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摘要：经济的发展带动了建筑行业的飞速发展，尤其是多层民用建筑发展十分迅猛。要想进一步提升综合的多层民用建筑效益，应健全钢结构设计体系。基于此，本文将从信达新建厂房项目的工程概况出发，分析多层民用钢结构的主要建筑设计与结构设计，并对多层民用钢结构的结构设计要点进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议。
关键词：结构设计；钢结构；民用建筑
引言
工程施工时，要想完善工程的整体结构，使建筑的承重力、抗侧力等需求得到满足，就应优化和改进建筑薄弱的环节。将钢结构设计运用到多层民用建筑以后，有利于解决多层民用建筑多个方面的问题，得到更高的经济效益、更好的结构性能。因此，研究多层民用钢结构设计具有一定的现实意义。
一、工程概况
信达新建厂房项目占地面积为七万平方米，建筑面积为五万两千平方米，对七栋厂房进行了建设，新建建筑的占地面积为两万八千平方米，新建建筑的面积为四万一千平方米，原有厂房保留面积为四千一百平方面，建筑面积是一万两千平方面。由于本项目所处位置地势较为平坦，因此适宜布局工业厂房。
二、多层民用钢结构的主要建筑设计
（一）设计原则
首先，应对该建筑使用时的美观问题、功能问题进行考虑，并兼顾建筑整体在完工后的使用便利性。其次，应针对厂房的非生产辅助区、生产区考虑建设的协同性与功能性，将以人为本重要思想贯穿始终。最后，应坚持节能、隔热、采光、自然通风等原则，加强对保护生态环境的重视，使该建筑符合可持续发展这一要求。
（二）设计规模
在本项目中，建立的厂房规模为七幢，火灾的危险性皆是丙类。其中，一层和二层是主厂房，三层是厂房的辅楼。根据工业区对于限高的具体要求，将建筑高度控制于十二米内。
（三）单体设计
按照不同部分彼此间的制约与联系，参照有关功能要求，对不同单体之中非生产区域、生产区域的功能分区与建筑布局进行明确。在本项目中，所有建筑单体都是工业建筑，火灾危险性是丙类，具有二级的耐火等级，总体使用年限是五十年，屋面具有Ⅱ级防水等级。在防火疏散与防火分区布置方面也与有关防火规范相符。
（四）装修和构筑要求
本建筑框架填充墙这部分的墙体材料具有250毫米厚的外墙、200毫米厚的内墙，墙体使用了混合砂浆与空心陶粒砌块。厂房的钢结构外墙是75毫米的岩棉夹芯板。地坪下60毫米的部位设置了防潮层，水泥砂浆比为1：2。在防水方面，将金属板防水屋面与卷材防水屋面用于屋面的防水。外墙面为涂料型墙面。在非生产的区域，室内都使用了木质的夹板门，室外则使用了铝合金们，而生产区域使用的外门主要是卷帘门、钢制平开大门等。窗户大多使用普通型材与铝合金窗，将磨砂玻璃用于所有卫生间。
三、多层民用钢结构的主要结构设计
（一）设计原则
在结构设计过程中，应满足行业、国家现行的相关规范与标准的具体规定，应确保质量、便于施工、安全使用、合理经济、技术先进。应符合工艺生产的方针、防腐蚀、防腐、防爆等相关要求，并具备较强的耐久性、稳定性、刚度、强度等。在选取结构体系时应确保合理性与科学性，使结构体系清晰、简洁。另外，还应坚持就地取材、因地制宜等原则，尽可能地节约建筑资金，并对新材料与新技术进行使用。
（二）结构选型
在建筑物选型方面，11#、10#、2#、1#厂房使用的结构为钢框架结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆7#至9#厂房中，主厂房使用的结构为门式钢架结构，且屋面为轻钢屋面。而办公区域使用的结构为钢框架结构。框架设缝和门式钢架相分离，彼此的结构体系独立。在构筑物选型方面，将现浇的钢筋混凝土当作设备基础和水池结构，而且排水沟、电缆沟的沟壁、沟底也使用了现浇混凝土，它们的地基都是天然地基。
（三）钢框架体系
所谓钢框架体系，指的是横纵方向相结合、由柱与梁共同构成的一种钢结构体系。该结构体系的特点如下：第一，柱与梁的组合让结构平面具有十分灵活的布局，在一定程度上增加了建筑空间，实现了构件的标准化。第二，结构缺少侧向刚度，受到竖向和荷载作用后会出现二阶效应，对其整体稳定性与结构承载力产生一定的影响。第三，结构发生层间剪切的变形或结构弯曲的变性后会出现层间位移与横向位移。第四，柱和梁具有较强的节点延性，使得结构抗震能力、变形能力较强。第五，虽然结构具有较大的延性、较轻的自重、较长的自身周期、加强的抗震性能，但却存在较大的侧向位移，一旦发生地震容易破坏附属的构件。
在钢框架的结构体系之中，主要有刚接框架与半刚接框架这两种不同的体系。其中，铰接能够做到完全转动，刚接完全处于不动状态，而半刚接的框架处于铰接和刚接间，能够适当进行转动。当收到外荷载的作用后，半刚接的框架结构会合理受力，并且结构的用钢量想对不对，尤其是受到竖向的荷载作用后，半刚接框架具备的受力特性更好。在具体应用到工程项目时，半刚接的钢框架结构未得到人们的广泛使用，原因在于半刚接框架具有非线性受力变形，对于具体工程设计阶段会有较高的难度和较大的计算量，因此很多工程项目并不会将过多精力投入其中[1]。从这里我们不难发现，要想推广半刚接的钢框架这一结构体系，应努力将各种设计困难克服。
（四）钢框架支撑体系
当受到侧向荷载的作用时，使用钢框架支撑的体系会减少侧向位移。根据不同的支撑轴线所在位置，可将其分成偏心支撑和中心支撑两种。
1、中心支撑的框架。在中心支撑的框架中，梁柱交点和支撑轴线相交。受到水平地震的作用以后，该框架侧向支撑的斜杆会降低受压承载力。受到反复的地震作用后，斜杆会有压曲状态向拉伸状态转变，相邻构件和支撑节点部位将有附加应力产生，从而损坏该结构，根据多层民用建筑有关的钢结构规范，若使用单斜杆受拉体系，要在每层倾斜的多个方向进行两组单斜杆设置，同时，水平方向的单斜杆截面不能有超过百分之十的投影面积差。
2、偏心支撑的框架。在偏心支撑的框架中，梁轴线交点和支撑轴线存在一些距离。该框架充分吸收了框架、支撑框架二者的优势，通常适合抗震烈度较高的状况使用。与此同时，对于九度和八度的抗震烈度，有关抗震规范对具体内力调整的系数进行了一系列规定。除此之外，该框架耗能方法主要是消能梁段进行能量的消耗，具有相对稳定的耗能效果[2]。
四、多层民用钢结构的结构设计要点
对多层民用钢结构进行设计时，应优化和完善建筑结构最为薄弱的部分，使钢结构建筑承重力与抗侧力的需要得到满足，工作人员应对钢结构优化技巧与方法进行定期总结，使有关准则与规范不断完善，让钢结构的结构设计更加健全。从过去实践经验来看，钢结构设计已形成部分行业准则与普遍规范，要想让钢结构建筑得到更为稳定的发展，应积极寻找钢结构设计中存在的具体难题，对全新设计方法、设计理念、施工技术、施工工艺进行挖掘和创新。
（一）钢结构平面布置
对钢结构进行平面布置的过程中，应采取调整次梁传递荷载方向这一方法，使各种设计需要得到满足。若进行短向布置，容易加大主梁截面，减少楼层的净高，这会对边柱受力的分布情况产生影响，若把次梁支撑于较短的主梁，会有利于钢结构建筑的柱与主梁。
（二）初选钢结构的柱、梁截面
梁截面通常为对称工字型的双轴截面，先将翼缘的宽度与截面的高度确定，根据跨度的三十分之一至十五分之一预估截面高度，翼缘宽度的选择区间也要进行适当控制。板件的厚度应满足具体构造要求，且柱截面的预估应根据长细比来进行。与此同时，应根据规范的具体内容、按照柱梁连接的方法进行截面种类的选取[3]。
（三）连接钢结构主梁和次梁
如果次梁跨度较长且跨数较多，那么在次梁受到荷载相对较大时能够和主梁直接刚接，从而让钢材大大节约。如果次梁没有较大的截面，那么可以和主梁腹板直接连接。主梁与次梁间有一个竖向的加劲板，该板一般借助高强度的螺栓加以连接。
（四）钢结构分析
在荷载方面，验算安装荷载的过程中，风组合值的系数应取0.25，结算抗侧力构件、框架梁强度的过程中，应参考楼层的附加荷载。在设计钢框架的支撑结构时，计算斜杆应根据铰接杆来进行，计算框架内力应在调整完地震作用的内力以后，再将其结合到其它类型的荷载内力。
结语
总而言之，研究多层民用钢结构设计具有十分重要的意义。相关人员应对多层民用钢结构的主要建筑设计有一个全面了解，并从钢结构平面布置、初选钢结构的柱梁截面、连接钢结构主梁和次梁、钢结构分析等方面做好钢结构设计，从而推动我国多层民用的钢结构建筑发展。
参考文献
[1]高树才,吴伸杰,马旭,等.异形钢结构建筑铸钢节点空间加载试验与有限元分析[J].天津建设科技,2018,28(06):10-14.
[2]胡育科,王建超.党旗引领钢结构建筑新时代 中国建筑金属结构协会建筑钢结构分会加强行业党建探索与实践纪实[J].中国建筑金属结构,2018，(12):12-14.
[3]林志强,谢清荣,谭海滨.以设计为龙头的工程总承包的实践——对钢结构建筑EPC模式的思考[J].科学技术创新,2018，(20):96-97.
论文作者:史耀武
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/29
标签：钢结构论文; 框架论文; 结构论文; 建筑论文; 多层论文; 截面论文; 荷载论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;