多层教学楼建设钢结构设计

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1、多层教学楼建设钢结构设计第一章绪论1.1选题的背景和意义1.1.1选题的背景改革开放以来，我国综合实力日强，人民生活水平日渐提高。物质上的日渐丰富使得人们更加重视精神上的需求。作为人们主要活动场所的建筑的功能和质量成为人们关注的一个焦点。同时，我国也是一个人均资源占有量相对紧缺，能耗总量相对较大的国家。目前我国的能耗总量己达到世界第一，在提高建筑质量的同时必须综合考虑资源节约问题，建筑节能与开发清洁能源刻不容缓[1]。我国目前建筑的各种成熟结构体系大多为砌体和钢筋混凝结构。此类结构，材料强度低，对环境污染严重，不能重复回收利用，在适应人们的更高

2、要求上有局限;同时产业化程度低，不利于工业化、系列化生产。特别是在砖混房屋中使用的粘土砖的制作要占用大量的可耕地，使我国原本就很缺乏的耕地资源更加短缺。这些都对结构体系的创新提出了要求[2]。2006年3月14日，我国正式提出了第十一个五年计划纲要，其中明确指出“把节约资源作为基木国策，发展循环经济，保护生态环境”，“节约发展，清洁发展”，“实现可持续发展”，“发展节能型建筑”。根据国外经验，要提高建筑性能实现产业现代化、标准化、节能化，符合“十一五”发展纲要，目前最适宜的结构首推钢结构。本文以广州地区较早兴建的多层民用钢结构建筑——广东某学院

3、1号教学楼作为研究对象，对该类型的多层民用钢结构房屋设计进行结构、经济分析和优化研究。1.1.2研究的意义与传统结构相比，钢结构房屋具有许多优点:1、强度高，质量轻钢材与其他建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多，弹性模量也高，因此结构构件质量轻且截面小，特别适用于跨度大，荷载大的构件和结构。研究数据表明，多、高层钢结构的自重一般为馄凝土结构自重点1/2~3/5.再以构件为例，同样荷载和跨度条件下，钢屋架的重量是混凝土屋架的1/4~1/3，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。结构自重的降低，可以减小地震作用，进而减小结构内力，还可以使基

4、础的造价降低，这个优势在软土地区更加明显.此外，构件轻巧也便于运输和安装。2、构件截面小，有效空间大45由于钢材的强度高，构件截面小，所占空间也就小。以相同受力条件的简支梁为例，混凝土梁的高度通常是跨度的1/10~1/8，而钢梁约是1/16~1/12，如果钢梁有足够的侧向支撑，甚至可以达到1/20，有效增加了房屋的层间净高。在梁高相同的条件下，钢结构的开间可以比混凝土结构的开间大50%，能更好地满足建筑上大开间，灵活分割的要求。另外，多层民用建筑中的管道很多，如果采用钢结构，可以在梁腹板上开洞以穿越管道，如果采用混凝土结构，则不宜开洞，管道一般

5、从梁下通过，从而要占用一定的空间。因此在楼层净高相同的条件下，钢结构楼层高度要比混凝土的小，可以减小墙体高度，并节约室内空调所需的能源，减小房屋维护和使用费用。柱的截面尺寸也类似，在多、高层建筑中，钢柱的截面面积占建筑面积的3%~5%，而混凝土柱的截面面积占建筑面积的6%~9%。两者相比，钢结构可以增加室内有效使用面积2%一6%。由于梁柱截面较小，避免了“粗柱笨梁”现象，室内视觉开阔，美观方便。3、材料均匀，塑性、韧性好，抗震性能优越由于钢材内部原子排列均匀接近各向同性，钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算模型，因此可靠性高。同时，因

6、钢材塑性、韧性好，耗能能力强，一般不会因超载而发生突然断裂，适于承受动力荷载和冲击荷载，抗震性能非常优越。表1-1所列为1985年墨西哥8.1级大地震中，钢框架与混凝土框架的破坏对比情况，即能说明这一点。表1-11985年墨西哥地震震害统计[3]结构类型建造年代破坏程度1957年以前1957-1976年1976年以后合计钢框架倒塌73010严重破坏1102混凝土框架倒塌2751482严重破坏16236454、制造简单，施工周期短钢结构所用的材料多是成品或半成品材料，加工比较简单，并能够使用机械操作，易于定型化、标准化，工业化生产程度高，因此，钢

7、构件一般在专业化的金属结构加工厂制作而成，精度高，质量稳定，劳动强度低。45构件在工地拼装时，多采用简单方便的焊接和螺栓连接，钢构件与其他材料构件的连接也比较方便。有时钢构件还可以在地面拼装成较大的单元后再进行吊装，以降低高空作业量，缩短施工工期。一般情况下，多、高层钢结构平均4天一层，而混凝土结构平均6天一层，即钢结构的施工速度约是混凝土结构的1.5倍。结构施工周期短，使整个建筑更早投入使用，不但可以缩短贷款建设的还贷时间，减少贷款利息，而且提前收到投资回报。如前几年高档办公楼的投资回收期为3年左右，如果采用钢结构代替混凝土结构，可提前半年投

8、入使用，相当于节省投资18%[3]。5、节能，环保与传统的砌体结构和混凝土结构相比，钢结构属于绿色建筑结构体系。钢结构房屋的墙体多采用新型轻质复合墙板