多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计探究
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作者:康利慧
作者简介：康利慧（1984―），女，本科，工程师，研究方向为结构设计。
摘要：在社会快速发展环境之下，更多类型建筑结构被应用于实践当中，多层钢结构模块、钢框架梁这类复合结构就是其中之一，在工业、写字楼等建筑当中有V泛应用。由于此类结构优势独特，所以得到了推广应用。本文以某办公楼项目设计为例，论述钢结构模块设计和传统钢结构设计存在的异同之处，并对结构周期、顶点位移、层间位移、用钢量进行全面计算，判断结构是否能够满足规范要求。
关键词：多层钢结构 钢框架 复合建筑 结构设计
中图分类号：TU72
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-9737
Abstract： Under the environment of rapid social development， more types of building structures are used in practice. Composite structures such as multi-storey steel structure modules and steel frame beams are one of them， which are widely used in industrial， office buildings and other buildings. Due to the unique advantages of this type of structure， it has been popularized and applied. The following takes the design of an office building project as an example to discuss the similarities and differences between the steel structure module design and the traditional steel structure design， and comprehensively calculate the structure period， vertex displacement， inter-story displacement， and steel consumption to determine whether the structure can meet the requirements. requirements.
Key Words： Multi-storey steel structure; Steel frame; Composite building; Structural design
当前，在建筑结构设计当中，多层框架这类结构，此类结构的钢桁梁、钢梁及钢桁架属于重要构架，利用焊接、螺栓连接等方式，结构节点较多，因此施工量较大。钢结构模块不同单元连接简单，通常由模块制作公司提供节点，专用节点利用螺栓拉杆和插销进行连接，能够确保不同模块连接节点刚度、强度。且专用节点的结构简单，便于施工，适合模块单元各结构之间的连接，因此对多层钢结构、钢框架这类复合建筑的合理设计，能够充分利用结构优势，具有建设周期短，造价低多种优势。
1 项目概况
本项目所属办公楼建筑，建筑整体结构3层，局部结构有4层，第1层的结构高5.4m，其他层为标准层，高3.9m，整体建筑高16.4m，建面共计2538m2，所属多层建筑，未设计地下空间结构，以钢结构模块、钢框架复合这类结构展开设计[1]。
2 多层钢结构模块和钢框架复合建筑的结构设计策略
2.1 结构选择
因为钢结构模块建筑设计具备尺寸方面要求，所有模块单元都在工厂统一加工，之后直接运送到施工现场，进行安装和吊装。按照国家在道路运输方面的要求，综合考虑结构吊装施工需求，本项目模块单元在宽度设计方面介于2.5～3.5m，高度设计在4.2m以内。
分析建筑使用功能，由于本项目属于办公楼建筑，第1层需要设置展示区和员工休息区，这类结构空间相对较大，首层高度5.4m，同时，建筑第2层还设计天桥结构，能够通往工厂，所以本工程没有完全设计模块体系。结合上述分析，选择复合结构体系，在第1层结构和第2层、第3层选择传统的钢框架设计结构，剩余部分利用钢结构模块设计。
2.2 划分模块
根据建筑平面设计图，对于单元模块进行划分，将传统钢框架结构去除，剩余部分划分为长度7.5～8.0m不等的模块单元，划分以后模块单元共有51个，模块宽度介于2.4～4.5m，模块高度3.7m。因为钢结构模块整体上利用钢框架结构，所以还可将其细化为不同的模块单元，具体内容如下。第一，普通模块，这类单元4角存在模块柱4根，还有天花板梁、地板梁和次梁结构，这类结构适合应用在敞开的办公区域。第二，中柱模块，此类单元是通过普通模块的变化，将中柱置于其中，中柱设计在横向模块当中，保持上下贯通的状态，这种结构之下，能够保证多点连接结构整体性优越。第三，支撑模块，顾名思义，这类模块内部存在支撑，可以将建筑钢度提升，主要设置在楼梯位置或者建筑周围。第四，角部加强模块，此类单元模块处于建筑的脚部位置，设计目的是防止局部边角部分的柱结构过于单薄。
上述模块单元使用构件为冷弯矩形钢管和方钢管，全部在工厂当中焊接与连接。第1层框架结构、矩形钢管柱组成，选择贯通式节点作为梁柱节点，将钢柱用隔板打断，通过螺栓混接的方式连接梁柱，保持结构整体的受力情况。选择模块单元设计，便于安装，符合建筑工期方面要求。
2.3 构件设计
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