低层轻钢结构建筑抗震特性与建设策略

　　轻钢结构建筑是以冷弯型钢、热轧或焊接 H 型钢、T 型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件作为建筑承重骨架，以轻型墙体材料作为围护结构所构成。轻钢结构有着抗震性强、自重轻、施工周期短、节能环保等特点，其钢屋架、梁和立柱的质量只有同等大小木结构质量的1/3、钢筋混凝土构件的 1/2,强度却是混凝土构件的 8 倍。当受到地震的作用力时，相同的外部环境下，轻钢结构的建筑受到的破坏远小于砌体结构建筑和混凝土结构建筑受到的破坏。使用轻钢构件不仅可以减少材料，节约成本，更能提高建筑的稳定性。目前轻钢构件已经在欧美和日本等发达国家得到了广泛应用，因此在我国的工业和民用建筑，特别是低层建筑中，轻钢结构具有广阔的应用前景。

　　1 建筑抗震性分析

　　建筑物在施工之前必须要满足抗震设计的要求。国家规范中对各地的抗震设防烈度都有相关规定，各地区的房屋建筑必须能够承受规范规定的当地地震烈度，才算达到设计标准，否则不能通过建筑部门的审核，就无法开工。当然，这种设计规范也因建筑物体系的不同而有所差别，比如对钢筋混凝土结构和砖混结构的抗震要求就不同。

　　目前常用的结构形式有钢筋混凝土结构、砖混结构以及轻钢结构等。从建筑标准来说，这些结构被用到建筑中均会达到建筑部门对于抗震的标准。然而，传统的建筑结构抗震性能较差，例如在汶川大地震中，由于房屋在建筑时多使用预制板，导致建筑物大范围倒塌。整体预制板的稳定性比轻钢框架结构差得多，不再适合我国现代化的建筑发展，而轻钢结构是很多联接点用紧固件联接，属于柔性连接。地震发生时，它可能出现结构变形但很少出现断裂和崩塌现象。因此，其具有较高的安全系数，是目前建筑结构中抗震性能最好的结构形式。

　　2 轻钢结构建筑抗震特性

　　轻钢结构之所以具有良好的抗震效果，其主要原理来源于蒙皮效应。所谓蒙皮效应，就是指在建筑物表面以屋面板和墙板的形式覆盖材料，利用材料自身的强度和刚度来加强建筑物的整体强度。它主要是在纵横肋上覆盖金属薄板形成带肋薄壳结构，肋与薄壳共同作用，使得蒙皮在其平面内发挥出巨大的抗拉、抗压和抗剪效果，且由于肋的支撑作用，蒙皮能持续保持良好的稳定性。蒙皮结构承载力大，自重却很轻。

　　轻钢结构很好地利用了蒙皮效应，使得它具有自重小、抗变形能力强、不易垮塌等特点。地震发生时，会伴随有上下或左右的震动，而由紧固件连接而成的轻钢结构形成一个稳定的盒子状，不会由于地面的摇晃出现楼板坠落或墙面倒塌的现象，有效地保护了人身财产安全。

　　同时，轻钢结构优良的抗震还体现在建筑的延性上，塑性铰接处区域受到震动变形，会消耗和吸收地震能量，使地震作用上升缓慢，内力也不会增加，从而大大减小建筑结构受到地震的影响。因此，使用具有延性的轻钢结构可以降低对建筑承载力的要求，换句话说，延性结构可以通过自身变形抵御地震作用。

　　在抗震中，结构延性十分重要，具有以下作用： （ 1） 承受并缓解偶然因素作用。在结构使用过程中，会遇到突发的偶然作用，如大幅度温度变换引起的热胀冷缩、偶然的超载等等。这些因素会引发结构产生内力和变形。轻钢结构具有延性，其变形能力可作为偶然因素发生时的安全储备。（ 2） 有利于抗震。地震发生时，轻钢结构的塑性铰区域可以通过变形吸收和消耗地震能量，降低结构刚度，减小地震对建筑的作用。

　　3 低层轻钢结构各体系抗震构造措施

　　3. 1 楼盖抗震结构

　　低层轻钢结构的楼面体系主要是由楼面机构板、支撑、连接件、托梁以及加劲件几个部分组成。通常采用纤维水泥压力板、纸面石膏板、OSB 板和 ALC 板作为楼面结构板的材料，结构板的厚度应大于 15mm.

　　为加强楼面腹板各部分的稳定性，宜在楼面梁集中处设置楼面腹板承压加劲件，楼面板最好不要超过外墙 1. 2m.若轻钢结构楼盖伸出且上部加载承重墙时，悬臂轻钢段长度不能够超过跨度的 1/3.

　　轻钢结构楼盖系统中的主要受力部分是楼面梁，所以它需要满足设计中所要求的刚度和强度。楼面梁受拉部分长细比不能超过 350,托梁间距在 400mm -600mm 最佳。当楼面连续梁跨度较大时，应在中间位置设置支撑，支撑方向与支座方向一致，要求间距小于 3m,悬挑梁应在支撑处设置支撑件。楼盖体系所有构件之间应采用螺栓进行连接，且各部分之间连接应分别满足相应要求。

　　3. 2 墙体抗震结构

　　轻钢结构的墙体主要由顶部、墙体结构面板、立柱和底部导梁构成，此外，若轻钢结构作为承重墙或抗震墙，还应该增加支撑、撑杆和拉条。墙体是轻钢结构的核心部件，它兼具承竖向荷载、抗剪、抗水平荷载、围护的作用。按照受力功能可将轻钢结构分为三种： 剪力墙、承重墙和非承重墙。承重墙主要承担竖向荷载，剪力墙承担水平荷载如水平地震力以及风力。

　　轻钢结构的受拉立柱长细比不超过 200.在剪力墙及承重墙的立面和剖面设计上，单层墙体高度应小于 3. 3m,且要保证上下层墙体处于同一垂直面，若有错位，也应将错位距离控制在 2mm 以内。剪力墙体连接时应在墙体端部、洞口两侧和拼装处使用抗拔连接件，剪力墙和基础连接处不仅要使用抗拔连接件，还需设置适量的地脚螺栓，地脚螺栓的直径、布置间距和埋入深度都应符合相关要求。轻钢结构的门窗要通过角钢和螺钉等连接件连接到主柱上。若剪力墙或承重墙墙体未连接立柱，则应在未连接的那一端设置钢带或撑杆。

　　3. 3 屋盖抗震结构

　　轻钢结构的屋盖体系中包括屋架、面板、支撑、檩条和屋面覆盖材料。屋面材料最好选择高强耐用、轻质美观的压型钢板。低层轻钢结构中，通常采用有檩屋架的三角形或三铰拱形式。若采用钢带拉条支撑屋架时，支撑与其它所有屋架的交点处需用螺钉连接。屋架下弦宜设置纵向支撑杆或铺设结构板，腹杆处宜设置纵向支撑或交叉支撑，应在屋架上弦杆下翼缘及下弦杆上翼缘设置水平支撑，支撑钢厚度大于0. 84mm.若采用钢带支撑，则支撑截面应大于 40mm* 0. 84mm,间距小于 1. 2mm.

　　4 开洞要求

　　开孔位置只允许在梁柱腹板的中心线上，而不允许在梁柱翼缘板及卷边开孔，孔口应采用厚度大于腹板厚度的钢板或槽型钢进行加强。墙体转角处的低层轻钢不宜开孔，墙体门窗洞口处应设置梁和立柱。

　　为满足铺设管线的要求，需在楼面板开洞，洞的宽度要求小于 2. 4m,洞孔下部设置桁架或箱型梁以加强楼面板。若楼面板开多个洞孔，开孔中心间距应大于 600mm,直径小于腹板厚度的一半，洞孔边缘到最近端部支撑构件净距离大于 300mm.

　　对于低层轻钢结构的抗震构造除了采取上述措施以外，应进行全面的抗震构造计算和分析，且安装时的精度也将会对它的使用性能产生很大的影响。

　　5 结束语

　　低层轻钢结构抗震性能强，节能环保，在我国有良好的发展前景。在对它的抗震构造进行设计时，应全面考虑各个方面的影响，设计出符合我国地理环境特点要求的轻钢结构建筑，以促进建筑行业的可持续发展。

　　参考文献

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