黄 强，薛 嵩，徐 强，马 青，杭笑洋
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异型钢结构是装配式钢结构住宅的一种重要体系。它提高了结构的承载力和刚度。它也满足了建筑的适用要求和美观要求。然而，对异型钢结构体系的研究才刚刚开始。现阶段的研究仅仅局限在构件层面。有关结构体系方面的研究仍然是空白的。选择了 2 种异型柱框架体系，将其与传统方钢柱框架结构进行对比分析。通过对计算结果的比较，能够为异型柱框架结构的推广使用积累经验，也能为异型框架结构工程的设计推广提供参考。
关键词：
方型钢构成框架结构。
近年来，我国在装配式钢结构建筑方面取得了较大的进展。装配式钢结构住宅是住宅产业化的重要形式之一，它以预制钢构件作为主要结构形式，这种结构形式大幅提升了建筑的综合性能，并且使这一结构形式的整体性能远远优于传统住宅结构[1]。但是，在越来越多的实际工程中应用装配式钢结构了。装配式钢结构住宅存在一些需要去克服的问题。比如在住宅建筑中采用常规钢结构柱的话，会有里露柱的现象。这种现象会影响使用和美观要求。在这样的背景下，对装配式钢结构梁、柱及节点的进一步研究开始逐渐展开。特别是对区别于传统方型截面的异型截面梁、柱的研究。但异型钢管混凝土结构的研究刚刚起步，现阶段的研究仅在构件层面有所涉及，而在结构体系方面的研究还是一片空白。目前还没有针对各种结构体系进行系统的对比分析。
本文主要选择了 2 种异型柱框架体系，将其与传统方钢柱框架结构进行对比分析。通过对计算结果进行比较，能够为以后异型柱框架结构的推广使用积累经验。
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异型柱框架结构分析
1.1 结构分析模型
4. 得出结构分析模型的结果。
（1）对异型钢管柱钢结构体系进行多遇地震力下的弹性分析。
计算异型钢管柱结构构件的内力，采用刚性楼板假定。同时计算异型钢管柱结构构件的变形，也采用刚性楼板假定。
不考虑非承重墙体以及外挂墙板等这类非结构构件对结构体系所起到的有利作用。
（4）考虑二阶效应的不利影响。
分析时要考虑到钢框架梁的扭转变形以及弯矩情况，还要考虑钢框架柱的轴向变形、剪切变形、扭转变形以及弯矩情况，同时要考虑钢支撑的扭转变形、轴向情况和弯矩情况，以及消能梁段的弯曲变形和剪切变形情况。
1.2 结构计算参数
按照 GB/T 51232—2016《装配式钢结构建筑技术标准》的要求，所选用的计算参数如下。
楼面钢筋混凝土板与钢梁之间有可靠连接时，在结构进行弹性计算这一情况下，可以考虑钢梁和现浇混凝土板共同工作从而使刚度增强。
中高层和高层住宅在罕遇地震作用下的阻尼比均为 0.05。
参照相关规程的要求，本次异型钢管柱钢结构模型在地震作用下的结构自振周期，将考虑 0.9 这个折减系数。
02
异形钢框架与方钢柱框架对比分析
2.1 高层钢结构建筑对比
建筑地上有 20 层，每层的高度都是 3 米，所以总高度是 60 米。抗震设防的烈度为 7 度钢结构体系，设计基本的地震加速度值是 0.15 克（这里的 g 指重力加速度），设计地震被分组为第 2 组，建筑的场地类别属于第 4 类，基本风压是 0.5 千牛每平方米，地面的粗糙度属于 B 类。
两种结构所采用的竖向构件形式，在图 1 到图 3 中有所展示[2]。
（2）两种结构计算结果如表 1 所示。
上述 2 种钢框架 - 支撑结构模型计算所得结果较为相近。前 3 阶周期的误差大概在 5%左右。扭转周期比都小于 0.9。X 向和 Y 向的有效质量系数都大于 90%。位移角以及层间位移比的误差不超过 5%。基底剪重比都大于 1.6%。刚重比也都满足规范要求的限值，所以可以不考虑重力二阶效应。[id_200475084]
2.2 小高层钢结构建筑对比
建筑地上有 10 层，每层的高度都是 3 米，所以总高度是 30 米。抗震设防的烈度是 7 度，设计的基本地震加速度值为 0.15 克，设计地震被分为第 2 组，建筑的场地类别属于第 4 类，基本风压是 0.5 千牛每平方米，地面的粗糙度属于 B 类。
（1）2 种结构采用的竖向构件形式如图 4、图 5 所示。
（2） 两种结构计算结果如表 2 所示。
所以可以不考虑重力二阶效应。结构体系较为合理，计算指标趋于一致，没有出现异常指标。
03
结 语
本文主要进行了两方面的对比，一是对高层住宅建筑，将采用异型钢管柱钢结构与采用方钢柱框架的设计进行对比；二是对小高层住宅建筑，把采用异型柱钢结构和采用方钢柱框架的设计进行对比。主要结论如下。
异型柱框架结构替代方钢柱框架结构是可行的。
建议计算软件增添对异型柱构件选型的快速支持，这样设计师就能更便捷地对这类工程进行设计。
建议在钢结构设计规范里增添异型柱钢结构体系的相关章节内容，以便设计人员能够使用。
参考文献：
刘军和陈敖宜所著的《钢结构住宅与组合结构》一书由天津大学出版社于 2011 年出版，出版地点在天津。
许成祥与祈香文对异型截面钢管混凝土结构的研究现状进行了分析。该研究成果发表于 2010 年的《长江大学学报(自然科学版)理工卷》第 7 卷第 3 期钢结构体系，其内容涵盖 126 至 130 页。
作者简介：
黄强出生于 1982 年，他是一位高级工程师。他主要从事的工作包括房屋建筑设计以及城市更新。目前，他在上海建科建筑设计院有限公司任职。
END
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