裝配式集裝箱房屋結構設計
通過對常見集成房屋結構形式的對比,裝配式集裝箱房屋采用輕鋼框架結構體系,輕鋼框架結構體系具有質量輕,結構穩定的特點。同時,針對集成房屋裝配式建造的要求,對結構體系進行優化設計,采用鋼結構模塊化設計,實現輕鋼框架結構的工廠化生產,現場拼裝施工。
1、輕鋼框架結構
由上述集成房屋結構形式對比,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構形式。
輕鋼框架結構是由一系列的梁和柱相互連接而組成的一種結構體系。無論房屋的縱向還是橫向均應布置框架結構體系,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。框架結構剛度均勻,延性較大,自振周期較長,能較好,地震區的鋼結構應該采用剛接的框架結構,地震較大時候,為了 結構的延性應該采用半剛性連接的框架結構,外圍框架還是采用剛接框架ys}。該體系在建筑體系中技術成熟,使用多,一般應用于6層及以下的低層、多層建筑和設防烈度相對較低的地區, 1~3層住宅也多采用此形式。
輕鋼結構框架體系的優點包括: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)設計簡單,受力和傳力體系明確:4)桿件形狀規則,制造和安裝都很簡單,施工。
裝配式集裝箱預制艙輕鋼框架結構體系由框架梁、柱共同作用抵抗豎向荷載和水平荷載。由于其側向剛度小,抗側力有限,當結構層高較人時,需設置側向支撐形成支撐框架結構。側向支撐可結合樓梯間布置,對結構水平位移的控制。輕鋼結構的框架節點一般做成剛性連接。但是由于集成房屋一般層高較低,抗側剛度對結構影響不大。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、鋼結構模塊化設計
裝配式集成房屋需要盡可能的實現工廠化生產,高度的裝配式化施工,同時也為了減少構件加工過程中和施工過程中產生的誤差積累,在此對裝配式集成房屋輕鋼框架結構采用鋼結構模塊化設計。
為了能夠滿足鋼框架結構的模塊化拆分的需要,在裝配式集成房屋的鋼框架結構中,柱采用方鋼柱:結構的中間部分的梁構件采用槽鋼組合梁,結構的邊梁采用H型鋼。結構拆分為鋼結構模塊后,位于建筑中間部位的鋼結構模塊的柱為方鋼柱,梁為槽鋼;位于建筑的外側鋼結構模塊,柱為方鋼柱,外邊梁為H型鋼,內側梁為槽鋼。
鋼結構基本模塊的劃分形成,需根據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調整完成。
裝配式集裝箱撬裝房采用角柱支撐模塊,模塊構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,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,以方便運輸至現場。
角部支撐模塊的主要優越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建大的開放式空間。剛性框架不需要設置墻體內部支撐,可以進行全玻璃幕墻設計。
集裝箱活動房鋼結構基本模塊的外骨架通常設計成長方體,其尺寸往往與整個結構的模塊劃分相一致。一般情況下,由于該結構為框架結構形式,內部只存在少量的鋼柱,模塊組合后的空間較大,內部空間布置靈活,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,需要劃分出相應尺寸的模塊,若不適合劃分模塊,部分房間結構可以在相鄰模塊上留出接口,將加工好的梁、柱構件進行現場安裝,以適應房間功能需要。
3、鋼結構模塊連接
鋼結構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場安裝過程。單元之間可以形成剛性連接,結構的抗側剛度,可以 結構的性。
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留打孔,待模塊運輸至施工現場進行吊裝并與相鄰模塊對齊后使用預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。
集裝箱方艙鋼結構模塊單元連接為一個整體后,在建筑內部形成三種節點組合形式,部模塊連接節點,邊部模塊連接節點,內部模塊連接節點。