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通過對常見集成房屋結(jié)構(gòu)形式的對比,裝配式集裝箱房屋采用輕鋼框架結(jié)構(gòu)體系,輕鋼框架結(jié)構(gòu)體系具有質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點。同時,針對集成房屋裝配式建造的要求,對結(jié)構(gòu)體系進行優(yōu)化設(shè)計,采用鋼結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計,實現(xiàn)輕鋼框架結(jié)構(gòu)的工廠化生產(chǎn),現(xiàn)場拼裝施工。
1、輕鋼框架結(jié)構(gòu)
由上述集成房屋結(jié)構(gòu)形式對比,綜合分析受力特點、施工速度和墻板拼裝等因素,裝配式集成房屋采用輕鋼框架結(jié)構(gòu)形式。
輕鋼框架結(jié)構(gòu)是由一系列的梁和柱相互連接而組成的一種結(jié)構(gòu)體系。無論房屋的縱向還是橫向均應(yīng)布置框架結(jié)構(gòu)體系,該體系不但承受豎向荷載還抵抗水平外力。框架梁有I型、H型和箱型梁等種類,框架柱有H型、空心圓鋼管或方鋼管柱、方鋼管混凝土柱等種類。框架結(jié)構(gòu)剛度均勻,延性較大,自振周期較長,能較好,地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用剛接的框架結(jié)構(gòu),地震較大時候,為了 結(jié)構(gòu)的延性應(yīng)該采用半剛性連接的框架結(jié)構(gòu),外圍框架還是采用剛接框架ys}。該體系在建筑體系中技術(shù)成熟,使用多,一般應(yīng)用于6層及以下的低層、多層建筑和抗震設(shè)防烈度相對較低的地區(qū), 1~3層住宅也多采用此形式。
輕鋼結(jié)構(gòu)框架體系的優(yōu)點包括:1)梁柱截面小而跨度大,平面布置靈活,可組成較大開間;2)自重輕,延性好,剛度均勻,能良好;3)設(shè)計簡單,受力和傳力體系明確:4)桿件形狀規(guī)則,制造和安裝都很簡單,施工。
裝配式集裝箱預(yù)制艙輕鋼框架結(jié)構(gòu)體系由框架梁、柱共同作用抵抗豎向荷載和水平荷載。由于其側(cè)向剛度小,抗側(cè)力有限,當結(jié)構(gòu)層高較人時,需設(shè)置側(cè)向支撐形成支撐框架結(jié)構(gòu)。側(cè)向支撐可結(jié)合樓梯間布置,對結(jié)構(gòu)水平位移的控制。輕鋼結(jié)構(gòu)的框架節(jié)點一般做成剛性連接。但是由于集成房屋一般層高較低,抗側(cè)剛度對結(jié)構(gòu)影響不大。主、次粱連接一般采用鉸接,使用高強螺栓連接。輕鋼住宅自重輕,自振周期較長,對地震作用不敏感。
2、鋼結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計
裝配式集成房屋需要盡可能的實現(xiàn)工廠化生產(chǎn),高度的裝配式化施工,同時也為了減少構(gòu)件加工過程中和施工過程中產(chǎn)生的誤差積累,在此對裝配式集成房屋輕鋼框架結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計。
為了能夠滿足鋼框架結(jié)構(gòu)的模塊化拆分的需要,在裝配式集成房屋的鋼框架結(jié)構(gòu)中,柱采用方鋼柱:結(jié)構(gòu)的中間部分的梁構(gòu)件采用槽鋼組合梁,結(jié)構(gòu)的邊梁采用H型鋼。結(jié)構(gòu)拆分為鋼結(jié)構(gòu)模塊后,位于建筑中間部位的鋼結(jié)構(gòu)模塊的柱為方鋼柱,梁為槽鋼;位于建筑的外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)模塊,柱為方鋼柱,外邊梁為H型鋼,內(nèi)側(cè)梁為槽鋼。
鋼結(jié)構(gòu)基本模塊的劃分形成,需根據(jù)整個工程的實際需求以及模塊的功能、幾何尺寸和承載能力等方面的情況進行綜合考慮,其過程往往需要反復(fù)調(diào)整完成。
裝配式集裝箱撬裝房采用角柱支撐模塊,模塊構(gòu)造形式為在方鋼管角柱間布置梁高較高的縱向邊梁,建筑的豎向荷載全部用模塊的4根角柱承擔(dān),這與帶有輕鋼承重墻的墻體承重模塊形成明顯對比。跨度(模塊的長度)為5m~8m。模塊的寬度一般為3.0~3.5m,以方便運輸至現(xiàn)場。
角部支撐模塊的主要*性在于可以對模塊單元一個或多個面進行 開放,當模塊并排安裝在一起時可以創(chuàng)建大的開放式空間。剛性框架不需要設(shè)置墻體內(nèi)部支撐,可以進行全玻璃幕墻設(shè)計。
集裝箱活動房鋼結(jié)構(gòu)基本模塊的外骨架通常設(shè)計成長方體,其尺寸往往與整個結(jié)構(gòu)的模塊劃分相一致。一般情況下,由于該結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)形式,內(nèi)部只存在少量的鋼柱,模塊組合后的空間較大,內(nèi)部空間布置靈活,能夠滿足一般的房間功能要求。
如果其中有些房間的尺寸要求空間較大,需要劃分出相應(yīng)尺寸的模塊,若不適合劃分模塊,部分房間結(jié)構(gòu)可以在相鄰模塊上留出接口,將加工好的梁、柱構(gòu)件進行現(xiàn)場安裝,以適應(yīng)房間功能需要。
3、鋼結(jié)構(gòu)模塊連接
鋼結(jié)構(gòu)單元之間采用螺栓連接和鋼板螺栓連接的方式進行連接,該種連接方式構(gòu)件加工程序簡單,施工易操作,連接方式簡單而且避免了焊接,方便了模塊化建筑的現(xiàn)場安裝過程。單元之間可以形成剛性連接,結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,可以 結(jié)構(gòu)的性。
鋼板螺栓連接的連接位置一般為模塊間相鄰的柱間和單元角部匯集處。其連接方式即在工廠中對模塊單元的角部梁柱部位進行預(yù)留打孔,待模塊運輸至施工現(xiàn)場進行吊裝并與相鄰模塊對齊后使用預(yù)制準備好的鋼蓋板與螺栓對其進行連接,使相鄰模塊連接成為一個整體。
集裝箱方艙鋼結(jié)構(gòu)模塊單元連接為一個整體后,在建筑內(nèi)部形成三種節(jié)點組合形式,部模塊連接節(jié)點,邊部模塊連接節(jié)點,內(nèi)部模塊連接節(jié)點。