高层和高层住宅结构在地震作用组合下的内力和位移应按下列两阶段进行计算:
1 第一阶段——多遇地震作用下的弹性分析,验算构件承载力和弹性层间侧移。
2 第二阶段——罕遇地震作用下弹塑性分析,验算结构弹塑性层间侧移和侧移延性比。
此时,材料的屈服强度和抗拉强度应采用标准值。
8.3.3 计算时,组合楼盖楼板在平面内的刚度可假定为无限刚性,但当楼板因刚度削弱会产生较明显的平面内变形时(如环形楼面、开有大洞口、狭长外伸段或局部变窄等),宜按弹性楼板进行计算。
8.3.4 结构弹性分析时,宜考虑钢梁与现浇混凝土板共同工作的刚度增强。对钢梁两侧或一侧有混凝土板时,可将钢梁的截面惯性矩分别乘以1.5或1.2的增大系数。结构弹塑性分析时,不考虑此增大系数。
8.3.5 结构在多遇地震和罕遇地震下的阻尼比(ζ)可按下列规定采用:
1 中高层(不多于12层)住宅的钢框架或钢框架-支撑结构在多遇地震下,可取ζ=0.035;
2 高层(不少于13层)住宅的钢框架或钢框架-支撑结构在多遇地震下,可取ζ=0.02;
3 中高层及高层住宅混合框架或混合框架-支撑结构在多遇地震下,可取ζ=0.04;
4 中高层及高层住宅的钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构和混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构,在多遇地震下,可取ζ=0.05;
5 各类结构在罕遇地震作用下,均取ζ=0.05(薄弱层弹塑性变形验算)。
8.3.6 地震作用下,多(高)层住宅钢结构内力和位移计算所采用的结构自振周期,应考虑非结构构件的影响。可视主体结构的刚度、非结构构件或墙体的材料及其与主体结构的连接方式等,分别乘以0.7~1.0的调整系数。轻质墙板为柔性连接时,或结构体系为框剪、框筒结构时,宜取较大值。
8.3.7 地下室楼层结构的侧向刚度不小于相邻地上结构楼层侧向刚度的2倍,且其构造符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定时,地下室顶板可作为上部结构的嵌固端。
8.3.8 各类住宅结构在风荷载作用下的弹性侧移值,不宜大于表8.3.8的规定;在多遇地震作用下的弹性层间位移值不应大于表8.3.8规定的限值。
表8.3.8结构的弹性侧移限值
注:1 当建筑物内有精装修时,其弹性侧移限值可适当减小;
2 在保证主体结构不开裂和装修材料不出现较大破坏的情况下,混合结构体系的侧移限值可适当放宽;
3 H为住宅结构地面以上总高度,h为计算楼层层高。
8.3.9 在罕遇地震作用下,住宅钢结构及混合结构的弹塑性分析,应满足以下要求。
1 多层、中高层与高层钢结构的层间侧移不应超过层高的1/50。
2 中高层与高层钢结构的层间侧移延性比不应大于表8.3.9的规定;
表8.3.9结构层间侧移延性比
3 混合结构的弹塑性层间位移角,对混合框架结构不应大于1/50,其余混合结构不应大于1/100。
8.3.10 为满足住宅舒适度的要求,高层住宅钢框架或混合框架结构体系在风荷载作用下顺风向和横风向的结构顶点最大加速度(a2或0.15m/s2。住宅楼板的自振频率(g)不宜小于8Hz。
9 结构材料
9.1 钢材
9 结构材料
9.1 钢材
9.1.1 住宅中承重钢结构所用钢材牌号与质量等级的选用,应符合下列规定:
1 结构钢材可选用符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的Q235钢和Q345钢。当有依据时,也可选用强度更高的钢材。
2 按8度或9度抗震设防的高层住宅钢结构要求采用较高性能钢板时,宜采用符合现行国家标准《建筑结构用钢板》GB/T 19879的Q235GJ钢和Q345GJ钢。
3 一般承重钢结构可选用Q235B级钢或Q345A级钢;框架等重要承重结构可选用Q235B、C级钢或Q345B、C级钢;按8、9度抗震设防的住宅钢结构框架梁、柱等重要构件宜选用Q235C级钢、Q345C级钢或Q235GJC、Q345GJC级钢。
4 当选用Q235A级或B级钢时,应选用镇静钢。焊接结构不应选用Q235A级钢。
9.1.2 结构钢材的性能应符合下列要求:
1 应保证屈服强度、抗拉强度、伸长率等基本力学性能符合要求。框架梁、柱等主要承重构件应再附加冷弯性能要求,必要时尚应附加保证冲击功值要求。
2 应保证基本化学成分碳、磷、硫、硅、锰的合格含量要求;焊接结构的主要构件采用Q345、Q390等低合金结构钢时,尚应保证碳当量(CEV)或焊接裂纹敏感指数(Pcm)符合要求。
3 抗震设防(不低于7度)的中高层和高层住宅钢结构,当其框架和抗侧力支撑等重要构件的截面设计由地震作用组合控制时,钢材应附加保证下列性能:
1) 钢材的屈强比不应大于0.85。
2) 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不小于20%(标距50mm试件)。
3) 钢材应有良好的焊接性能,对低合金结构钢应保证合格的碳当量。
4 在焊接T形、十字形、角接接头中,其翼缘板厚度等于或大于40mm,且焊接接头约束度与焊接收缩应力较大,可形成较强的厚度方向层状撕裂作用时,该受拉部位钢材宜附加保证板厚方向(抗撕裂)性能符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB 5313的规定,其沿板厚方向的断面收缩率(Ψ)不应小于15%。框架梁柱节点为隔板贯通构造时,其贯通隔板不论厚度大小,均应保证板厚度方向(抗撕裂)性能要求。
9.1.3 住宅钢结构采用的型材、板材宜符合下列要求:
1 同牌号钢材中,宜选用厚度较薄且分组强度较高的钢材。
2 宜优先选用热轧H型钢,其截面板厚不宜小于4.5mm。
3 方(矩)钢管截面的壁厚不大于20mm时,宜选用冷成型方(矩)钢管,其性能、规格应符合现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178的规定,并选用其Ⅰ级产品;当壁厚大于20mm的箱形截面构件,宜采用由四块板组焊的箱形截面。
4 框架柱或钢管混凝土柱等构件选用圆钢管时,宜优先选用冷弯成型的焊接圆管;当有技术经济依据时,也可选用符合《结构用无缝钢管》GB/T 8162的Q345无缝钢管,但不应选用以热扩方法生产的无缝钢管。
5 各类构件选用薄壁型材时,须注意截面板件的局部稳定,应符合规范要求。
6 非潮湿环境(湿度不大于60%)中的住宅钢结构次构件(坡屋顶、承重龙骨等),需采用冷弯薄壁型钢(C形钢或方矩钢管)时,其厚度不宜小于3.0mm;当采用镀锌构件时,应采用热浸镀锌板(双面镀锌量不小于180g/m2)制作。
9.1.4 钢材的强度设计值等设计指标应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定。
9.2 连接材料
9.2 连接材料
9.2.1 焊接连接材料的选用应符合下列要求:
1 焊接连接材料应按强度级别和母材相匹配选用。两种不同钢号的材料焊接时,宜采用与强度较低钢号匹配的焊条或焊丝焊剂。焊接材料的匹配与焊接工艺等要求,应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81的规定。
2 承受较强地震作用的构件与节点的焊接连接,宜选用低氢型焊条。
9.2.2 螺栓和焊(栓)钉材料的选用应符合下列要求:
1 普通螺栓宜采用C级螺栓。
2 高强度螺栓可选用大六角型高强度螺栓或扭剪型高强度螺栓,其产品性能应分别符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231与《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB 3632~3633的规定。
3 组合结构中的抗剪焊(栓)钉,其材料为ML15或ML15AL钢,其材质性能、规格及配件等应符合现行国家标准《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》GB/T 10433的规定。
9.2.3 连接材料的强度设计值等指标与焊缝质量等级的设计要求,均应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定。
9.3 混凝土与钢筋
9.3 混凝土与钢筋
9.3.1 钢-混凝土组合构件与混合结构体系中剪力墙、核心筒等构件,其混凝土的强度等级不宜低于C30。
9.3.2 钢管混凝土构件宜优先采用自密实混凝土,也可在混凝土配制时添加微膨胀剂、界面剂等外加剂。外加剂不得引起钢筋锈蚀等不利作用;同时,混凝土的配合比,除应满足强度指标外,尚应注意混凝土坍落度的选择。其配合比应根据设计强度、浇灌方法等要求合理组配,并经试验确定。对泵送顶升浇灌方法,其配合比尚应满足可泵性的要求。对大批量生产的构件,应先进行水灰比、坍落度等优选试验和浇灌后饱和度的检验。
9.3.3 混凝土的强度等级应按规定的标准立方体试件,经标准试验方法测定抗压强度标准值来确定。混凝土的强度标准值应具有不小于95%的保证率。
9.3.4 钢-混凝土混合结构的钢筋可选用HPB235级钢筋、HRB335级钢筋、HRB400级和RRB400级钢筋。钢筋性能应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB 1499、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB 13013、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB 13014等的规定。钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。
9.3.5 用于抗震等级为一、二级混合框架结构的纵向受力普通钢筋,其产品检验所得的强度实测值应符合下列要求:
1 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。
2 钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。
9.3.6 混凝土与钢筋的强度、弹性模量等设计指标应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定采用。
10 钢框架、钢框架-支撑结构体系设计
10.1 一般规定
10 钢框架、钢框架-支撑结构体系设计
10.1 一般规定
10.1.1 设计钢框架、钢框架-支撑结构体系时,除本规范规定外,尚应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017、《建筑抗震设计规范》GB 50011及现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99与现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定。
10.1.2 钢框架、钢框架-支撑结构体系的类别、组成与布置应符合下列要求:
1 钢框架可沿住宅建筑的纵向或横向布置(图10.1.2a);钢框架-支撑结构可分别沿纵、横向布置(图10.1.2b),也可一个方向为框架,另一方向为钢框架-支撑结构布置(图10.1.2c)。
(a)框架结构纵横向布置
(b)框架-支撑结构纵横向布置
(c)框架-支撑(单向)结构纵横向布置
图10.1.2 钢框架和钢框架-支撑结构的布置
2 钢框架-支撑结构中的框架可根据强度与刚度要求,分别采用梁柱铰接框架、刚接框架或带支撑的刚接框架,即支撑框架。
3 钢框架按构件材料和截面的不同可分为轻型截面框架与普通型材框架。前者框架梁、柱截面由热轧薄壁H型钢或高频焊薄壁H型钢等型材组成;后者由普通热轧H型钢、钢管或焊接型材组成。
10.1.3 住宅结构中的支撑形式与布置应符合下列要求:
1 支撑宜采用中心支撑,其形式可按通行净空、刚度等要求分别选用图10.1.3-1所示的交叉撑、人字撑或偏人字撑等。当采用单斜杆撑时,应在同一柱列内布置两个对称相反的支撑杆件(图10.1.3-2),以保持单支撑斜杆件均为受拉工作状态。但采用无粘结单斜杆支撑时,可不受此限。按8度、9度设防的高层住宅框架-支撑结构,也可采用偏心撑(图10.1.3-1d)。
2 支撑沿竖向应连续布置,其刚度宜变化均匀;在同一结构体系内同时布置支撑与混凝土剪力墙(核心筒)时,其刚度应相互协调,保证整个结构体系的侧向刚度变化均匀,且平面刚心与质心接近重合。
3 有地下室时,竖向连续布置的支撑应以剪力墙形式延伸至基础。
4 框架-支撑结构体系按空间模型计算时,楼盖应为平面刚性楼盖。其支撑框架之间楼盖(平面尺寸)的长宽比不宜大于4(6、7度设防区)、3(8度设防区)或2(9度设防区)。
图10.1.3-1 支撑的形式
图10.1.3-2 单斜杆支撑的对称布置
5 住宅钢结构的支撑形式与布置应与建筑设计协调,并宜布置于分户墙、端壁墙或楼(电)梯间等部位。应不致妨碍和限制住宅建筑的使用功能。
10.1.4 钢框架、框架-支撑结构的杆件宜按强度、刚度、抗锈蚀和便于加工等条件选用合理的截面形式,且符合下列要求:
1 低(多)层住宅框架柱宜选用热轧(焊接)H型钢。当选用热轧或高频焊薄壁H型钢时,截面板厚不宜小于4.5mm。中高层或高层住宅的框架柱可分别选用冷成型方(矩)钢管截面,当壁厚大于20mm时,宜选用四块板组焊的箱型截面。
2 框架梁、楼盖梁宜选用热轧(焊接)H型钢,当选用热轧或高频焊薄壁H型钢时,截面板厚不宜小于4.5mm。
3 框架柱采用冷成型方(矩)管时,宜选用符合现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178规定的Ⅰ级产品。
4 支撑宜选用焊接圆管、热轧角钢或槽钢、热轧(焊接)H型钢等,不应选用圆钢拉杆作支撑。支撑布置在分户墙或隔墙内时,宜选用平面外宽度较小的截面形式。
5 当建筑设计要求室内不外露结构轮廓时,多层住宅框架柱可采用由热轧(焊接)H型钢与剖分T型钢组成的异型柱截面(图10.1.4),其柱翼缘宽度宜不大于200mm或墙厚。
图10.1.4 钢框架异型柱组合截面
10.1.5 钢框架构件与支撑杆件的长细比与截面板件宽(高)厚比应符合现行相关标准的规定。按抗震设防设计时,其抗震构造措施应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定。
10.1.6 钢框架梁柱刚接节点与柱脚刚性节点应采用符合刚性要求的节点构造。6度抗震设防区低,多层住宅或非地震区住宅采用框架-支撑结构体系时,其框架梁柱连接可采用铰接连接。
10.2 结构与构件设计
10.2 结构与构件设计
10.2.1 住宅钢框架可采用一阶弹性方法计算,当中高层与高层住宅框架按一阶弹性计算的相对层间位移(△u/h)大于1/1000时,应按二阶弹性分析方法计算。
10.2.2 框架-支撑结构中支撑的设计计算应符合下列规定:
1 非抗震设防框架中的中心支撑杆件,其拉、压杆的长细比宜分别不大于300或150。
2 抗震设防的多层与中高层住宅框架的中心支撑,其拉、压杆的长细比在6、7度时分别不宜大于200或150;8、9度时不宜大于150或120。抗震设防的高层住宅框架的中心支撑,不分拉压杆均不宜大于120(6、7度)、90(8度)、60(9度)。
3 不论抗震设防与否,人字形与V形中心支撑均应按压杆设计。
4 钢框架的交叉支撑,除考虑水平作用效应(地震作用尚应乘以增大系数)外,其杆件内力尚应计入柱在重力作用下弹性压缩变形引起的附加轴力;V形与人字形支撑的内力还应再计入所连接楼盖可变荷载引起的附加内力。
10.2.3 计算与V字撑或人字撑顶端连接的楼盖横梁截面时,可不考虑支撑对梁在跨中的支承作用。横梁除承受大小等于重力荷载代表值的竖向力之外,还应承受跨中节点处两根支撑斜杆分别受拉、受压所引起的不平衡竖向分力的作用。
10.3 节点设计
10.3 节点设计
10.3.1 钢框架节点设计除符合现行相关标准规定外,尚应符合下列要求:
1 节点与其连接设计应做到安全可靠、传力明确、构造合理、便于施工。同时节点构造应具有必要的延性,并避免产生应力集中和过大的焊接约束应力。
2 多、高层住宅钢框架的节点连接,应按节点连接强于构件的原则设计。非抗震设防时应按弹性受力设计,进行节点域及各项连接的计算;抗震设防时,除按弹性方法进行节点域及连接极限承载力等项计算外,尚应按结构进入弹塑性阶段进行节点区梁端、柱端全塑性承载力与节点域屈服承载力的验算。
3 框架梁柱节点处宜采用柱贯通构造,当采用钢管柱时可采用隔板贯通构造。
4 钢框架梁柱、柱脚等刚性节点的构造,应符合受力过程中刚接交角不变的设计假定。粱柱节点宜采用梁翼缘熔透焊并腹板高强螺栓连接的栓焊连接刚接节点;柱脚宜采用埋入式柱脚。
5 钢框架梁柱、支撑等杆件的拼接接头,应按与构件等强度设计构造。当抗震设防时,对拼接接头尚应进行极限承载力验算。
6 非地震区或6、7度设防区低(多)层住宅的轻型截面钢框架,其梁柱刚接节点可采用符合刚性连接要求的外伸端板高强度螺栓连接构造。
7 梁、柱腹板为翼缘对焊而开的扇形切口,应在设计中给出细部尺寸与详图,并要求以专门设备进行切割,切口处的单面焊垫板应与梁翼缘以连续焊缝连接,质量等级为外观检查二级焊缝。
10.3.2 H型钢柱与框架梁刚接节点的构造与计算应符合以下要求:
1 梁柱刚接节点宜采用柱贯通型,梁柱连接采用栓焊连接,其梁翼缘与柱为全熔透焊接,梁腹板以连接板与柱为高强度螺栓摩擦型连接。其现场连接可为梁与柱直接连接或梁与柱身短悬臂连接。其典型连接构造如图10.3.2-1所示。
2 计算梁柱刚性节点中梁腹板与柱连接的高强度螺栓时,应计入腹板分担的弯矩。按7~9度抗震设防时,此连接的高强度螺栓不应少于两列(图10.3.2-2),计算仅需一列时,仍应布置两列。且此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍。
3 框架梁端腹板的连接板,宜在腹板两侧设置。非抗震设防的低、多层住宅框架梁也可在单侧设置,其厚度应较腹板大2mm。
4 按8度并Ⅲ、Ⅳ类场地或9度抗震设防时,框架梁柱节点宜采用梁端翼缘加强,并可使塑性铰外移的加强型构造(图10.3.2-3)。在住宅钢框架中,不应采用梁端下加承托牛腿的加强型构造。
图10.3.2-1 框架梁柱(H型钢截面)刚接连接节点
图10.3.2-2 梁腹板加强型连接构造
图10.3.2-3 梁翼缘连接加强型节点
5 抗震设防时,中高层和高层住宅钢框架梁端连接极限承载力的验算,应满足下式的要求:
式中 ——梁上、下翼缘全熔透焊缝的极限受弯承载力;
——梁腹板连接的极限受剪承载力;垂直于角焊缝受剪时,可提高1.22倍;
VGb——梁在重力荷载代表值(9度时尚应包括竖向地震作用标准值)作用下,按简支梁计算所得的梁端剪力;
Mp——梁(隔板贯通时为柱)的全塑性受弯承载力;
hw、tw——梁腹板的高度和厚度;
ln——梁的净跨;
y——钢材的屈服强度。
10.3.3 方(矩)管柱或圆管柱与框架梁刚接节点的构造与计算应符合下列要求:
1 梁柱刚接节点宜采用隔板贯通构造或内隔板构造,不宜采用外环隔板的构造。
2 隔板贯通构造(图10.3.3-1)宜用于管柱壁厚不大于30mm的框架柱,隔板厚度应较梁翼缘厚度大3mm~5mm,其钢材应选用厚度方向钢(抗层状撕裂钢)。
图10.3.3-1 管柱隔板贯通式刚接连接节点
3 多层住宅所用较薄壁管柱框架的梁柱刚接节点,采用柱贯通(内隔板)构造时,亦可采用柱身在节点内对接的连接构造(图10.3.3-2),以便组装时先进行上、下柱段内隔板的熔透焊接,再进行上、下柱段的组装对接焊接。内隔板厚度宜较梁翼缘厚度加厚2mm,且与梁翼缘外侧对齐。
4 梁腹板连接板连接焊缝与方(矩)管柱管材成型焊缝相重叠时,应采取相应的焊接措施,降低管壁焊缝区局部过热的不利影响。
图10.3.3-2 管柱节点域柱身对接节点构造
10.3.4 壁板较厚的箱形截面柱(4块板组焊)与梁刚接节点,宜采用柱贯通及内隔板构造(图10.3.4)。当柱壁厚t≥40mm且节点焊接约束应力较大时,节点区受拉柱壁部分钢材宜选用厚度方向钢(抗层状撕裂钢)。内隔板厚度宜较梁翼缘厚度加厚2mm,且与梁翼缘外侧对齐。同时柱壁板与隔板的焊接、梁翼缘与柱的焊接均为熔透焊。节点区(梁上、下翼缘以上以下各500mm范围内的区段)箱形柱四角的组合焊缝应为熔透焊。所有熔透焊缝等级不低于二级质量标准。
10.3.5 进行框架梁截面设计时,宜选用较高的梁截面或梁端翼缘加强型构造。使梁翼缘的塑性截面模量大于梁全截面塑性截面模量的70%。
图10.3.4 箱形柱内隔板刚接节点构造
10.3.6 框架柱脚节点构造与计算应符合下列规定:
1 柱脚构造应保证将最下层钢柱的轴力、剪力和弯矩传至钢筋混凝土基础。按7度及7度以上抗震设防时尚应具有塑性变形能力,设计时应满足下式要求:
MBu≥1.2Mpc (10.3.6)
式中 MBu——柱脚的极限抗弯承载力;
Mpc——考虑轴力时柱的全塑性弯矩。
2 框架柱铰接柱脚可采用外露式柱脚,柱脚处有支撑相交汇时,应验算柱脚与基础界面的抗剪强度(锚栓不考虑抗剪),必要时应设抗剪键。
3 刚接柱脚宜采用埋入式柱脚或外包式柱脚,非抗震区框架刚接柱脚可采用杯口基础插入式柱脚构造。
4 柱脚节点应便于施工安装,其连接构造应便于调整就位并保证构件的安装精度。柱脚锚栓应有双螺帽防松措施。
10.3.7 中心支撑框架的支撑节点构造与计算应符合下列要求:
1 支撑节点处的支撑与梁、柱应以杆件的重心线相交汇。因构造原因有少量偏心时,宜在计算中计入由偏心引起的附加内力。
2 支撑节点处的柱段均应带有短悬臂梁,并预先焊有与支撑现场连接的节点板或接头段。典型的支撑节点构造如图10.3.7所示。
图10.3.7 支撑连接节点
3 住宅框架支撑宜置于内墙或分户墙之间,在满足长细比与强度条件下,宜尽量选用外轮廓尺寸较窄的组合截面。
4 中心支撑与框架连接及支撑拼接的设计承载力应符合下列要求:
1) 7~9度抗震设防的结构中,支撑与框架连接处和支撑拼接处的极限承载力应符合下式要求:
Nbrc≥1.2Any (10.3.7)
式中 Nbrc——螺栓连接和节点板连接在支撑杆件轴线方向的极限承载力;
An——支撑的净截面面积;
y——钢材的屈服强度。
2) 计算地震作用下支撑及其连接的承载力时,应按本规范第8.2.2条计入支撑杆件内力的增大系数。
3) 计算与横梁连接的支撑杆件时,除水平荷载作用产生的内力外,尚应计入支撑杆件作为横梁支点的竖向支承力。
10.3.8 柱和梁在与支撑翼缘的连接处,应设置加劲肋,加劲肋的截面及其连接应按计算确定。
11 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
11.1 一般规定
11 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
11.1 一般规定
11.1.1 钢结构住宅结构宜优先采用钢-混凝土混合结构体系。多层与中高层住宅宜采用钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系;高层住宅可采用钢框架(或支撑框架)-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系。
11.1.2 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系由钢框架(或支撑框架)、剪力墙(核心筒)与组合楼盖等组成。其结构设计、计算与构造,除本规范规定外,尚应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017、《建筑抗震设计规范》GB 50011及现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3与《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99以及现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定。
11.1.3 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)混合结构的布置和选型应符合下列要求:
1 混合结构的抗侧力构件,如支撑、剪力墙、核心筒等宜布置在楼、电梯间、竖井与分户墙、端墙及平面形状变化与永久荷载较大处等部位,选用刚度均匀、偏心小并符合建筑要求的合理布置方案。
2 7度与7度以上抗震设防的多(高)层混合结构,同时布置抗侧力支撑与剪力墙(核心筒)时,宜使其各自的刚心与建筑物质心接近重合。
3 支撑、剪力墙与核心筒等沿竖向应连续布置,结构的刚度、质量与承载力沿高度变化宜均匀,并避免出现薄弱层。
4 混合结构中剪力墙布置与选型应符合下列要求:
1) 钢框架-剪力墙结构中,剪力墙宜为双向布置,框架梁、柱与剪力墙的轴线宜重合在同一平面。
2) 不宜孤立地布置单片剪力墙。纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段;住宅建筑较长时,不宜集中在两端布置剪力墙。
3) 纵、横剪力墙宜组成L形、T形、□形和[形等形式;在各主轴方向剪力墙的刚度宜相近。高层住宅结构为8度及以上抗震设防时,可采用钢骨混凝土剪力墙。
4) 剪力墙的长度不宜过大,一般墙肢截面的高度不宜大于8m。每道剪力墙的底部剪力不宜超过总底部剪力的40%。
5) 剪力墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比,不宜超过表11.1.3的规定;超过时,应计入楼盖平面内变形的影响。
表11.1.3抗震剪力墙之间楼、屋盖的长宽比
注:当剪力墙之间的楼(屋)盏有较大开洞时,剪力墙的间距应适当减小。
6) 剪力墙宜贯通建筑物全高,厚度逐渐减薄,避免刚度突然变化。
5 钢框架-混凝土核心筒混合结构中,构件的布置和选型应符合下列要求:
1) 核心筒宜居中布置以减小刚心的偏移;筒身宜贯通建筑物全高,其刚度宜均匀变化,沿竖向需开洞时宜上下对齐,在简体角部附近不宜开洞。
2) 核心筒高宽比不宜大于12,当同时设置部分剪力墙时,核心筒的宽度可适当减少。
3) 当采用H型钢框架柱时,宜将强轴方向布置在主要受力框架平面内;框架角柱宜采用十字或箱形截面。
11.1.4 钢框架-混凝土核心筒结构体系中,其周边框架的梁柱连接,当抗震设防烈度为7度及以上时应采用刚接连接;6度或非抗震设防时可采用铰接连接。钢梁与简体的连接应采用铰接。
11.1.5 混凝土核心筒先于钢框架施工时,应考虑施工阶段混凝土核心筒在风力及其他荷载作用下的不利受力工况,并宜在筒体内和钢梁连接的相应部位预埋H型钢构造柱,以便与筒体连接的钢构件同步安装。
11.2 构件和节点设计
11.2 构件和节点设计
11.2.1 多(高)层住宅混合结构的计算模型可采用空间计算模型或空间协同计算模型;抗震设计或复杂平面结构的非抗震计算应考虑平扭耦联的计算模型。
11.2.2 混合结构体系中钢结构框架、构件与节点连接的计算和构造应符合本规范第10章的规定。
11.2.3 钢梁与核心筒、剪力墙连接的设计与构造,应符合传力安全可靠、便于施工等原则,并符合下列要求:
1 筒(墙)体内按计算设置有钢骨柱时,钢梁与钢骨柱的连接可采用刚接节点构造;仅设有构造定位钢柱时,可采用铰接。筒(墙)体仅有预埋件和钢梁连接时,应采用高强螺栓铰接连接构造。
2 竖向刚度变化均匀的混合结构,按7度及7度以上抗震设防时,其墙(筒)体与钢梁连接的预埋件与其连接,应按钢梁梁端抗震作用组合的最大剪力、偏心弯矩与梁最大轴力共同作用进行验算。在水平荷载作用下第i层钢梁所承受的轴力可按下式计算:
式中 NBi——与第i层钢梁所承受的地震作用引起的总轴力。
自地面算起在结构0.2n层倍以下的梁,即当i<n/5时,
在结构0.2n层以上的梁,即当i≥n/5时,
式中 ——第i层中所有柱的抗侧移刚度之和,柱的抗侧移刚度可按D值法确定;
——第i层中在钢梁k轴线上并与其相连一侧所有柱(图11.2.3)抗侧移刚度之和;
αi——相应于结构的基本周期的多遇地震影响系数;
m——结构单位高度上的质量;
H——结构的总高度;
λ——结构刚度特征值,可按下式计算:
CF——框架的平均层抗侧移刚度;
EIw——核心筒所有剪力墙的平均总抗弯刚度;
n——结构的总层数。
3 预埋件的计算与构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。预埋件的锚筋应采用HPB235级、HRB335级或HRB400级钢筋,严禁采用冷加工钢筋。预埋件的锚板宜采用Q235钢(Q235A级除外)或Q345钢,其厚度不宜小于锚筋直径;
图11.2.3 钢梁轴力的分配
4 预埋件的锚筋应对称于锚板中心布置,并与钢梁端传力连接板位置相对应,以减少传力中的偏心。钢梁及其连接板应位于预埋件的中心,并应考虑墙(筒)体压缩变形与施工阶段沉降可能引起的相对位置偏差的影响。
12 混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
12.1 一般规定
12 混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
12.1 一般规定
12.1.1 混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系的组成应符合以下要求:
1 混合框架由钢管(骨)混凝土柱和H型钢框架梁组成,其中设有支撑者为支撑混合框架;混合框架-剪力墙(核心筒)结构体系由混合框架和混凝土剪力墙(核心筒)组成。
2 住宅混合框架的框架柱宜选用方(矩)形钢管混凝土柱,也可选用钢骨混凝土柱,框架梁应选用H型钢梁,不宜选用钢骨混凝土梁。楼盖应选用钢-混凝土组合楼盖。当采用钢骨混凝土柱时,钢骨宜采用实腹式截面。当采用支撑混合框架时,宜采用槽钢或H型钢截面的中心支撑。
12.1.2 混合框架-剪力墙(核心筒)结构的布置、设计和构造,除本规范规定外,尚应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011及行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3和《钢骨混凝土结构技术规程》YB 9082以及现行协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159、《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的有关规定。
12.1.3 混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构的布置应符合本规范第11.1.3条的要求。
12.1.4 混合框架构件的选材与材性要求除应遵守本规范第9章的规定外,尚应符合以下规定:
1 混合框架柱所用的方(矩)钢管宜选用现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178中直接成方的钢管,其质量等级应为Ⅰ级产品。
2 计算冷成型方(矩)管柱构件时,不宜考虑冷加工硬化的强度提高效应。当管壁厚度t≤6mm时,其强度设计值应按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定取值。
3 混合框架所用的冷成型圆管应符合现行国家标准《冷弯型钢》GB/T 6725、《直缝电焊钢管》GB/T 13793及《结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T 6728的要求。选用规格时,焊接圆管的径厚比不应过小。对管材成型焊缝应要求按熔透焊缝质量进行检验。
4 钢骨混凝土柱中H型钢的强度设计值均按翼缘厚度的钢材分组取值。
5 钢管混凝土构件中的混凝土强度等级,对Q235管材宜采用C30或C40级;对Q345管材,不宜低于C50级。
12.1.5 混合框架-混凝土核心筒结构体系中,其周边框架的梁柱连接,当抗震设防烈度为7度及以上时应采用刚接;6度或非抗震设防时可采用铰接。钢梁与核心筒的连接应采用铰接。
12.1.6 钢管混凝土柱的构造要求应符合表12.1.6的规定。
表12.1.6钢管-混凝土柱的构造要求
注:1 D为圆钢管直径,h、b分别为(方)矩形钢管的长边与短边;l为柱长度;y为管材的屈服强度;
2 =σ2),压应力为正,拉应力为负;
3 c、分别为混凝土与钢材的抗压强度设计值;Ac、As分别为钢管内混凝土与钢管的截面面积。
12.1.7 钢骨混凝土柱的含钢率不应小于2%且不宜大于15%;柱内钢骨板材厚度不应小于6mm,钢骨翼缘的外伸宽度b和其厚度tf之比(b/tf)不应大于23;腹板的高厚比hw/tw不应大于96。
12.1.8 进行地震作用下承载力计算时,钢管混凝土柱的承载力抗震调整系数γRE按0.8取值;当仅计算竖向地震作用时,γRE取为1.0。
12.2 结构与构件设计
12.2 结构与构件设计
12.2.1 进行弹性阶段结构整体内力和变形分析时,钢管(骨)混凝土构件的轴向刚度(EA)和弯曲刚度(EI)可分别按下列各式计算:
EA=EsAs+EcAc (12.2.1-1)
EI=EsIs+αEcIc (12.2.1-2)
式中 Es、Ec——钢管(骨)钢材和混凝土的弹性模量;
As、Ac——钢管(骨)和混凝土的截面面积;
Is、Ic——钢管(骨)截面和混凝土截面对各自形心的惯性矩;
α——考虑混凝土开裂及徐变影响的折减系数。计算结构内力时,α取为1.0;计算结构变形时,α可在0.6~0.8之间取值。
12.2.2 多层住宅混合框架的弹性分析可采用一阶弹性分析方法。中高层与高层住宅混合框架的弹性分析,应计入重力二阶效应的影响。
12.2.3 方(矩)钢管混凝土及圆管混凝土框架柱的设计、计算与构造应分别符合现行协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159与《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定。钢管混凝土框架柱的计算长度应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定采用。
12.2.4 设计钢管混凝土柱混合框架时,应验算施工条件下空钢管构件的变形和稳定性。在湿混凝土重力和实际施工荷载共同作用下,空钢管的轴向应力不应大于其抗压强度设计值的60%,并应满足结构强度和稳定性的要求。当施工阶段应力大于抗压强度设计值的35%时,应考虑钢管初应力对钢管混凝土柱使用阶段承载力的降低影响,将其承载力乘以折减系数是kp,kp可按本规范附录A计算。
12.3 节点设计
12.3 节点设计
12.3.1 混合框架的梁柱、柱脚与支撑等节点与连接的计算应包括以下内容:
1 梁柱刚接节点梁端连接的抗弯、抗剪及其连接承载力的计算,当为7度及以上抗震设防时,尚应进行连接极限承载力的验算。
2 梁柱刚接节点的节点域验算及钢管混凝土柱管壁局部抗剪的验算。
3 柱脚节点与连接及支撑节点连接的承载力计算;当为7度及以上抗震设防时,尚应进行连接极限承载力的验算。
12.3.2 圆管柱、方(矩)管柱或箱形柱混合框架的梁柱典型刚接节点构造如图12.3.2所示。管柱节点宜选用隔板贯通构造(图12.3.2a);柱截面较小时亦可采用柱身在节点段有拼接的内隔板节点构造(图12.3.2c),其内隔板可于拼接前由单面施焊。厚壁箱形柱可采用电渣焊内隔板的节点构造(图12.3.2b);节点处有支撑或为8度、9度抗震设防,梁的连接需加强时,宜采用带短悬臂的加强型节点构造(图12.3.2d);当方(矩)管柱与梁连接时,也可采用外肋板节点构造(图12.3.2e)。
图12.3.2 混合框架梁柱刚接节点构造
12.3.3 钢管混凝土柱与钢梁连接的节点构造应符合本规范第10.3节的规定,并符合下列要求:
1 内隔板应开设混凝土的浇灌孔与透气孔(图12.3.2)。箱形柱内隔板透气孔的定位距离L1、L2应按现行协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159计算确定。
2 住宅钢管混凝土柱与钢梁的节点连接,宜避免采用柱外环水平肋板的构造。
12.3.4 方(矩)钢管混凝土框架柱与梁节点的连接及梁截面的选用,应符合本规范第10.3.5条的规定。
12.3.5 圆管或方(矩)管混凝土柱的管壁厚度较薄时,其与梁端抗剪连接板(图12.3.5)焊接处局部管壁应力可按下式验算。
图12.3.5 管壁局部应力计算简图
式中 Vmax——梁端腹板连接板承受的最大剪力;
hj、tj——腹板连接板高度与厚度;
t——管柱壁厚;
rc——截面内径或内半边尺寸,对于圆钢管柱rc=D/2-t;对于矩形钢管柱,当焊缝位于短边b时rc=b/2-t;当焊缝位于长边h时rc=h/2-t;
bc——角焊缝覆盖宽度,bc=tj+2hf;
hf——连接板侧角焊缝焊脚尺寸。
12.3.6 混合框架-剪力墙(核心筒)结构中钢梁与剪力墙(核心筒)预埋件连接的计算与构造,应符合本规范第11.2.3条的规定。
12.3.7 混合框架的钢管混凝土柱柱脚宜采用埋入式柱脚。
13 悬挂楼盖框架结构体系设计
13.1 一般规定
13 悬挂楼盖框架结构体系设计
13.1 一般规定
13.1.1 悬挂楼盖框架结构体系宜用于非抗震设防或6度抗震设防的多层住宅结构;悬挂楼盖框架-剪力墙(核心筒)结构体系可用于非抗震设防或6、7度抗震设防的中高层住宅结构。悬挂楼盖为隔层布置,可形成层下的大空间,适用于跃层布置的住宅,也可用于每层单独应用的不同户型住宅。
13.1.2 悬挂楼盖框架由隔层悬挂的钢-混凝土组合楼盖与框架组成,其框架宜为矩形钢管混凝土-钢梁混合框架或钢框架;其悬挂梁应作为框架梁与柱刚接连接。当为混凝土异形柱框架时,悬挂梁与混凝土柱应为铰接。
13.1.3 悬挂楼盖框架与悬挂楼盖框架-剪力墙(核心筒)结构体系的布置和设计,除本规范规定外,尚应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011及行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3、《钢筋混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149以及现行协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159与《高层建筑钢-混凝土混合结构技术规程》CECS 230等的有关规定。
13.1.4 悬挂楼盖框架结构体系的计算应符合下列规定:
1 结构体系计算简图如图13.1.4所示。悬挂组合楼盖无大孔洞的楼板可按刚性楼板考虑,并可作为一个计算层计算。其悬挂梁(框架梁)与钢框架式组合框架柱为刚接;与混凝土柱、墙或核心筒应为铰接。钢吊杆与上、下楼盖梁均为铰接。
2 结构体系的内力和位移可按空间模型分析计算。在任何荷载工况下,应按悬挂楼盖的吊杆均保持受拉状态,计算确定框架梁与悬挂梁的截面与刚度。
图13.1.4 结构计算简图
3 悬挂楼盖梁与柱刚接兼作框架梁时,应在梁端形成刚接并在吊杆拉固后,再进行其上楼板混凝土的浇灌作业。同时尚应进行相应施工阶段框架的承载力验算。
13.1.5 悬挂楼盖梁的挠度不宜大于l1/300(l1为较大的悬挂点间或至梁端的跨度)。
13.2 构件和节点设计
13.2 构件和节点设计
13.2.1 悬挂楼盖梁宜选用H型钢梁,并按组合梁构造。当悬挂梁兼作框架梁(两端与柱刚接)时,其承载力按钢梁计算;当仅作楼盖梁(两端与柱铰接)时,其承载力与变形均按组合梁计算。组合楼盖的设计构造应遵守本规范第14章的规定。
13.2.2 悬挂楼盖钢梁与柱为铰接连接时,在结构整体内力和变形分析的计算模型中可作为单根铰接杆计算。
13.2.3 悬挂楼盖的楼板宜选用现浇混凝土平板或叠合板,其总厚度不应小于100mm;有依据时,也可选用压型钢板组合楼板。
13.2.4 钢吊杆的设计与构造应符合下列要求:
1 钢吊杆宜布置在内隔墙或分户墙夹层中。吊杆可采用钢管或H型钢、工字钢,其截面宽度不宜大于所连接梁的翼缘宽度;截面板件厚度或壁厚不宜小于6mm。
2 钢管吊杆端部与梁的连接构造如图13.2.4所示。吊杆应按效应组合的最大拉力乘以增大系数计算,计算吊杆截面时,增大系数取为1.5;计算吊杆端部连接与锚固时,增大系数取为2.0。所有连接的焊缝、螺栓、螺杆埋入深度及加劲肋等均应经计算确定。必要时埋入混凝土的螺杆可加焊锚筋或锚板。
3 吊杆与钢梁的高强度螺栓连接应采用摩擦型连接。所有焊接的熔透焊缝,其质量等级应不低于二级,角焊缝质量应不低于外观检查的二级标准。
13.2.5 悬挂楼盖框架中钢梁与剪力墙(核心筒)预埋件连接的计算与构造,应符合本规范第11.2.3条的规定。
图13.2.4 钢管吊杆端部与梁的连接构造
14 组合楼盖设计
14.1 一般规定
14 组合楼盖设计
14.1 一般规定
14.1.1 住宅钢结构楼盖应采用钢-混凝土组合楼盖。框架梁应按组合梁构造,按钢梁计算;楼盖主、次梁应按组合梁构造并设计计算。
14.1.2 组合楼盖的楼板类型可分为现浇板、叠合板、压型钢板组合楼板等(图14.1.2)。设计时宜比选结构性能、使用与施工条件、防火、隔声要求及工程造价等因素,合理选用楼板形式。宜优先选用现浇板或叠合板(9度抗震设防区除外);有依据时,亦可选用压型钢板组合楼板。
图14.1.2 组合楼盖的楼板类型
14.1.3 组合楼盖的钢梁宜选用H型钢梁,跨度较大时也可选用由热轧H型钢剖分组焊的蜂窝梁。梁上翼缘应按计算设置焊(栓)钉等抗剪连接件。
14.1.4 组合梁的承载力按塑性分析方法计算;挠度变形按弹性方法计算。其设计构造应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和本章的规定。
14.1.5 组合梁的挠度不宜大于表14.1.5的规定。
表14.1.5组合梁容许挠度限值
注:1 l0为梁的计算跨度;
2 验算施工阶段钢梁挠度时,其荷载(标准值)可采用组合梁自重与施工荷载1.5kN/m2的组合值;
3 组合梁最终挠度为施工阶段钢梁挠度与使用阶段组合梁挠度的叠加值。表中括号值适用于对挠度有较严格限制的构件;
4 当构件预先起拱时,计算挠度时应减去起拱值。
14.1.6 组合梁中的钢梁应进行施工阶段的承载力和挠度验算,验算不满足要求时可在梁下设施工临时支撑。设计中不宜因施工荷载控制而加大梁的截面。
14.1.7 住宅楼盖结构中在卫生间等局部梁板降低部分,宜采用现浇梁板结构。
14.1.8 组合梁钢梁上表面和与混凝土结合部位应清除污垢并作除锈处理,不做防锈涂层。
14.2 楼板设计
14.2 楼板设计
14.2.1 组合楼盖中混凝土现浇板、叠合板的承载力与挠度均按弹性方法计算,其设计和构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。叠合板的设计、构造尚应符合下列规定:
1 叠合板楼板适用于非抗震区和6~8度抗震设防区,其上部现浇层的厚度不应小于50mm(非抗震区与6度设防区)或70mm(7~8度设防区);
2 叠合板的下板宜采用预应力肋板(图14.2.1),板跨较小时也可采用预应力平板。下板应进行施工阶段验算,其荷载为湿混凝土自重与施工活荷载1.5kN/m2的组合值,此时下板的挠度不应超过l0/200(l0为计算跨度)。
图14.2.1 叠合板构造示例
3 预制底板板角和板端中间应设预埋件与钢梁焊接,其间距不应大于600mm(非抗震或6度设防区)或450mm(7、8度设防区);预埋件尺寸不小于90mm×90mm×6mm,每个预埋件与梁的每道焊缝长度不小于60mm,焊脚高度不小于6mm。底板每端支承搭接长度不应小于80mm。
4 抗震设防时,底板板缝间的构造应符合抗震构造要求。
5 预应力底板板下应按建筑防火要求采用防火砂浆等保护措施。
14.2.2 压型钢板组合楼板的设计和构造应符合现行行业标准《钢-混凝土组合楼盖设计与施工规程》YB 9238及下列规定:
1 压型钢板应采用强度级别为250MPa或350MPa的热镀锌结构级钢板,其材质性能应符合现行国家标准《连续热镀锌钢板及钢带》GB/T 2518的规定。板的双面镀锌重量不应小于180g/mm2(仅作模板作用时)或275g/m2(板兼作钢筋用时)。
2 压型钢板应采用楼盖专用的板型,其波高不应小于50mm,板厚不小于0.6mm;当作为受力钢筋时,不宜小于0.8mm。住宅楼板结构宜选用燕尾形(闭口)压型钢板,有依据时,楼板亦可采用以钢筋桁架楼承板作模板的现浇板。
3 压型钢板兼作受力钢筋时,组合楼板应满足耐火时限的要求,并有消防部门的认证。
4 楼盖压型钢板宜按连续跨越2~3跨铺设,并进行施工阶段验算,其上部荷载为湿混凝土重与施工活荷载1.0kN/m2的组合值,此时其挠度不应大于l/180(l为板跨度)或20mm。
5 住宅结构中压型钢板组合楼板的自振频率(g)不宜小于8Hz,g可按下式计算:
式中 υ——永久荷载(标准值)作用下楼板的挠度(cm)。
14.3 组合梁设计
14.3 组合梁设计
14.3.1 组合梁的设计和构造除本规范规定外,尚应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和现行行业标准《钢-混凝土组合楼板设计与施工规程》YB 9238的规定。
14.3.2 组合梁宜用作简支梁,当采用连续组合梁时,可采用主次钢梁平接的连续构造(图14.3.2)。连续组合梁的设计应符合下列要求:
图14.3.2 连续组合梁支座节点构造
1 连续梁在支座处的主次梁连接构造应保证钢梁翼缘与腹板内力连续、可靠的传递;图14.3.2中翼缘的连接焊缝,应保证翼缘最大力的可靠传递;连接板与高强度螺栓连接应保证梁端最大剪力的可靠传递。
2 连续梁负弯矩区的受压翼缘宽厚比,应符合钢梁按塑性设计时受压翼缘局部稳定的要求。
3 连续次梁支座处,主梁的应力较大时,宜进行主梁上翼缘与次梁相连接部位双向受弯折算应力的验算。
14.3.3 混凝土板与钢梁上翼缘锚固连接的抗剪连接件宜选用焊(栓)钉,当钢梁上有镀锌压型钢板,焊(栓)钉需穿透焊时,其直径不宜大于19mm,并应采用匹配穿透焊的F2型瓷环。焊钉材料的质量、性能应符合本规范第9.2.2条的规定。
15 钢结构的防护
15.1 钢结构防腐与涂装
15 钢结构的防护
15.1 钢结构防腐与涂装
15.1.1 住宅钢结构应采用较严格的防锈和涂装措施。应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件和使用寿命以及施工条件和工程造价等因素,并按现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定进行防腐涂装设计。设计文件中应包括除锈、涂装要求、使用期内检查维护要求等专项内容。
15.1.2 住宅钢结构构件采用的钢材表面原始锈蚀等级不应低于B级,并采用喷射(丸、砂)方法除锈,其除锈等级不得低于Sa2级。
15.1.3 经喷射除锈后,对一般涂装要求的构件,可采用2道底漆、2道面漆的做法,干漆膜总厚度不小于120μm;对涂装要求较高的构件,应采用2道底漆、1~2道中间漆和2道面漆,干漆膜总厚度不小于150μm,并宜采用长效涂料防护。需加重防腐的部位,可适当增加厚度20μm~60μm。
15.1.4 钢结构表面除锈等级与涂料的匹配以及常用涂层的配套,可按现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046的规定选用。
15.1.5 住宅围护结构的设计构造应防止结露,室内湿度较大的部位(如厨房、卫生间等)不应有外露钢结构;当不可避免时,宜外包混凝土隔护。
15.1.6 住宅钢结构不得采用带锈涂料(即允许钢材表面带锈涂刷的化学除锈涂料)作防锈涂装。
15.1.7 不同种类金属材料的构件、部件连接时(如铝合金与钢材)应采取防止接触腐蚀的阻隔措施。
15.1.8 钢结构的防锈、涂装施工质量应严格按现行国家标准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB 50212和《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205检查验收。
15.2 钢结构防火设计
15.2 钢结构防火设计
15.2.1 住宅钢结构的防火保护设计,除本规范有关规定外,尚应符合现行国家与行业标准《建筑设计防火规范》GB 50016、《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99和现行协会标准《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS 24、《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200的规定。
15.2.2 住宅钢结构的建筑与结构专业设计文件中应有防火保护设计的内容。其中应包括建筑防火类别和结构耐火极限的确定、防火措施和防火材料的选用、防火构造、防火涂层厚度的计算、选定或抗火设计验算、措施等。必要时可进行个项钢结构住宅工程的性能化防火设计。
15.2.3 高级住宅或19层及19层以上的普通住宅,其建筑防火分类类别应为一类、耐火等级为一级;10至18层的住宅,其建筑防火分类类别可为二类、耐火等级不应低于二级。
15.2.4 住宅建筑钢构件的耐火极限(h)不应低于表15.2.4的规定。
表15.2.4住宅建筑钢构件的耐火极限(h)
注:1 建筑物中的楼梯间和电梯井的墙、住宅分户墙、疏散走道两侧的隔墙、非承重外墙、房间隔墙、吊顶等按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016与《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045中的要求执行。
2 9层及9层以下住宅建筑中设有自动喷水灭火系统保护时,其构件耐火极限可按表中规定值降低0.5h。
15.2.5 钢结构连接节点处的防火保护层厚度不应小于被连接构件防火保护层厚度的较大值,对连接表面不规则的节点尚应作局部加厚处理。
15.2.6 选用钢结构的防火涂料时,应符合下列要求:
1 应按耐火极限和保护层厚度要求,分别选用薄涂型或厚涂型涂料。在满足耐火极限的条件下,宜优先选用薄涂型涂料。
2 所选用的钢结构防火涂料应具有产品鉴定证书,以及国家指定的防火材料检测机构提供的产品耐火性能检测报告,并有消防监督部门核发的生产许可证。
3 防火涂料应呈碱性或偏碱性,底层涂料应能与防锈漆或钢板相容,并有良好的结合力。当有可靠依据时,亦可选用有防锈功能的底层涂料。
4 室内钢结构防火涂料的技术性能应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907的规定。
15.2.7 选用防火板材时,应符合下列要求:
1 按耐火极限和保护层厚度要求,可分别选用防火薄板或防火厚板。其分类与性能特点可见附录B表B.0.1。
2 防火板材性能应符合下列要求:
1) 防火板应为不燃性(A级)材料,并应具有产品鉴定证书,以及国家指定的防火材料检测机构提供的产品耐火性能检测报告,产品厂家应有消防监督部门核发的生产许可证。
2) 板在高温下(965℃)线收缩率不应大于2%。
3) 板受火时不炸裂,不产生裂纹。
3 采用防火板进行钢结构防火保护时,生产厂家应负责提供产品的导热系数、密度和比热等技术参数。常用防火板主要技术性能参数可见附录B表B.0.2。
4 防火板的接缝构造(单层板或多层板)和接缝材料均应具有不低于防火板的防火性能。
15.2.8 钢结构住宅建筑内承重楼盖均应满足耐火极限的规定,并符合下列要求:
1 采用现浇板、预应力叠合板时,其钢筋保护层厚度应符合专门规定。
2 压型钢板组合楼板的压型钢板仅作模板用时,可不再采用防火保护层构造;当压型钢板用作受力钢筋时,其整体耐火时限应按现行协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200确定。
15.2.9 钢结构住宅中构件(含钢管混凝土柱)宜采用下列防火构造措施:
1 低、多层钢柱可采用外包混凝土进行防火保护。外包混凝土内应配置构造钢筋;
2 采用防火涂料进行钢结构防火保护。可选用直接喷涂、内置镀锌钢丝网喷涂或外包防火板复合的方法。对下列情形之一,钢结构防火保护的涂层内应设置与钢构件相连接的钢丝网:
1) 承受冲击、振动作用的梁;
2) 涂层厚度不小于40mm的梁;
3) 粘结强度不大于0.05MPa的钢结构防火涂料;
4) 腹板高度大于1.5m的梁。
3 采用防火板防火保护。
4 采用柔性毡状隔热材料和外包防火板的复合防火保护措施。
15.2.10 为保证火灾发生时钢管混凝土柱核心混凝土中水蒸气的排放,每个楼层的柱身均应设置直径为20mm的排气孔,其位置宜位于柱与楼板相交位置的上方和下方100mm处,并沿柱身反对称设置。
15.2.11 住宅钢结构构件的外包混凝土、防火涂料、防火板等防火构造如图15.2.11-1~15.2.11-3所示。
图15.2.11-1 外包混凝土的防火构造
图15.2.11-2 防火涂料的防火构造
图15.2.11-3 防火板的防火构造
附录A 钢管混凝土构件考虑钢管初应力影响的承载力折减系数kp
附录A 钢管混凝土构件考虑钢管初应力影响的承载力折减系数kp
A.0.1 由施工荷载引起的钢管轴向压应力大于钢管抗压强度设计值的35%时,钢管混凝土构件的承载力折减系数kp可按下式计算:
kp=1-β1β2β3 (A.0.1-1)
对圆钢管混凝土构件
矩形钢管混凝土构件
式中 β1——钢管初应力影响系数;
β2——长细比影响系数;
β3——偏心影响系数;
σ0——钢管中初应力设计值;
——空钢管柱的稳定系数,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定取值;
——钢管钢材强度设计值;
λ0——长细比当量比值,λ0=λ/80;
e——荷载偏心距;
c——截面尺寸之半,对圆管混凝土柱,c为半径;对矩形钢管混凝土柱,绕长轴弯曲时,c为长边之半(h/2);绕弱轴弯曲时,c为短边之半(b/2)。
附录B 防火板技术性能特点
附录B 防火板技术性能特点
B.0.1 防火板的分类及性能特点见表B.0.1。
表B.0.1防火板的分类及性能特点
B.0.2 常用防火板主要技术性能参数见表B.0.2。
表B.0.2常用防火板主要技术性能参数
本规范用词说明
本规范用词说明
1 为了便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1) 表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2) 表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3) 表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”或“可”,反面词采用“不宜”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
引用标准名录
《建筑模数协调统一标准》GBJ 2
《砌体结构设计规范》GB 50003
《建筑结构荷载规范》GB 50009
《混凝土结构设计规范》GB 50010
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001
《建筑设计防火规范》GB 50016
《钢结构设计规范》GB 50017
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB 50018
《建筑照明设计标准》GB 50034
《人民防空地下室设计规范》GB 50038
《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045
《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046
《建筑物防雷设计规范》 GB50057
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068
《住宅设计规范》GB 50096
《住宅建筑模数协调标准》GB/T 50100-2001
《民用建筑隔声设计规范》GBJ 118
《民用建筑热工设计规程》GB 50176
《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB 50212
《建筑内部装修设计防火规范》GB 50222
《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325
《住宅装饰装修工程施工规范》GB 50327
《屋面工程技术规范》 GB 50345
《民用建筑设计通则》 GB 50352
《住宅性能评定技术标准》GB/T 50362
《住宅建筑规范》GB 50368-2005
《碳素结构钢》GB/T 700
《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231
《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB 1499
《低合金高强度结构钢》GB/T 1591
《连续热镀锌钢板及钢带》GB/T 2518
《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB 3632~3633
《厚度方向性能钢板》GB 5313
《冷弯型钢》 GB/T 6725
《结构用冷弯空心型钢尺寸、外型、重量及允许偏差》GB/T 6728
《结构用无缝钢管》 GB/T 8162
《电弧螺柱焊用圆柱头栓钉》GB 10433
《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB 13013
《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB 13014
《直缝电焊钢管》GB/T 13793
《钢结构防火涂料》GB 14907
《建筑结构用钢板》GB/T 19879
《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》CJJ 12
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3
《民用建筑电气设计规范》JGJ 16
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81
《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178
《住宅整体卫生浴间》JG/T 183
《住宅整体厨房》JG/T 184
《钢骨混凝土结构技术规程》YB 9082
《钢-混凝土组合楼盖设计与施工规程》 YB 9238
《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS 24
《斜屋顶下可居住空间技术规程》CECS 123
《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159
《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230
条文说明
中国工程建设协会标准
钢结构住宅设计规范
CECS261:2009
条文说明
1 总则
1 总则
1.0.1 近年来我国每年新建住宅建筑面积均超过10亿平方米,同时人们对居住建筑与居住环境的功能也有了更高的要求,设计理念也更人性化。而国家建设技术政策也在不断的调整与完善,在对节地、节能、节水、环保等方面要求更加严格的同时,也提出了加快住宅建筑产业化,提高住宅建设水平,实现住宅建设的可持续发展等导向性政策要求。也正是在此期间,我国建筑钢结构的应用有了很大的发展,钢产量连续9年居世界之首。在上述综合背景条件下,原建设部制定了开发、应用钢结构住宅建筑,推动住宅建设产业化的重点工作计划,并组织实施。先后于2000年组织了40余项钢结构住宅课题的主项研究,2001年编制并颁布了《钢结构住宅建筑产业化技术导则》,在全国范围内遵照执行。经过几年来研究课题的陆续完成与部分试点工程的建成,已在此领域内积累了一定的经验,并开始取得良好的效果。表明钢结构住宅建筑体系是能同时较好的适应上述功能要求、技术要求与政策要求的一种综合性能较优化的住宅建筑体系,它的开发与推广应用有着长远的重要意义。几年来,各地与各课题项目的工作与发展情况也不平衡,经验表明,钢结构住宅建筑是一项建筑构配件与建筑技术优化集成的综合技术,也是一项新的工作,许多材料、技术和体系配套等问题都有待在研发、应用中不断解决与完善,因而急需在总结现有经验的基础上编制专门的设计规范,对钢结构住宅的设计工作提供基本的指导,本规范即为此目的而编制的。
1.0.2~1.0.3 本规范对住宅层数的划分与定义系根据现行国家标准《住宅设计规范》GB 50096(2003年版)的划分方法分为低层、多层、中高层与高层四类,但同时考虑到《建筑抗震设计规范》GB 50011对12层(含12层)以下及12层以上的高层钢结构规定了不同的设防标准、设计参数与抗震构造要求,故对中高层住宅建筑调整规定为7至12层,以便于结构设计的协调。工程经验表明,超高层住宅建筑不仅造价、费用高,而且居住的舒适度、人与环境的亲和度均较差。结合我国国情,量大面广的宜居住宅仍是多层住宅与中高层住宅,考虑到上海等地区钢结构住宅试点工程已建成有18层、25层的实例,故本规范规定适用的高层住宅为13~30层。
本规范对中高层住宅的划分与现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016和《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045以9层与10层分界的划分略有不同,防火设计仍应符合各自相应防火设计规范的规定。
本规程不适用于由轻钢龙骨与定向刨花板(OSB板)组合而成的低层盒子式轻钢住宅建筑,该类钢结构住宅建筑的专用设计施工技术规程正由中国工程建设标准化协会组织编制之中。
3 建筑设计基本规定
3.1 一般规定
3 建筑设计基本规定
3.1 一般规定
3.1.2 钢结构住宅结构一般以钢框架为主,大部分墙体不承重,有利于套型改变,满足使用要求的变化。钢结构住宅的一些部件可以设计为装配式,必要时可以更换,如外墙板、装配式卫生间等。钢结构住宅可以回收利用的材料比重高,特别是钢铁材料可以再利用,减少建筑垃圾。
3.1.3 钢结构承重体系主要指:基础、钢框架及侧向支撑系统、楼板等,其中钢筋混凝土部分使用年限应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定确定;钢结构部分应根据使用环境确定防腐措施和维护年限。
钢构件的锈蚀速度与大气环境关系很大,一般用mm/年表示。据统计,铁在大气中的平均锈蚀速度:日本为0.16mm/年,英国为0.14mm/年,美国为1.22mm/年,在沙漠地区平均为0.002mm/年。日本将平均锈蚀减厚按公式A=d1·d2·d3·d4·A0计算,其中各项系数为:
d1——环境系数,分为空气清洁的寒冷地区、空气清洁的温暖地区、田园地区、一般城市、工业地区、近海地区、化学工业地区,从0.1到3.1不等;
d2——部位系数,室内为0.1~0.3,室外为1.0;
d3——为构件系数,分为柱中、斜杆、水平构件和柱脚,从0.4~1.2不等;
d4——为经防锈处理后锈蚀量减少的平均比率,因处理方法而不同;
A0——未经处理的钢材每标准年减少厚度0.1mm。
由上述计算结果选择防锈措施,调整基材厚度,评估耐久年限并决定维修方案。
《结构可靠度总则》IS0 2394:1998明确了设计使用年限是设计规定的一个时期,在这一规定时期内,只需进行经常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用,完成预定的功能。因此,应根据住宅钢结构所在区域的大气情况,按本规范15.1节的规定,确定钢构件的除锈和防腐做法,使之达到使用年限或维护年限。与住宅中的厨房、卫生间、洗衣房直接相关的钢构件,使用环境相对潮湿,宜在加强该部分防腐的同时隔绝水汽源并使构件周边可通风。
独立的非承重部件指的是预制外墙板、空调机支架、室外栏杆、雨棚和不参加抗侧力工作的钢阳台等,这些部件应设计为可维修、大修或可更换的,构件设计使用年限应定为25年。
一些国家对已经使用了50年以上的建筑钢结构进行了观察与测试,发现一般室内钢结构只要做了普通防腐处理,仍可正常使用。
3.1.4 建筑参数规格化即在模数协调的基础上把建筑部件的尺寸参数成套地统一起来,这样就可以大大减少建筑构配件的类型和规格,提高了通用性和互换性。另一方面,部件的组合满足按某种规则设计的建筑空间的要求,发展为多种套型的系列设计,达到多样化的目的。
以某种结构体系为核心的系列设计完成后,还要配上相应的生产工艺,把整个加工、物料集成和施工过程定型化,这就组成了“建筑体系”,标准化、通用化的部件可由企业组织规模化生产。
标准化工作是一个过程,开发钢结构住宅建筑体系可以由浅入深,由局部到整体逐步推进。
3.1.5 由于钢构件能够在工厂批量生产,这就使钢结构住宅体系比别的体系更容易满足住宅产业化的要求,进而如果外墙能够预制,楼板能够机械化施工,主体工程大部分作业就已经是工业化形态了,但这只是初级阶段,某种钢结构住宅体系达到产业化阶段的标志应当是:
1 建筑体系基本成熟,部件体系基本完善;
2 一个较稳定的市场和与之相匹配的生产能力已经形成。
3.1.6 通过推进住宅建筑体系,可以做到开发规模化、配套化;设计标准化、多样化;施工机械化、装配化;住宅部件通用化、系列化;住宅建设和管理专业化、规范化,从而推动住宅产业的现代化。
国外发展住宅建筑体系一般是专用体系和通用体系并存,专用体系可以由企业来开发、建造;通用体系则为企业参与、政府或行业协会协调,通用部品可在较大范围内使用。这两种体系在有些情况下界限不一定很清楚,可以根据其选用通用部件(部品)的程度来定义。根据国外的经验,通用建筑体系涉及的范围广、周期长、难度大,故建议开发钢结构住宅体系宜由合理化的单项工程着手,在设计中潜伏发展体系的意图,逐步转化为专用体系,条件成熟后开发通用体系。
钢结构住宅建筑体系的技术文件应包括:
1 产品说明,包含使用和维护;
2 产品选用图和选用说明;
3 各基本单元模块的施工图和材料表;
4 通用(专用)部件选用图(表);
5 工厂部件的生产线、工艺过程及技术标准;
6 现场部件的生产工艺过程、技术标准及装备;
7 采购部件清单,材料及建筑设备清单;
8 施工工艺标准及施工指南;
9 技术经济指标;
10 具体工程选用标准设计时应满足的技术条件。
另外,由于体系建筑是可以跨地区、跨国承建的,所以还应符合当地有关标准。
3.1.7 为了避免二次装修造成的破坏结构、破坏设备系统、浪费和扰民等现象,提高装修质量,控制室内污染,应积极推行一次装修到位。钢结构住宅固有结构精度高、承重墙少、设置吊顶(多数情况下)、需要隐蔽的结构部位多和作业项目混合性大等特点,更应实行一次装修到位,否则将存在大量的现场手工作业(约占现场全部作业用工的二分之一左右),达不到最大限度提高劳动生产率的目的。
钢结构住宅的梁、柱等构件需要通过装修设计,有技巧地将它们隐蔽,这只有通过一次装修到位才能实现。
3.1.9 除现行国家标准《住宅性能评定技术标准》GB/T 50362所提出的住宅基本评定标准外,为了能够反映住宅工程项目采用不同的建筑体系、不同的结构体系在节约社会资源和产业化水平方面的不同,可对钢结构住宅中性能评定指标进行补充,见表1。
表1钢结构住宅性能评定指标补充项目
3.2 模数协调
3.2 模数协调
3.2.1 不同的钢结构住宅建筑体系在通用程度、构件空间关系、施工方案、优先部品等方面特点不同,因此应区别对待,选用不同的模数协调方法,结构体系和外墙板等容易控制的部位可先期运用。
3.2.2 钢结构构件制作安装公差较小,与此相联系的部件公差的确定应考虑技术、经济可行性,过高会增加制作安装成本,过低则会降低配合的质量。
3.2.3 现行英制产品主要指人造板、铝塑板、英制公称直径的管材、部分进口型钢等。
3.2.5 为了保证工业化钢结构住宅部件以最少的种类,取得最广泛的互换性、最多的类型组合,只有通过模数设计网格法把结构网格、墙体网格、装修网格在设计中相叠加,并对网格中断区进行技术处理达到整体协调。
3.2.8 型钢截面尺寸可能是非模数的,通过对空间的技术处理可以使构件外包尺寸或中心距尺寸符合模数。
3.3 平面设计
3.3 平面设计
3.3.1 钢结构住宅结构体系可以是多选的,应根据建筑体系条件,通过交互式设计选择合理、适用的结构体系并优化。
3.3.2 当板式住宅选用钢框撑结构时,支撑框架在横向均匀布置比较容易,在纵向比较困难,在这种情况下可以合理地选用支撑形式(如偏心支撑)或选用其他类型抗侧力构件。
结构的钢框架部分设计为规则柱网有时难于满足套型设计的要求,此时也可在局部设置不规则柱网,使某些小开间、小进深的功能空间(如厨、卫、储藏、餐厅等)和竖向交通部分得到合理安排。
3.3.3 为了满足住宅某些功能空间的采光和通风要求,住宅平面设计中常采用凹进或凸出的处理方法,但过大时对结构和节能同时有不利影响,这就要求建筑设计在可能的条件下寻求更好的方案。另外,一般选取较大进深对结构合理性和有效控制体型系数是有利的。
3.3.4 钢结构住宅建筑体系常以模块来组合成单体住宅建筑,为了能提供可进行多样化组合的标准设计,应强调模块的结构和设备的相对独立性,结构设计在模块交界处应作出合理假定。
3.4 竖向设计
3.4 竖向设计
3.4.2 普通钢结构住宅各功能空间的净高应满足现行国家标准《住宅设计规范》GB 50096的要求,但钢结构住宅的几种常用楼板的技术层厚度比其他结构体系的楼板要厚一些,如压型钢板为模板的楼盖加吊顶可达到200mm~250mm,因此以净高为准,层高宜加大。
3.4.5 设有地下室的高层钢结构住宅,地下室部分采用钢骨混凝土结构,除了使结构合理外,对提高施工速度也有好处,因为该部分混凝土工程不作为上部钢结构安装的前工序。
4 室内环境设计
4.1 热工设计与建筑节能
4 室内环境设计
4.1 热工设计与建筑节能
4.1.1 目前已经发布的居住建筑节能设计标准包括:现行行业标准《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ 26、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134,均以节能50%为标准(北京地区已颁布节能65%),规定了设计计算项目及设计标准。近年来,随着我国经济的发展,出现了一些新的情况:如寒冷地区的许多城市夏季普遍使用空调;夏热冬冷地区冬季使用空调、电暖器采暖;卫生意识的提高使人们日益重视室内换气,热损失较大。对这些情况,我们需要进行更深入的设计研究,来满足节能的要求。
设计钢结构住宅,一般较多地采用新型轻质高效保温隔热材料及其复合做法,有条件从一开始就不受某些旧有的习惯做法的影响,把节能设计工作做得更好。
4.1.2 围护结构采用复合做法时热阻值可提高。重质材料置于内侧,较符合墙板结构需要;保温材料置于两层重质材料之间时,则内外侧需要可靠拉结。
铝箔的使用对于保温、隔热、隔汽都是有效的,可以部分地反射辐射热,经验表明,使用一层铝箔时,墙体(屋面)的传热系数(k)可降低30%左右,用于隔热时内表面温度可降低2℃左右,而且铝箔价格低,性价比高,故在西方发达国家的居住建筑中普遍使用。以保温为主时,铝箔宜置于保温层以内空气间层外侧,光面向内;以隔热为主时铝箔板宜置于隔热层以内空气间层内侧,光面向外,空气层的厚度取20mm~50mm为宜。保温隔热兼顾时可在空气间层两侧各铺一层铝箔,光面相对;利用铝箔隔汽时,铝箔应在保温层内侧,搭接面要很好的粘合,保持一定的气密性。
在欧美,推荐在复合墙中使用功能膜材料,如防水透气膜,其主要功能为:
1 将保温层中的水汽排出,保证材料热阻值,避免材料霉变,防止冷凝形成对结构产生的危害;
2 具有对外部的防水防风功能;
3 如需反射功能,该产品还有复铝膜品种。
4.2 采光、通风和照明设计
4.2 采光、通风和照明设计
4.2.1 住宅房间采光所需要的窗地比和建筑节能所限制的窗墙比应在套型设计过程中协调;目前有关标准中尚无对斜屋顶间的窗墙(顶)比例要求,实际上此部分热工环境较差,设计中可将斜屋顶间与露台结合起来,利用一部分竖墙采光通风。
4.3 声学设计
4.3 声学设计
4.3.2 楼板的自振频率虽不是声学指标,但低频结构的楼板会使撞击声压级较高,同时人行走时会有振颤感,故应在满足结构要求的同时,改善隔声。
影响楼板结构频率的因素主要为:
1 质量(质量越大频率越高);
2 构件截面(刚度越大频率越高);
3 支撑条件(支撑条件越强频率越高);
4 跨度(跨度越小频率越高);
5 垫层材料(垫层堆积的材料也一定程度上影响频率,密度大、厚度大、层间粘接力强等,均可提高频率)。
设计时应根据实际情况,适当选取工程做法,把频率控制在合理范围内。
降低楼板撞击声指数(dB)的主要措施为:
1 楼板应有一定质量;
2 置设吊顶,大约可降低10dB~15dB;
3 铺设垫层,不同的垫层做法大约可降低10dB~20dB;
4 选用弹性楼面材料。
采暖地区当选用地板辐射采暖时,垫层和隔热层对降低撞击声指数(dB)作用很大,一般均可达到标准。
4.3.3 钢构件的结构传声比其他构件要严重,任何直接或间接的敲击、撞击都可以导致声的远传,因此在可能发生撞击的部位应采取隔振措施。
4.4 通风和室内环境污染的控制
4.4 通风和室内环境污染的控制
4.4.1 钢结构住宅通风设计应考虑:
1 住宅的卧室、起居室宜有穿堂风或转角风,当受设计条件限制采用单朝向套型时,应采用户门上方通风(防盗)窗或可通风的户门,也可采取机械通风;
2 冬季使用采暖(或空调)设备时,通风换气量应兼顾卫生、建筑节能和防灾的要求,表2给出各房间适宜的换气量。
表2钢结构住宅的通风换气要求
注:本表同时参照了国家有关标准和日本标准。
说明如下:
1) 按照采暖地区建筑节能设计的要求,1~6层住宅建筑外窗的气密性应不低于3级;7~30层住宅应不低于4级,其空气渗透量分别为3级1.5m3/(m·h)、4级0.5m3/(m·h)相应的进气量远远达不到规定的换气量,同时由于存在进气阻力,厨房、卫生间的风扇效率会降低,达不到标定的换气量;在夏热地区关窗使用空调时也存在同样的问题。如果采用开窗换气则容易产生换气过量造成热损失,故表中建议使用窗用微量通风器(带过滤层)或微量通风窗框,有条件时也可以采用节能型的双向换气机;
2) 住宅厨房、浴室和卫生间采用排气扇时,启动后产生负压,其他厅、室至门窗处相对正压,可提供气源,故应保证气流的通道,可通过门百页、扫地缝等开口部进风。如设有窗用微量通风器装置,就可能达到一个比较理想的气量平衡;
3) 目前市场上提供的浴室、卫生间排气扇一般排气量较大,只要开启就会超过合理的换气次数,使用者感到不舒服。日本的一些住宅使用带有强弱档的风扇,平时弱档常开,需要时换强档加大换气量,同时也使套内存在 一个经常性的负压源,有利于整个套内的换气;
4) 按照现行行业标准《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》CJJ 12计算厨房换气量,需要按燃气理论烟气量和燃具热流量计算自然换气和机械换气,计算比较复杂,故也可参照日本标准取420m3/h,或取20~30次/h;
5) 家用换气风扇额定排气量一般在4m3/min~10m3/min,可根据需要选用。目前许多国产的换气风扇噪声较大,影响室内环境,因此开发低噪声、多档级的换气风扇,在设计中考虑换气风扇的综合调节作用,将有助于改善住宅的空气质量环境;
6) 钢结构住宅斜屋面顶棚内部的自然通风适用于夏热地区和温和地区,在寒冷地区或严寒地区会产生钢构件热桥问题;在寒冷地区的某些低纬度城市,如欲改善屋顶的夏季隔热,在顶棚内部可采用机械通风,出风口为自闭式百叶窗。
4.4.2 现行国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325规定了为达到室内环境污染物浓度限值而必须采取的设计措施和施工措施,但实际上一般住宅设计文件达不到对等的深度;施工中对种类繁多的材料及工程做法的监管也是非常繁杂的业务。如果是二次装修,则为若干分散的合同,难以事前控制,在这种情况下,钢结构住宅一次装修到位,进而发展为工厂化预制装配式装修和现场用料集中配送就会有极大的优势,表现在:
1) 工厂用料和现场用料可集中检验,便于质量控制;
2) 预制装修部件在工厂用机械化手段生产,会大大减少污染材料的用量和现场挥发性作业。
因此,工厂化预制装配式装修应能有效控制污染。
5 外墙设计
5.1 一般规定
5 外墙设计
5.1 一般规定
5.1.1 当钢结构住宅耐火等级为一、二级时,非承重外墙主体构件的燃烧性能应为非燃烧体,耐火极限1h。在实际工程中,由于节能的需要,采用了一些泡沫塑料材料,这时应注意:
1 泡沫材料的两侧应有不燃烧体的防火保护,并能达到1h的耐火极限;
2 泡沫材料应选用氧指数较高(大于或等于27)的自熄型材料。
安全防范方面目前缺乏标准,设计中应注意使首层外墙具备一定的抗破坏能力。
5.1.3 通过对国内外住宅填充外墙或幕墙的调查研究,发现有几种装配程度较高的外墙,除自身能够满足基本功能外,与钢框架的构造关系也比较合理,举例如下:
1 蒸压轻质加气混凝土板外墙
近年来,国内新引进生产的蒸压轻质加气混凝土板在材料性能、钢筋防腐、表面处理连接技术和施工方法等方面已有很大进展,可以作为住宅外墙使用,有许多成功的工程实例。该种墙板使用专门的连接件,在日本应用较多(图1)。
2 薄板钢骨-砌筑复合墙
这种外墙在北美是常用外墙之一,具有较好的热工性能,协调变位能力和外观效果,目前用于外侧的非黏土装饰型多孔清水砖在国内已有生产供应(图2)。
3 薄板钢骨现场复合轻质外墙
是一种干法装配式外墙,通过复合层次的不同组合,可适用于各个热工分区,正确地设计该种墙可以取得较低的传热系数。用于风荷载较大地区或高层住宅建筑时应验算抗风并加强部件连接。若将龙骨和梁柱做等厚设计可避免外墙处柱、梁的外露(图3)。
图1 蒸压轻质加气混凝土ALC板外墙
1-楼板;2-ALC板; 3-Φ10钩头螺栓;4-钢制连接件;5-聚乙烯泡沫棒,密封膏;6-接缝钢筋
图2 薄板钢骨——砌筑复合墙
1-楼板;2-通长角钢;3-薄板钢骨中填玻璃棉;4-砌体;5-单向限位连接件;6-挤塑聚苯泡沫;7-防水透气膜;8-石膏扳
图3 薄板钢骨现场复合轻质外墙
1-楼板;2-薄板钢骨中填玻璃棉;3-水泥纤维板;4-挤塑聚苯板5-防水透气膜;6-干挂板或挂金属网抹灰;7-石膏板
4 钢筋混凝土幕墙板现场复合外保温外墙
在国内外建筑工业化历史上,发展钢筋混凝土预制外墙板是重体系建筑外墙标准化的主要手段,成功与失败的例子都很多,其中接缝处理、表面装饰、连接方法和运输安装手段是主要难点。目前推广外保温技术,可与预制板结合,由于有外保温层,基板不必考虑复合、接缝防水和表面装饰,即可做得较薄、较轻、较自由的排布;小型和薄型化使得基板也可以在现场采用台座法生产,避免了整板运输。在连接设计方面应满足:(1)考虑结构变位和温度变形的协调;(2)安装时的可调节性。
图4介绍一种在国外设计实例基础上增设外保温的设计。
图4 装配整体式外墙板现场复合外保温
1-钢骨; 2-钢筋混凝土板;3-预埋件;4-三维可调的连接件;5-外保温做法;6-连接用分布短筋; 7-聚乙烯棒,密封膏;8-8字形橡胶密封条
5 钢丝网混凝土预制保温夹芯板外墙
将外墙做成整开间的复合板是最高程度的预制装配化,同时难度也最大,开发此种大板应有一揽子计划,即体系设计——生产——运输——安装。图5是一种国内设计和使用的钢丝网架聚苯泡沫夹芯外墙大板。
图5 钢丝网架聚苯泡沫夹芯外墙大板
1-楼板;2-外墙板(泡沫夹心);3-预埋件;4-连接件;5-细石混凝土后浇带;6-聚乙烯棒,密封膏
6 预制混凝土网架夹芯幕墙板
将夹芯保温层两侧的钢筋混凝土板构造上分离,有利于消除热桥和温度应力,此时应通过钢丝网架或其他连系构造将内外板连接起来,且这种连接应满足运输、吊装和使用各阶段对强度、刚度和变形协调的要求,图6为-预制幕墙板。
7 双层板外墙
利用双层板做外墙时,内侧板的主要功能为抗风和防火,外侧板的主要功能为保温、装饰、防水和抗负风压,两者之间可通过金属龙骨相联系,内外层板应各自满足有关技术要求,见图7。
图6 预制混凝土网架夹芯幕墙板
1-楼板;2-预埋件;3-钢丝网架,混凝土泡沫夹心板(内外层分离);4-连接件;5-预埋件;6-聚乙烯棒;7-聚乙烯棒,密封膏
图7 双层板外墙
1-楼板;2-轻骨料钢筋混凝土板;3-压花金属面复合板;4-镀锌连接件;5-防水透气膜
5.3 热工设计
5.3 热工设计
5.3.4 预制外墙板以夹芯方式复合时,内外层板的连接一般有以下几种方式:
柔性连接方案一:内外层均为刚性板,夹芯材料为具有强度和粘结力的弹性保温填充物,内外温差引起的变形差在保温填充处平衡,基本不产生温度应力。
柔性连接方案二:内外层刚性板由镀锌钢丝平面桁架或空间桁架所联系,内外温差引起的变形差由钢丝网桁架的弹性变形平衡,钢丝网的构造和布置应满足这一要求。
柔性连接一般不发生热桥,保温隔热效果较好,但侧板外边缘和洞口边缘需要特别的设计。
刚性连接方案:复合板内外侧通过板肋或型钢框连接,中间的区格间填充保温材料,内外温差使墙板产生内应力,热桥也比较明显,在采暖区选用刚性连接方案时应验算露点并采取措施。
采用现场复合外保温时,宜设置机械连接保证必要的承载力。
在严寒和寒冷地区,要进一步提高保温隔热性能,可在外墙板内侧另设铝箔空气夹层,如采用轻钢龙骨石膏板衬墙,其中轻钢龙骨可以借助外墙板固定,不必单独承重。
5.4 防水抗渗设计
5.4 防水抗渗设计
5.4.2 外墙板接缝设计
1 接缝活动量
接缝活动量由以下几项构成:温度变形活动量、湿度变形活动量、风力作用变形活动量和地震作用变形活动量。
温度活动量可按下式中求得:
△L=α×△T×L
式中:△L——温度活动量(mm);
α——材料的热膨胀系数(×10-6/℃);
△T——环境温度差(℃)。
常用α值:铝23,钢12,玻璃9.9,混凝土6.8~12.7,加气混凝土板6.7~8.0,水泥压力板6~12,玻璃钢20~34,木材平行于纤维3~5,木材垂直于纤维35~60。
湿度活动量主要指水泥制品随时间的年收缩量,一般可以忽略。
风和地震作用变形活动量可以按照容许层间位移连续计算,以层高3m的钢框架结构为例,弹性阶段层间变位为10mm。
例如:接缝总活动量假定为10mm,缝宽20mm,则应使用容许伸缩率为37.5%以上的密封材料。
2 腔形设计
水平接缝宜设计为减压腔,竖向接缝可以平接,见图8、图9。
1-外墙板;2-聚乙烯棒;3-密封膏
3 接缝密封形状
为了使密封材料避免受挤压和充分使用密封材料的伸长率,希望密封形状系d/ω在当地平均温度条件下小于1,0.5左右最好(d为缝深,ω为缝宽),同时考虑施工时温度予以修正,见图10。
4 密封材料和底涂的选择
密封材料的选择主要考虑拉伸强度、延伸性、延伸恢复性、使用温度范围、对基层底涂的匹配、寿命和价格,有些情况下还要考虑可供产品的颜色;底涂的选择主要考虑与基层和与密封材料的亲和性。
图10 墙板接缝缝形状
1-外墙板;2-聚乙烯棒;3-密封膏
6 内墙设计、吊顶设计
6.1 内墙设计
6 内墙设计、吊顶设计
6.1 内墙设计
6.1.1 钢结构住宅内墙设计应符合下列功能要求:
1 分户墙应满足防火、防护和隔声要求;采暖地区,无采暖设施的楼梯间其分户墙还应满足保温要求;
2 内隔墙应满足分隔户内空间的要求;
3 厨房、卫生间的分隔墙应满足防水和吊挂的要求;
4 各部位内墙的燃烧性能和耐火极限应符合《住宅建筑规范》GB 50368-2005表9.2.1的要求;
5 7度以上抗震设防地区,镶嵌在框架平面内的内墙与钢梁、钢柱间应设置变形空间,分户墙处该空间应用轻质防火材料填充;
6 预制装配式分户墙板、内隔墙板应满足制作、运输、垛堆、吊装连接、电气管线设置、缝隙处理等工艺要求。
6.1.2 工业化钢结构住宅建筑体系通用和专用部件的分户墙板、内隔墙板应满足互换性要求。
6.2 砌筑分户墙、内隔墙
6.2 砌筑分户墙、内隔墙
6.2.1 现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003-2001为钢框架砌体填充墙所提供的设计依据主要有:
1 填充墙的高厚比,按该规范表6.1.1。
2 一般构造要求,按该规范第6.2节。
3 过梁,按该规范第7.2节。
6.2.2 现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001为钢框架砌体填充墙所提供的设计依据主要有:
1 满足适应结构位移的要求,按该规范第13.2.1,13.2.4,13.3.2条。
2 墙体配筋及拉结要求,按该规范第13.3.3条。
3 构造柱、圈梁的设置要求,按该规范第13.3.2条。
6.2.9 工业化钢结构住宅体系使用砌体墙时,应把其作为子体系开发,完善它的配套,满足各种要求。
6.3 现场装配式内隔墙
6.3 现场装配式内隔墙
6.3.1 以轻钢龙骨、石膏龙骨等为支撑骨架,钉(或粘结)纸面石膏板、水泥纤维压力板、薄型ALC板或其他装饰面板的内隔墙为装配式内隔墙;以轻钢龙骨为支撑骨架,双面(或单面)钉镀锌钢模网后抹灰(或喷浆)的内隔墙为装配式抹灰内隔墙。装配式内隔墙由骨架+面层构成,骨架开孔可以横穿管线;为增强隔声也可以在中空部分填充岩棉或矿棉。装配式隔墙的强度、刚度和隔声指标应以复合后的墙体经试验确定。
6.3.3 装配式内隔墙的承载力和允许水平变形尚无标准,参照德国工业标准DIN 4103的规定,可用在0.3kN/m2的均布荷载下不破坏且水平变形不大于H0/240,同时检验承载力和刚度。
6.3.4 装配式内隔墙面板持钉力较弱,内部龙骨又为定距,因此固定物件的紧固件很难定位,所以应预先确定固定点的位置、形式和荷载,以便通过调整龙骨间距,增设龙骨横撑、预埋木方等方法为外挂安装提供条件。国外的一些厂家为装配式内墙系统开发出许多专用五金件和紧固件,使用起来非常方便。较重的物件如电热水器,墙体本身不能承受,需要利用中空部分设置钢支撑并与钢梁或楼板有可靠连接。
6.4 预制装配式轻质内隔墙
6.4 预制装配式轻质内隔墙
6.4.1 预制装配式轻质内隔墙墙板一般以无机材料为原料制作,常见有水泥珍珠岩成型板、水泥加工业废料成型板、石膏纤维空心板、植物纤维+矿物材料成型板、ALC板等,也有以龙骨+面板合成的预制板。这些预制装配式轻质内隔墙板重量轻,湿作业少,施工便利,但也存在一些问题,使用中常遇到的问题包括:
1 收缩率高,接缝处理有一定难度;
2 设置电气管线困难;
3 洞口边板较弱;
4 易产生整体变形;
5 配套较差,现场锯切量及损耗大。
一般解决办法包括:
1 选用稳定性较好的材料,采用合理的制作工艺,采取有效的接缝补强措施,为较长的墙设计伸缩缝;
2 采用双向空心形式,便于敷设电气管线或在沿底(沿顶)留置横向管线空间;
3 借用门框承载力,做组合设计或设计特殊的洞口边板;
4 板间采用承插口连接;
5 按功能或按使用部位完成隔墙板系列设计;
6 合理采用或开发专用五金件。
6.4.2 为满足采用标准化的系列内隔墙板组成多样化户型的要求,工业化钢结构住宅建筑体系应采用模数设计网格法,以适应设计为不同户型的需要。一般按需求会发生基本板、洞口板、洞口上方板、阴角板、阳角板、终端板和调整板等;按板与梁柱关系会发生梁下(柱中)板、偏梁(偏柱)板;按电气需要会发生过线板和接线板;按不同表面装修要求会发生表面对称板和表面非对称板等。需要合理选择、逐一设计、系统协调。
6.5 吊顶设计.html
6.5 吊顶设计
6.5.1 除了楼盖板底为钢筋混凝土平整面以外的所有情况均应设置吊顶,当楼盖为压型钢板现浇钢筋混凝土板时,可在现浇混凝土之前在压型钢板上钻孔并设置吊件,龙骨可采用层次较少的龙骨系统如直卡式龙骨,这样在70mm~80mm的技术空间内就可以容纳吊顶板、龙骨、照明电气管线、灯具接口和水暖管线。
7 屋顶设计
7.1 一般规定
7 屋顶设计
7.1 一般规定
7.1.2 当平屋盖结构板为钢筋混凝土板时,屋顶做法与其他结构类型住宅没有什么不同,一些新的技术如倒置式屋面技术等也应积极采用;在许多情况下,钢结构以斜置钢梁实现结构找坡比较容易,荷载可以减少,吊顶找平也不困难。
7.2 轻型(坡)屋顶
7.2 轻型(坡)屋顶
7.2.2 轻型屋顶指以钢梁、钢次梁或钢檩条为承重结构,轻质材料构造组合为围护结构的屋顶。其形式可分为斜屋顶、设有可居住空间的斜屋顶、弧形顶以及这些屋顶形式与平屋顶的组合。防水透气膜也可使用在层间,其功能见本规范条文说明第4.1.2条。
7.2.3 严寒地区和寒冷地区的轻型屋顶应解决保温和防结露,除了保温材料应按节能标准计算厚度外,应注意在钢檩条(或钢架)的上翼缘设置带状绝热(抗压)材料,如橡胶、某些塑料板、经过防腐处理的木条板等,使保温是连续的。在寒冷地区的部分城市如北京、西安、郑州、徐州等城市采用轻型保温屋顶时隔热尚嫌不足,应采取一定的措施。
7.2.4 夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的轻型屋顶重点应解决隔热。轻型屋顶热惰性(D值)一般都不高,宜采用设置铝箔空气层、复铝的防水透气膜(Tyvek)或采用通风屋顶的办法,这些措施均可使屋面内表面温度波的最高值后延。
铝箔厚度应不少于10μm,选用加筋铝箔有较强的抗拉力,也便于施工。
7.2.6 金属压型板屋面
1 为了提高屋面板的耐候性,延长设计使用年限,宜根据使用地区的大气环境选择金属板及表面防腐,一般沿海或有工业酸雨的地区宜选用镀铝锌板或铝板,其他地区可选用镀锌彩色涂层钢板;
2 以金属屋面作为防雷接闪器时,现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94要求金属板厚度不应小于0.6mm;当采用复合板时,固定复合板的紧固件(如自攻钉、连接件)应能与钢檩条(钢梁)形成电气通路;
3 穿出金属屋面的烟道、风道口如采用通用做法时,砌体结构与金属屋面的接缝防水比较复杂,应开发新型的用金属板制作的烟道、风道口,大量使用时可以成为通用部件;
6 单层金属压型板作为屋面面层时,下雨产生的噪声比较大,故应在下方设吸声材料,同时檩条间距也不宜太大。
7.2.7 其他形式的瓦屋面包括:平瓦,波形的水泥纤维瓦、玻璃钢瓦、彩色油毡瓦等,均可按照现行国家标准《屋面工程技术规范》GB 50345设计,平瓦、彩色油毡瓦所需要的望板一般应固定在钢檩条上,其抗折强度应满足使用、施工和检修的需要。
7.2.8 斜屋顶下设计可居住空间,常发生在住宅顶层的复式利用情况下,为解决采光和通风,已有一些厂家生产了斜屋顶专用窗,应根据轻型斜屋顶的具体情况与生产单位协调确定连接处细部构造。
从实用性考虑,最好局部设置露台,这样对消防和检修有好处,也可放置空调室外机;斜屋顶所包围的居住空间,外围护面积大,受辐射面积也大,热工设计应当考虑这些情况,采取必要的措施。
7.2.9 当作一体化设计时,太阳能集热平板宜兼有屋面板功能,屋面其他部分与集热平板连接处应设泛水。
8 结构设计基本规定
8.1 一般规定
8 结构设计基本规定
8.1 一般规定
8.1.3 国内外震害实例表明,地震中建筑物倒塌的次生灾害是造成人民生命财产重大损失的主要原因。而学校、住宅与医院等人群集中的建筑倒塌事故所造成的后果尤为严重。因而在较高烈度地震区采用钢结构住宅,对提高建筑物的抗震安全度,减少重大次生灾害,都是更为合理的。2008年汶川大震后当地主管部门已作出规定,在灾后重建中对部分地区新建的学校、住宅与医院,应提高其设防烈度。本条针对住宅建筑的重要性,特别强调了应严格按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011等国家强制性标准精心设计,确保安全的要求。同时,各地区的设防烈度应按相关部门的最新规定执行。
8.1.4 根据近年来钢结构住宅研究课题成果和试点工程的经验,经过分析比较与归纳,本条中提出了钢结构住宅适用的各类结构体系。除在多、中高、高层钢结构中应用比较成熟的钢框架、钢框架-支撑、钢框架-剪力墙(核心筒)等结构体系外,还提出并定义了轻型截面钢框架、钢-混凝土混合框架、悬挂楼盖框架等较新的几种结构体系。
1 轻型截面钢框架(支撑)结构体系——其框架梁、柱为采用高频焊薄壁H型钢(现规格最大截面高度500mm、腹板厚度3.2mm~6mm,翼缘厚度4.5mm~10mm)或热轧薄壁H型钢(现规格最大截面高度400mm、腹板厚度3.2mm~6mm,翼缘厚度4.5mm~8mm)的薄壁截面(截面板件宽厚比较大)构件。此类构件可以通过较少的钢材实现较大的整体刚度和整体稳定性,但其截面板件的局部稳定(宽厚比)有时不能满足设计规范要求(特别是抗震设防时),故应用时需注意其合理的适用范围。由同济大学等单位完成的国家科技部“十五”攻关项目“轻型钢框架体系低多层住宅建筑关键技术研究与应用”对薄壁截面钢框架住宅体系的建筑结构性能进行了较深入的研究,并建成了试点工程。该研究成果已于2006年3月通过了原建设部组织的专家鉴定,其内容包括薄壁H型钢压弯构件滞回性能,轻型低、多层框架滞回性能、ALC墙板抗剪及协同工作、压型钢板组合板性能、H型钢构件端板连接性能、多层轻钢住宅薄壁H型钢抗火分析、多层住宅试点工程声学测试与夏季隔热性能测试以及经济性分析等子课题。根据该项研究成果及应用建议,本条规定了本结构体系组成的定义与适用高度及抗震设防烈度的限值要求。
2 钢-混凝土混合框架(简称组合框架)——近年来在钢结构住宅建筑的开发应用中,钢-混凝土混合结构体系与钢-混组合结构构件都有较多的应用。前者简称混合结构,一般指钢与混凝土在结构体系上的混合应用(如钢框架与混凝土剪力墙或核心筒混合结构体系);而后者简称组合结构,一般指钢与混凝土组合成整体工作的结构构件,如钢-混凝土组合梁、钢管(骨)混凝土柱等。在北京、天津、山东、上海等地的钢结构住宅试点工程中,几乎全部采用了混合结构体系与组合结构构件(主要为矩形钢管混凝土柱与组合梁)。经验表明这类结构体系与组合构件兼有钢与混凝土二者的优势与特点,承载性能好、造价经济,适合我国国情,且应用经验已较成熟,也完全适用于钢结构住宅建筑。由同济大学等单位完成的“钢结构(钢混结构)高层住宅的成套技术研究”课题已于2006年3月通过了部级鉴定。其主要子课题对钢结构高层住宅建筑模数化、体系化、结构体系与结构性能(抗震性能与计算方法、合理的计算模型、层间位移合理限值及地震反应特性等)、配套墙体及其受力性能、带墙板柱抗火性能等进行了较系统深入的研究,并选择了18层与31层两项高层钢-混结构的住宅作为试点工程。同时,在多年研究与实践的基础上,由中国工程建设标准化协会组织编制了《矩形管钢管混凝土结构技术规程》CECS 159已于2004年7月发布实施,另一相关技术规程《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230已于2008年11月发布实施。根据上述标准与课题成果,本条提出了混合框架作为多、中高、高层钢结构住宅的适用结构体系的有关条文。同时应用经验还表明,虽然在高层结构中钢骨混凝土结构也有所应用,但其施工较复杂、湿作业多、支模量大而施工成本高、周期长,特别是钢骨混凝土梁这一缺点更为显著,据此本规范将混合框架定义为由钢管(骨)混凝土柱与钢梁组成的框架。
3 悬挂钢-混组合楼盖框架结构体系——此结构体系由上海市建科院等单位创意提出,并作为原建设部科研攻关项目“悬挂式钢混住宅结构体系的研究”课题,进行了较深入系统的研究,包括结构体系抗震性能试验研究、结构体系的计算分析研究、HL水泥钢丝网轻质墙板试验研究、多层跃层住宅悬挂式钢混结构试点工程设计、建造与施工工艺、技术经济分析等。课题成果于2004年通过了原建设部组织的专家鉴定,并给予较高评价。该结构体系采用在框架内隔层悬挂钢——混组合楼盖的方案,特别适用于大开间与跃层式住宅,并可减轻自重,简化基础设计施工,有较好的推广应用价值。该课题试点工程为6层复式住宅,采用钢筋混凝土异型柱框架,二、四、六层组合楼盖悬挂于其上层框架梁上,形成了一、三、五层完全大开间的跃层式住宅。由于悬挂楼盖钢梁与混凝土柱为铰接连接,每隔层的框架梁柱为刚接,使整体框架的侧向刚度有所减弱,4层框架的模型低周反复荷载试验亦证明了这一点。考虑到悬挂楼盖这一结构原理可以和各类框架体系相结合应用,而每层悬挂楼盖梁与柱刚接成为框架梁更可减少柱的计算长度,增加框架的侧向刚度,为此上海建科院又分别试算了按8度设防的10层悬挂楼盖钢管混凝土柱框架-剪力墙结构,并与10层悬挂楼盖短肢剪力墙框架结构进行了比较,表明是合理可行的。基于上述成果与工作,本规范提出了悬挂楼盖框架结构体系应用于住宅建筑的有关条文。并推荐采用悬挂楼盖-混合框架结构或悬挂楼盖-钢框架结构体系。该体系中悬挂钢梁应作为框架梁与柱刚接连接,其适用范围与混合框架或钢框架结构体系相同。
除上述几种结构体系外,其他各类框支结构、框架-剪力墙(筒)结构的适用高度仍参照现行有关现行技术标准的相应规定提出。应注意表中给出的适用高度限值仍是一个适当考虑技术经济合理性的适用范围建议值,并非技术上一个最优的界定限值。特别是对高层住宅所用结构体系的90m适用值是按本规范适用范围提出的,并非该体系适用的最大高度限值。
8.1.7 现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001规定了双重抗侧力结构体系的框架部分应按分担25%总剪力或框架部分地震剪力1.8倍二者的较小者单独验算钢框架。实际设计中,特别在钢-混凝土混合结构体系中,按此分担率计算时会明显增加钢框架的用钢量。且25%或1.8倍的定值迄今未见有充分的论证与依据。最近颁布的协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230:2008按设防烈度与结构体系的不同,分别规定了双重与非双重结构体系不同的框架层剪力分担率β,从概念与实用上都更为合理。但因国标《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001尚未作相应修改,故本条仍按国标规定表述。同时也提出了有依据时亦可按《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230采用相应的分担率β。其β值分别为18%(8、9度时)、15%(7度时)及10%(非双重抗侧力体系并7度及以下)。目前国标《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001正在修订中,对此条内容也将作相应修改。
8.1.10 本条明确了高层建筑混合结构体系中的钢筋(骨)混凝土构件应按现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230确定其抗震等级;关于高层钢结构体系的抗震等级在正修订的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99中也将作出相应的规定。
8.1.13 本条根据工程应用经验提出了各类构件合理选材选型的建议。热轧或焊接H型钢承载性能良好,价格适中,加工方便,是适用于框架梁柱的基本型材。当为高层住宅时,因承载性能需要,其框架柱可选用冷成型的直缝焊接方(矩)钢管柱(目前最大方管规格500mm×22mm),或壁厚更厚的由4块钢板组焊的箱形截面。在混合框架中,钢骨混凝土梁因施工支模量大、周期长等原因,现已较少应用,故推荐采用方(矩)钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁的混合框架。钢结构住宅的楼盖板按使用功能与经济性的要求,宜选用现浇或带现浇层的钢-混组合楼盖,但其楼盖板宜首先选用现浇板(在钢梁上挂模浇制)或叠合板。压型钢板组合楼板因造价高,板跨大时尚需加临时支撑,且刚度、隔声等性能也稍差,故宜在有技术经济依据时采用。
关于新型的抗侧力构件,如无粘结支撑、钢板剪力墙等近年来在国内工程中已有应用,目前正修订的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98也将列入这方面的内容。此类构件符合消能制震的概念,用于抗震设防的高层钢结构中有较好的效果,宜在有条件时采用。
外墙构件既是承重构件,更是重要的建筑围护结构。住宅建筑对外墙有着多方面较严格的功能要求,如节能、环保、隔声、防水、保温等,而作为结构构件又要满足承载、刚度、适应地震时变形、施工工厂化与装配化等要求。近几年来钢结构住宅配套构配件中,研发技术难度最大的也就是轻质外墙板。但不论怎样,预制轻质墙板应是首选方案,这已是一致的共识。目前钢结构住宅试点与推广工程中,已研发应用的有NALC墙板(加气混凝土墙板,已有国家标准图可应用)、轻质芯材混凝土大板(天津工程)、钢丝网水泥夹心板(山东工程)、钢丝网水泥多孔墙板(上海工程)与CCA纤维水泥板(武汉工程)等。虽然应用种类较多,但普遍存在功能上有缺陷或造价偏高等不足而有待完善。从技术成熟、性能保证与造价经济方面综合考虑,对多层住宅仍推荐了轻质砌块的方案。住宅工程中墙体材料的选用应以建筑设计为主导,结构设计配合做好承载力验算、连接构造等工作。
8.1.14 由于住宅建筑的重要性,及使用后较难维修的特点,其钢构件应采取更为严格、长效的防护措施。在除锈涂装方面,除均应采取喷射除锈方法外,尚应注意要求所用钢材的原始表面质量等级、选用匹配的长效油漆涂料与涂层道数、厚度等。
8.1.15 钢构件的防火应严格按防火设计规范与建筑设计的要求进行防火构造的比选,防护涂层厚度的计算等。由中国工程建设标准化协会(CECS)组织,同济大学与消防研究单位等编制的《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200已于2006年批准发布。该规范是根据现行国家标准《建筑防火设计规范》,并针对钢结构防火特点补充、深化的技术标准,更适宜作为钢结构住宅中钢与钢管混凝土构件(不包括钢骨混凝土构件)防火、抗火设计、构造及质量控制、验收的依据。对高层钢结构住宅,当有必要进行某单项工程个例防火安全性评估与抗火设计时,亦可按该规范进行设计,近年来国内已有此类性能化防火设计的工程先例。同时新国标《建筑钢结构防火技术规范》也正在编制中,它的颁布实施将为钢结构防火设计提供更充分的依据。
8.1.16 钢结构住宅建筑更能符合产业化与持续发展的政策要求。根据这一原则,本条提出了结构设计优化与通用化、施工工厂化、装配化等要求,在钢结构住宅设计与施工中应切实贯彻这一要求。
8.2 荷载和作用
8.2 荷载和作用
8.2.1、8.2.2 针对住宅建筑的应用特点,本条补充或着重提示了应考虑的基本荷载,其中宜特别注意二次装修荷载与屋顶附加荷载的考虑与取值,并应在结构设计文件中连同内隔墙允许悬挂荷载的条件等予以说明,作为为该住宅用户编制“使用说明书”的依据。关于墙体围护结构的阵风系数与体型系数是根据荷载规范组对编制标准图中一些问题的答复意见等资料而提出的。
关于地震作用的增大系数是按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011与现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99等的有关规定整理汇总而提出的,以便设计人员有整体的概念并便于应用。
8.3 结构计算
8.3 结构计算
8.3.5 本条中各类结构的阻尼比是根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011与现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230提出的。
8.3.8 侧移限值是多(高)层结构设计中的重要指标,但现行各相关设计规范中的限值规定不甚统一,本条限值是综合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99以及新颁布的现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230等相关规定而提出的。
8.3.10 对高层住宅钢结构或钢-混凝土混合结构在风荷载作用下,顶点最大加速度aw限值是参照新颁布的协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230提出的。此外,为了防止楼板在使用荷载下因刚度较小发生振颤而引起人的不舒适感,国内外部分相关技术规程也对此提出了一些限值规定,如现行行业标准《钢-混凝土组合楼盖技术规程》YB 9238-92,规定了压型钢板组合楼板的自振频率应不小于15Hz(后现行行业标准《高层民用建筑钢结构设计与施工规程》JGJ 99引入了这一规定)。加拿大国家建筑法规中建议轻型的住宅楼、学校、会堂、健身房等建筑中楼盖的自振频率应大于5Hz,欧洲也有技术文件建议钢框架楼板自振频率不小于9Hz。实际工程经验表明,现常用的压型钢板组合楼板刚度很难满足自振频率大于15Hz的要求,故多年来这一规定也未被严格遵照执行。2002年哈尔滨工业大学王勃等人发表了《大跨度预应力混凝土空心板的振颤及防范》一文,提出了预应力空心板楼盖跨度较大时基频可能小于5Hz,建议以增加整浇层方法(同样跨度、构造板可提高到8Hz~9Hz)予以防范。2005年,中冶建筑研究总院有限公司何文汇等人对压型钢板组合楼板自振特性的计算方法与合理限值进行了研究分析,并进行了工程实例测试与计算比较,认为要求组合楼板自振频率不小于15Hz过于严格,难以合理指导工程设计,一般当不小于8Hz~9Hz时,已与人的活动频率(集中在1Hz~3Hz范围内)相差甚远,不致引起共振响应,可以满足舒适度要求。本条限值即综合上述资料与研究成果提出的。
9 结构材料
9.1 钢材
9 结构材料
9.1 钢材
9.1.1 本条对合理选用钢材牌号与质量等级作出了规定。高强度钢虽强度高但延性与局部稳定性都有所下降,而抗震设防的高层钢结构钢材还要求更高的延性,即延伸率与屈强比等性能指标数,故结构用钢不宜选用过高的强度。按本规程规定的住宅适用条件,Q235与Q345牌号钢一般可满足要求。Q235A级与B级钢包括脱氧不充分的沸腾钢与脱氧充分的镇静钢,前者偏析大,质量较差,且已很少生产,价格也不低,故不宜再选用。Q235A级钢因合格含碳量不作交货保证条件,使焊接性能得不到保证,故不宜用于焊接承重钢结构。
现行国家标准《建筑结构用钢板》GB/T 19879是一种供建筑钢结构专用的高性能钢板,其屈强比、屈服强度、碳当量等均可作为保证的交货条件,且因厚度效应小而设计强度高,故适用于对钢板综合性能要求较高(如抗震设防烈度较高)的高层住宅结构中。
9.1.2 本条对结构用钢的基本性能提出了要求。其中抗震设防的中高层与高层住宅用钢附加性能要求是根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001的规定提出的,但作了局部合理的调整,如屈强比限值由0.8改为0.85(现行国家标准《建筑结构用钢板》GB/T 19879已作此规定)。当对较厚板材要求附加厚度方向(Z向)抗撕裂性能时,材料的价格可增加20%以上,故设计选材应慎重提出此项要求。厚板构件加工、焊接经验表明,过大的Z向拉应力主要是组焊时焊接接头约束度过大而产生的,使用阶段的拉应力只占很次要成分。故首要的是采用合理的焊接接头构造与焊接工艺。设计时应注意仅对确有大约束应力部位的钢材材选用Z向钢。
9.1.3 根据较新的材料产品标准与其特性以及工程应用的经验,本条对各类型材品种、规格的合理选用提出了指导性建议。新修订的国家标准《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T 11263补充了薄壁截面系列(HT)。其腹板厚度为3.2mm~6mm,翼缘厚度4.5mm~8mm,已与高频焊薄壁H型钢截面基本相同,故宜优先选用于低、多层住宅钢结构框架结构,选用时应注意其截面板件的局部稳定的限制条件。近年来天津、石家庄等地中、高层钢结构住宅所用方矩管柱截面不大于500mm,壁厚不大于16mm,均采用了四块板组焊的箱形截面,不仅加工费用高,而且因壁厚较薄,引起专用箱形柱加工生产线组焊的构件板件局部变形而不易控制其平整度。随着国内大规格的方(矩)钢管产品开发及新行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178-2005的颁布,现可生产的方管最大截面尺寸为500mm×22mm,很适合用于多层、中高层钢结构住宅的框架柱。此外,目前工程设计选材时,较少考虑材料供应与施工管理方便的要求,实际上这对工程质量和进度都是不可忽视的影响因素。根据工程经验,本条对此提出了相应的要求。关于圆钢管,因无缝钢管的造价高、规格少,且壁厚公差大,而现国内直缝焊管质量均有保证,且规格多、公差小、价格合理,故宜优先选用直缝焊管。
9.2 连接材料
9.2 连接材料
9.2.2 现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017对高强度螺栓承压型连接应用的条文作了修改。如摩擦面可只作除锈处理、最大承载力可不受1.3倍摩擦型连接承载力限制等,使其应用更为合理。本条文也据此提出了相应的应用建议。
9.3 混凝土与钢筋
9.3 混凝土与钢筋
9.3.2 混凝土材料的配合比及施工工艺是保证钢管混凝土构件质量的重要环节。本条参照现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010与福建省地方标准《钢管混凝土结构技术规程》DBJ 13-51-2003与工程经验提出了相应的技术要求。
10 钢框架、钢框架-支撑结构体系设计
10.1 一般规定
10 钢框架、钢框架-支撑结构体系设计
10.1 一般规定
10.1.2 本条规定了钢框架及钢框架-支撑结构体系的类别、组成以及布置的基本要求,并给出了几类组成的典型示意图。纯框架结构构造单一,应用方便,但用钢量偏大;铰接框架-支撑结构构造简单,侧向刚度较大,在适用范围内宜优先选用,但由于住宅建筑的功能要求,应用时要注意支撑布置与建筑设计的协调;刚接框架-支撑结构(支撑框架)虽设计、构造与施工较复杂,但可提供更大的侧向刚度。此外,热轧H型钢与焊接H型钢均可提供轻型薄壁截面的H型钢产品,根据相关课题成果与试点工程经验,提出了由薄壁H型钢组成的轻型截面钢框架体系,其适用范围为低层与多层住宅。
10.1.3 本条根据相关设计规范与工程经验,归纳提出了框-支结构体系中支撑的形式与布置要求。交叉支撑均可按拉杆工作,构造简单,但较难满足开设门窗洞口的要求,故人字形支撑更适用于住宅建筑,由于人字撑按压杆设计,故截面宜选槽钢或H型钢。
按传统的支撑杆件截面形式,单斜杆撑应对称反向布置,但若采用外包混凝士(只加强截面刚度,不参与强度工作)强化刚度的单斜杆防屈曲支撑时,可不受此限制。国内已有此类工程先例。
10.1.4 本条提出了合理选用钢框架构件截面形式的基本要求,其中异型柱组合截面(L形、T形与十字形等)在以往的工业建筑中已有应用,近年来中国建筑科学研究院、天津大学等单位也进行了相关的研究,也有用于工程的实例。本条提出的由H型钢与T型钢组合异形柱截面适用于建筑设计要求室内不凸显柱构件边角轮廓线条的低、多层住宅,故柱外翼缘不宜大于200mm或墙厚。天津大学经过试验研究,提出了由小截面方钢管组成的L形、T形截面钢管混凝土组合异形柱,用钢量经济且具有较好的承载性能,亦可作为工程选用方案的参考。
10.1.6 铰接钢框架与支撑组合的结构体系,构造与施工简单、承载性能良好,已在工业建筑中有较多成熟的应用,借鉴这一经验,本条提出该体系可用于非地震区或6度地震区的住宅钢框架结构中。
10.2 结构与构件设计
10.2 结构与构件设计
10.2.2 计算单层房屋中的柱间交叉支撑时,一般仅考虑其承受侧向水平荷载;但在多(高)层框架中的交叉支撑则应计入与柱交叉点处,因重力荷载作用柱与支撑有压缩变形引起支撑的附加轴力。
10.2.3 考虑当大震时,即使人字撑(V形撑)杆件有较大变形,要求梁仍能独立工作,故正常设计中偏安全的不考虑支撑对梁的支承作用。同时V形撑、人字撑承受水平侧向力并左右杆相平衡时,必然在与梁跨中交点处产生一对不平衡剪力,故在计算梁时应考虑此附加剪力的影响。
10.3 节点设计
10.3 节点设计
10.3.1 本条归纳提出了钢框架节点设计构造的基本要求,按抗震设防设计时,还应注意要符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011在钢框架结构抗震构造措施中关于节点连接的构造(加劲肋厚度、锁口切角、腹板连接螺栓排数、塑性铰外移加强型构造等)和验算节点连(拼)接极限承载力等要求。
关于梁柱端板连接节点,虽然一直作为刚性节点在门式刚架结构中普遍应用,但国内外不少研究仍认为其转动刚度一般难以达到刚性节点要求,而带有半刚性特征。实际上影响此类节点转动刚度的因素很多,也很复杂,如端板厚度、端板外伸与加劲肋构造、螺栓预拉力与撬力、螺栓排列布置等,而判定刚性节点的转动刚度又是对于梁线刚度的相对概念,故不宜笼统判定端板节点是刚性或半刚性节点,而应按具体构造条件与设计参数等条件来确定。由同济大学等单位完成的“轻型钢框架体系低、多层住宅关键技术研究与应用”课题研究,对高频焊H型钢梁柱端板节点(其外伸端板加厚并节点区柱翼缘贴板加强)与柱脚节点(柱底板加劲与锚栓构造,无柱靴)进行的试验及按欧洲规范的计算判定表明,当用外伸式端板,且符合板厚不小于螺栓直径,螺栓撬力小于0.2P(P为预拉力)螺栓紧凑排列等构造要求时,梁柱端板节点可以符合刚性节点要求。正在修订的行业标准《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ 82也已对高强度螺栓端板连接接头的计算与刚性要求作出了相应规定,故本条提出了非抗震与6度抗震设防的钢框架可采用外伸构造端板节点作为刚接节点,但其计算与构造应符合上述规定的要求。
10.3.2 本条根据现行规范规程与工程设计经验以及国家标准图集等相关技术资料,归纳提出了H型钢柱框架梁柱刚性节点设计构造的基本要求和典型节点构造图。图10.3.2-1为基本型节点,震害调查与试验证明表明,下翼缘端焊接垫板的不连续角焊缝,常常是引起梁端连接开裂破坏的源头,故规定必须连续施焊,并要求较高的质量等级。图10.3.2-2为腹板双列螺栓加强型构造,图10.3.2-3为翼缘加强型构造,适宜在住宅建筑中采用,而在住宅建筑中因墙板安装及外观等原因,不应采用在梁端下部加腋的加强型节点构造。
梁端连接极限承载力计算公式(10.3.2-1)、(10.3.2-2)是按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定列入的,但式(10.3.2-2)中左式在原规范式中有误,遗漏了重力荷载剪力项VGB。新颁布的中国工程建设协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》对此已有改正,本条亦相应给予补正,并仍保留了右式Vu≥0.58hwtwy。对抗震设防的刚接节点设计计算,还应注意以下两点:
1 按弹性方法计算梁端翼缘焊缝为等强熔透焊缝的连接承载力时,由于焊缝的地震内力调整系数γRE=0.9,而梁构件γRE=0.75,要低20%,即会出现实际梁端等强焊接的构造但其承载力设计值却要低于梁端构件承载力的结果,不符合节点连接强于构件的原则。为避免此情况,对此类节点宜采用翼缘加强型的连接构造。目前,有关规范修订中也在考虑γRE的统一取值与表述方法以解决这一问题。
2 按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定,当8度区Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,宜采用能将塑性铰外移的狗骨形连接(相当于连接加强型的构造)。但国内实际工程中较多应用翼缘加盖板和加耳板的加强构造,很少采用狗骨形构造,故在同样效果条件下宜选用便于施工的构造。
10.3.3 本条根据现有技术规程、国内外技术资料与工程经验,归纳提出了方(矩)管柱框架梁柱刚接节点的设计构造基本要求与典型构造图。
1 隔板贯通节点构造(图10.3.3-1)在日本已有较多应用,并有专门的设计构造指南。其适用范围为壁厚t≤40mm的方(矩)管柱与梁的节点。国内同济大学等单位进行的相关试验表明,其滞回性能与内隔板节点基本相同,可满足抗震设计要求。其主要优点是改善了节点的传力条件(隔板直接传力,避免通过柱壁板厚度抗撕裂传力),简化了施工(不用电渣焊)并可避免对柱身抗层状撕裂的材性要求,还可避免管柱外环隔板的复杂构造,很适用于住宅建筑。
2 管柱节点域对接节点构造(图10.3.3-2)在国内工程中已有应用,适用于较薄管柱截面的梁柱节点,其特点是可简化内隔板的组焊作业,但会增加柱身拼接接头数量。
10.3.4 箱形柱内隔板节点构造(图10.3.4)已在国内多项工程中应用,其节点区的内隔板组焊需专门的箱形柱加工线电渣焊完成,焊接质量好,但施工费用高。适用于较厚壁板、隔板箱形柱的梁柱节点。此节点的受力特点是节点区与翼缘焊连处的柱壁板受有很大的层状撕裂应力(主要是焊接收缩应力),故当板厚较厚(t≥40mm)并节点焊接约束度较大时,该部位钢材宜附加抗层状撕裂性能要求。
10.3.5 与H型钢柱不同,方(矩)管柱节点区的梁腹板连接板连接处,在柱空腔内没有相应的竖向加劲肋,腹板端部有弯矩作用时,柱节点域壁板会局部受弯变形,日本《钢结构连接设计指南》(2001年)已有考虑箱(管)形柱壁板局部受弯受剪按塑性线假定的承载力计算公式,但我国相关规范尚无相应规定。故暂提出对此类连接宜按控制梁翼缘塑性截面模量大于全梁塑性模量的70%作为设计构造措施,选用较高截面的梁或翼缘加强型构造,以减小腹板所分担的弯矩。合理的方法应如上述对局部受弯壁板进行量化的验算。目前有关规程修订中已在考虑列入此内容。
11 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
11.1 一般规定
11 钢框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
11.1 一般规定
11.1.1 在高层钢结构建筑中优先采用钢-混凝土混合结构体系,是我国多年来在工程建设中积累的重要经验。混合结构体系兼有钢与混凝土二者的特点,具有结构延性高、抗震性能好、自重轻、工期短、造价适中等优点,符合我国国情与产业化政策的要求。同时,2008年11月还颁布了现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230,为设计提供了充分依据。
11.2 构件和节点设计
11.2 构件和节点设计
11.2.3 混合结构中剪力墙、核心筒以弯曲变形为主,钢框架则以剪切变形为主,楼盖钢梁将二者相互联系并约束其变形协调。试验分析表明,在地震作用过程中会引起钢梁内反复轴力的作用,轴力较大时可造成梁端连接节点的破坏。而通常设计中均将楼盖混凝土板假定为平面内无限刚性,并由其传递钢框架与剪力墙(核心筒)之间的水平力,未计及钢梁的水平力传递作用,因而钢梁及其连接节点仅按结构体系计算中所得的剪力计算,显然不符合实际并偏于不安全。同济大学“钢结构(钢混结构)高层住宅的成套技术研究”的子课题“地震作用下高层钢-混凝土混合结构钢梁与混凝土墙节点受力分析”对此连接节点的受力机理进行了较深入的分析研究,提出了建议设计采用的钢梁轴力简化公式,并已列入现行上海地方标准《多高层钢结构住宅技术规程》DG/TJ 08-2029-2007。本条即引用了该建议公式,并规定了相应预埋件及连接的计算与构造要求。在设计计算时应计入梁端作用的轴力,剪力与梁端连接偏心的附加弯矩。梁端的连接及预埋件设计,均应按连接强于构件的原则,留有一定的承载力裕量。
12 混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
12.1 一般规定
12 混合框架-混凝土剪力墙(核心筒)结构体系设计
12.1 一般规定
12.1.6 现行相关规范与规程对钢管混凝土柱构造要求的指标或参数不尽相同,甚至个别数据有较大出入,本条表12.1.6的内容是经比较分析后,综合现行协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159与《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230有关规定而提出的。
12.1.8 关于钢管混凝土柱的承载力抗震调整系数γRE的取值,现相关规程并不统一,有取为0.8者,也有取为1.0者,现统一按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001与现行协会标准协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159:2004规定为γRE=0.8。
12.2 结构与构件设计
12.2 结构与构件设计
12.2.1 本条中刚度折减系数的取值在各相关规程中也不尽相同,本条取值是经比较分析后,按现行协会标准《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的相关规定提出的。
12.2.3 关于钢管混凝土构件的计算理论与方法,国内各相关规程有不同的规定,如叠加法、统一理论法等。由于学术观点的差异造成至今无全国统一的设计标准可供遵循。本条按工程建设标准化协会系列标准应统一协调的原则,提出了方(矩)钢管混凝土构件与圆钢管混凝土构件的设计构造应分别符合现行协会标准《矩形钢管混凝土技术规程》CECS 159与《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230的规定。
12.2.4 研究成果表明,在施工阶段湿混凝土与工况荷载作用下,钢管柱中产生的初应力,将会降低钢管混凝土柱在使用阶段的承载力。本条是根据现行协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159与福建省地方标准《钢管混凝土结构技术规程》DBJ 13-51-2003有关规定提出的。
12.3 节点设计
12.3 节点设计
12.3.2 根据相关标准与工程经验本条列入了较典型的梁柱节点构造示例。由天津大学进行的方钢管柱与钢梁外肋板节点的试验研究表明,该节点可避免复杂的内隔板构造,传力明确,并具有较好的抗震性能,已列入天津市地方标准《天津市钢结构住宅设计规程》DB 29-57-2003。故本条亦列为可参考选用的节点构造。
12.3.3 在住宅建筑中,当不做吊顶时,会使管柱与梁上、下翼缘连接的水平外环加劲肋板外露,影响室内建筑空间使用与观感效果,故应避免采用。
12.3.5 试验研究表明,梁柱连接处的梁端竖向剪力较大时,梁端连接板处管壁局部范围会产生鼓曲变形,故应进行此部位管壁局部应力的验算。验算公式引自福建省地方标准《钢管混凝土结构技术规程》DBJ 13-51-2003。
13 悬挂楼盖框架结构体系设计
13.1 一般规定
13 悬挂楼盖框架结构体系设计
13.1 一般规定
13.1.1 悬挂楼盖框架结构体系是一种适合住宅建筑的新型结构体系。本章内容系根据上海市建科院等单位完成的原建设部科研攻关课题“悬挂式钢混住宅结构体系的研究”与试点工程成果而提出的。该课题已于2003年通过了原建设部组织的专家鉴定,并获得较高评价。该结构体系的特点是:利用悬挂楼盖可完全实现间隔楼层的无柱大开间,很适于现代居住建筑的功能多元化的要求,既适用于跃层式住宅,也可用于每层单独应用的不同户型住宅。同时,可减轻结构自重,当与钢(混合)框架组合应用时,具有较好的承载性能与抗震性能。在上海建成的6层复式住宅(混凝土异形柱框架悬挂组合楼盖)试点工程表明,由于悬挂组合楼盖重量的减轻,又采用配套轻质墙板,在上海软土地基的条件下,6层住宅框架可采用天然地基而不需要打桩。此外,悬挂组合楼盖不需要支模,可简化施工、降低造价。2002年建成的工程决算价格与砖混多层结构造价接近或持平。
13.1.2 上海试点工程采用了悬挂楼盖钢筋混凝土异型柱框架(少量短肢剪力墙)结构体系,各悬挂楼层钢梁与框架柱均为铰接连接。经对框架模型(缩尺1/2,带铰接悬挂钢梁)的实物低周反复加载试验,表明该体系有良好的耗能性能,延性系数为4.3,可满足7度抗震设防要求,但侧移值偏大。随后在实际工程中加强了框架的侧向刚度。故本条提出了悬挂楼盖宜与混合框架或钢框架共用的结构体系,其悬挂钢梁亦应作为框架梁与柱刚接。此体系可明显增大框架的侧向刚度,减小框架柱的计算长度,优化梁柱截面并提高结构承载性能。同时上海建筑科学院还进行了钢管混凝土柱悬挂楼盖10层框架按8度设防的实例试设计,表明是合理可行的。
13.2 构件和节点设计
13.2 构件和节点设计
13.2.4 悬挂楼盖吊杆置于墙夹层中,故其截面应按拉杆控制为较小的截面,并在各种工况下均应保持为受拉状态,以保证其工作的安全性。同时考虑到拉杆及其连接的重要性,故对其最大计算内力再乘以增大系数1.5与2.0。对悬吊构造与连接细节,如加劲肋尺寸、位置,所有焊缝强度与质量要求等,均应注意精心设计与精心施工,确保工程质量与安全使用。
14 组合楼盖设计
14.1 一般规定
14 组合楼盖设计
14.1 一般规定
14.1.1 框架梁虽按组合梁构造,但其抗弯性能具有变截面特征,其构件与连接的抗震承载力计算等尚无相关的规范规定,按国内外设计经验仍按钢梁计算。对楼盖一般主、次梁,组合梁的应用技术与设计方法已很成熟,并有设计软件可供应用,实际工程中应按组合梁设计,以体现设计的技术经济合理性。
14.1.2 随着高层钢结构应用技术的引进与发展,压型钢板组合楼板楼盖的应用也日益广泛,但在相当长时期内也造成了组合楼盖一定要用压型钢板楼板的误解。实际上由于压型钢板的造价较高(每平方米约超过100元),即使作模板又兼作钢筋用,在技术经济上往往也不是合理的选择,仅当用于楼层很多的高层建筑中,由于其施工简便快捷可获得明显的工期加快效益时,才是较为合理的。近年来我国在住宅钢结构和组合楼盖技术的推广应用中积累的经验表明,叠合板组合楼板是一种技术经济性能良好的楼盖形式,不仅造价合理,而且在刚度、隔声、减少结构高度等方面均优于压型钢板组合楼板,而且便于施工,减少湿作业。故宜作为住宅结构的优选方案,目前已有用于多项工程的实例。
14.1.6 组合楼盖中的压型钢板、钢梁均应进行施工阶段的承载力与变形验算。由于此种工况下湿混凝土自重产生的挠度将作为永久变形累计计入组合梁使用阶段的挠度中,同时过大的挠度还会增加板厚与自重,故施工阶段的挠度仍应进行较严格的控制。当不能满足时,可采用板与梁下设临时支撑的施工措施。
14.2 楼板设计
14.2 楼板设计
14.2.1 叠合板下板采用预应力肋板,系根据“天津市钢结构住宅体系的研究”课题成果及试点工程经验而提出的推荐方案。预应力肋板具有刚度大、承载力高、叠合面大、变形小等优点。其支承跨度可达6.0m,适用于大开间住宅建筑。该课题对预应力肋板的叠合面抗剪承载力、正截面与斜截面承载力计算、抗裂与挠度计算等进行了系统的分析、研究,并进行了6块板的实物试验验证,表明其承载性能良好。课题还对肋板的系列化进行了研究,建议工程实用的通用板宽为900mm与1200mm;板的肋高为70mm、80mm、90mm、110mm,当分别满足施工活荷载1.5kN/m2时,板跨为3.6m、4.2m、4.8m、6.0m的施工工况要求。同时该课题还对不同楼板方案的造价作了比较,以现浇板造价为100%时,压型钢板组合板造价为146%,叠合板造价为76%。
14.2.2 迄今为止,实际工程中压型钢板组合楼板的设计,均很少对压型钢板材质、板型、镀锌层等提出明确合理的要求。本条根据新修订的,并于2008年12月发布的现行国家标准《建筑用压型钢板》GB/T 12755-2008对此作了指导性的规定。这些技术要求应在设计文件中明确提出作为工程设计、施工的依据。此外,早期板型多用带刻痕的开口梯形波形板,近年来闭口型或燕尾形板由于具有外观封闭平整,刚度与承载力高等优点,应用较为合理,已有较多应用实例。
按舒适度要求,本条提出了压型钢板组合楼板的自振频率不宜小于8Hz的限值规定,其依据可见本规范条文说明第8.3.10条。
14.3 组合梁设计
14.3 组合梁设计
14.3.2 组合梁采用连续梁时因负弯矩区仅考虑钢筋受拉,故为连续变截面梁,其设计计算较复杂,而一般按简支梁设计时,其承载力、刚度提高的组合作用已相当明显,故可在有依据时采用连续组合梁。此时,对主次梁楼盖的连续次梁宜采用与主梁等高的平接构造(见图14.3.2),并应注意与次梁上翼缘直接焊接的主梁上翼缘部位为双向受拉状态,故需验算该处的折算应力。
15 钢结构的防护
15.1 钢结构防腐与涂装
15 钢结构的防护
15.1 钢结构防腐与涂装
15.1.1 住宅建筑使用要求较高,同时在使用过程中不易对防锈涂装再进行较大的维修,故应参照现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018,进行防锈涂装的设计和对施工提出严格的除锈涂装技术要求与验收要求,并应作为设计的专项内容包括在设计文件中。
15.2 钢结构防火设计
15.2 钢结构防火设计
15.2.2 钢结构构件与组合结构构件的防火防护是保证住宅建筑结构安全使用的重要措施。以往建筑物的防火设计要求往往只在建筑设计文件中给予说明,而缺少钢结构防火防护技术措施与技术要求的内容。2006年中国工程建设协会标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200的颁布,为钢结构与组合结构的防火保护与抗火设计提供了充分的依据,亦应作为住宅钢结构防火设计的基本依据。
15.2.5 防火涂料要求引用自现行协会标准《钢结构防火涂料应用技术规程》CECS 24:90,表15.2.5引用自现行北京市地方标准《建筑防火涂料(板)工程设计、施工与验收规程》DBJ 01-616-2004。
15.2.8 压型钢板组合楼板的压型钢板仅作模板应用时,不需考虑防火措施;当兼作钢筋用时其耐火时限应考虑混凝土的热载体效应,按上述《建筑钢结构防火技术规范》确定整体板的耐火时限。
附录A 钢管混凝土构件考虑钢管初应力影响的承载力折减系数kp
附录A 钢管混凝土构件考虑钢管初应力影响的承载力折减系数kp
本附录为本规范第12.2.4条提出的钢管初应力影响的承载力折减系数kp的计算方法。当多层或高层住宅框架采用钢管混凝土柱时,由于湿混凝土与施工荷载在钢管内产生的初应力不可忽视,设计应考虑此不利影响而将柱的承载力乘以折减系数kp,kp可按本附录各式计算。各计算公式引用自福建省地方标准《钢管混凝土结构技术规程》DBJ 13-51-2003。
附录B 防火板技术性能特点
附录B 防火板技术性能特点
表B.0.1、B.0.2内容均引用自上海市地方标准《建筑钢结构防火技术规程》DG/TJ 08-008-2000。