淺議抗震鋼結構在民居建設中的應用研究

羅繼鵬

摘要：近年來，國內各級別地震時有發生，造成了巨大的損失，特別是對廣大農村地區造成嚴重的人員傷亡和財產損失，因此推廣抗震結構民居建設，具有非常重大的現實意義。而鋼結構憑借其自身良好的抗震性能，凸顯了其在民居建設中的重要作用。本文在建筑鋼結構抗震結構、性能以及實踐應用等方面做簡要分析，為鋼結構在民居建筑中的推廣做點基礎工作。

關鍵詞：抗震鋼結構;民居建設;研究

近年來，國內四川汶川、青海玉樹、云南魯甸、云南景谷等地相繼發生了震級較大的幾次地震災害，造成民居倒塌、人員傷亡、財物損失，給震區居民帶來了非常嚴重損失，因此抗震鋼結構民居建設成為一個重要的研究課題，本文就抗震鋼結構民居建設方面作簡要探討。

1、鋼結構抗震結構與抗震性能

1.1民居結構型式分析

對于民居建設結構而言，其結構形式上的不同使得建筑物本身的抗震效果也存在著一定的差異性。在普通民居建筑物中常見的有土木結構、磚混結構以及鋼筋混凝土結構，鋼結構建筑因歷史及社會經濟發展等原因，在民居建設中并未得到較好的推廣應用。傳統的土木結構、磚混結構以及鋼筋混凝土結構雖然抗壓性能較強，但是其抗拉能力、抗剪力非常有限，再加上廣大農村地區在建設過程中的不規范，更是削弱了結構本身的可靠度。在復雜的地震應力條件下，建筑物較容易會出現大面積損壞，甚至整個建筑結構的坍塌。而對于鋼結構民居而言，容易實現模塊化建設，建筑質量也能得到相應保障，能充分發揮其結構本身的抗震特性，不易出現倒塌現象，究其原因，主要是因為鋼結構本身具有較好的延展性及彈性變形能力，能較好實現“大震不倒、中震可修、小震不壞”的抗震理念，這樣就可以最大限度地保證人的生命安全，并減少財產損失。

1.2鋼結構民居抗震結構與性能

鋼結構民居的抗震結構與性能，主要體現于鋼梁、鋼柱以及樓板屋面支撐體系三方面。傳統民居建設主要以二至三層建筑為主，結構體系主要分兩種體系。一種是型鋼結構，建筑物的梁柱均以型鋼安裝而成，如焊接H型鋼梁、鋼柱或成品鋼管柱結合H型鋼梁等。一種是輕鋼結構，結構體系沒有明顯的梁柱區分，整體以輕鋼結構安裝而成，如C型鋼、薄壁工字鋼以及其他槽鋼。地震災害發生時，鋼結構本身可發揮其彈塑性優勢，通過構建及節點變形以吸收或者減弱地震帶來的沖擊力，從而從整體上提高抗震性能。

1.3鋼結構抗震設計選型

地震災害的發生具有突發性特點，而且在此過程中會釋放出大量的能量釋，地震發生時民居建筑結構的載荷表現出交變性、瞬時性以及隨機性。通常先縱波然后再橫波，其中橫波持續時間可達1分鐘的時間。民居建筑抗震的重點在于結構的抗震性，通過對震后建筑結構的損害情況研究可知，民居建筑結構整體抗震性能相對較差，而且容易出現脆性破壞現象。所以減少地震傷亡、民居建筑地震設防之間存在著較大的關聯性。然而，若想憑借著民居建筑結構的堅固性抵抗地震力破壞，幾乎是無法實現的，必須使民居結構具有柔性、以柔克剛，使民居建筑結構從原來劇烈的擺動狀態逐漸變得緩慢、穩定，這樣可以有效減少地震對民居建筑的破壞。該種抗震鋼結構民居建設，即從傳統“硬抗”，逐漸轉變為現在的“軟抗”，鋼結構本身的柔性可對強烈的震動起到緩沖作用;通過該種方式，可以使民居建筑結構處于一種彈性狀態，吸收或者阻斷地震能量向民居建筑結構上傳遞，增強民居建筑結構的抗震能力。

2、民居建設中的抗震鋼結構應用實踐

民居建設主要分部在廣大農村地區，建設會經常性的受到施工技術薄弱、施工機械缺乏、施工道路不暢、施工成本偏高等一系列不利因素限制，給鋼結構建筑的推廣帶來較大阻力。所以研究出模塊化的建筑模型，將有利于鋼結構的大面推廣。

2.1空間標準化

根據對農村住宅的基本功能與滿足功能所必須的尺寸，可以把農村住宅空間提取為以下幾個標準單元：（1）適用于堂屋，起居室的標準單元;（2）適用于臥室，書房的標準單元;（3）適用于衛生間、樓梯、儲藏空間的標準單元;（4）適用于廚房餐廳的標準單元;（5）適用于外廊和陽臺的標準單元。為了配合鋼結構住宅的結構特性，保證平面的盡量規整，每個標準單元至少與其他的標準單元有一個邊的長度相同，便于標準單元之間的銜接。

2.2空間可變性

由于鋼結構自身的特點，在鋼框架結構體系下，可以使得住宅做到只有四周的外墻承重，室內的分隔墻都采用不承重的輕質墻體，全部可以拆除，除了有固定管線的廚衛空間外，其他所有空間都可以進行重組，這樣就為空間的可變性提供了方便。從農村的居住需求看，可以分為兩類：一種是可以針對人口的迅速增多或減少，調整空間格局;另一種是在很長的一段時間內，家庭結構的改變所產生的住宅可變性的需求

3、空間標準化是鋼結構住宅在農村推廣的前提

鋼結構的施工需要有技術基礎的工人進行操作，而當前農村地區的施工隊只熟悉磚混結構的施工。如果鋼結構住宅在農村地區進行大量的建設就必須聘用一些熟悉鋼結構施工的技術工人，考慮基本建設投資效益的提高，節省人工費，需要走工業化道路。要真正地發揮出鋼結構住宅施工環境安全環保、制造安裝快速、拆遷簡便、工業化生產等優點，應當選擇能標準化、工業化生產的構配件。墻體圍護材料應該盡量使用能整體安裝和生產的復合型墻體板材，如新型輕質墻板、復合墻板以及輕質龍骨架墻板等。農村住宅空間平面的設計決定了這些構配件的規格、種類，為了使得這些標準化構配件不至于種類繁多從而影響鋼結構住宅在農村地區的初步推廣，進行農村住宅空間標準化的研究顯得很有必要。農村住宅空間的標準化設計不僅能確保住宅符合國家標準，達到規定的質量要求，并且能以最少的工作量及時地提供大量工程的設計資料。

結語：雖然將鋼結構建筑融入進民居建筑領域，存在著技術、經濟、意識等種種問題，但其良好的抗震性能使其市場發展潛力非常大，而且也符合長遠的節能環保以及可持續發展要求。因此，應當不斷創新和改進民居抗震鋼結構形式，探索與結構匹配的建筑新材料，降低鋼結構建筑總體成本，將鋼結構真正融入到民居建設中，為我國減震減災以及新城鎮化建設事業做好基礎工作。

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