装配式建筑先进成熟新技术:装配式钢框架交错桁架结构体系

装配式钢框架交错桁架结构体系

装配式钢框架交错桁架结构体系是由框架柱、横向平面桁架和楼板组成，柱布置在房屋的外围，无中柱，桁架的高度与楼层高度相同，长度与房屋结构宽度相同，桁架两端支承于外围框架柱上，沿高度方向，桁架在相邻框架柱上为上、下层交错布置。楼板一端支承在桁架的上弦，另一端支承在相邻桁架的下弦。可形成两倍柱距的大开间，在建筑功能上获得较大的开间和进深，便于自由布置。桁架跨中节间可不设斜腹杆，做成矩形门洞，设置走廊或联通相邻房间。目前针对公寓类钢结构建筑产品几乎都采用钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢框架-钢板剪力墙结构等，其用钢量大，成本高，未能适应公寓类建筑高度标准化的需求，交错桁架结构的特点与公寓类建筑的需要高度吻合。

图1  交错桁架轴测图

图2  桁架的吊装施工

由于交错桁架结构空间受力协同的特点，其在地震作用或风荷载产生的水平力作用下楼板参与到结构整体计算中，在设计阶段应充分考虑楼板协同工作的特点进行整体分析与计算，不能采用传统的框架体系的理论来考虑楼板与主体结构的变形协调，尤其要考虑楼板与平面桁架弦杆连接的抗震构造措施及计算复核。

交错桁架的结构主要包括钢柱、平面桁架、框架梁，在生产阶段钢构件除应满足钢结构质量标准外，应着重保证平面桁架的精度，采用标准化的模台进行加工制作，在运输过程中应采取措施保证桁架面外不产生变形。

1. 在设计方面的技术指标

（1）交错桁架结构技术体系的设计与施工应符合国家现行标准《交错桁架钢结构设计规程》JGJ/T 329、《建筑抗震设计规范》GB 50011、《钢结构设计标准》GB 50017等的有关规定；

（2）结构的安全等级和设计使用年限满足现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068的规定；交错桁架结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计； 

（3）交错桁架结构在分析竖向荷载作用时，不宜计入组合梁效应；交错桁架结构在分析横向水平荷载作用时，宜计人组合梁效应；

（4）交错桁架结构的经济高宽比宜为3~6，桁架的跨度不宜大于21m；桁架的跨高比宜为5~6；结构的纵向柱距宜为6~9m； 

（5）设计时采用空腹桁架时，桁架节点应设计成刚性节点，桁架弦杆与柱的连接应按刚性连接设计；采用混合桁架时，弦杆应连续，桁架腹杆与弦杆的连接、桁架与柱子的连接可按铰接设计。

2. 在生产制造方面的技术指标

构件制作完毕后，检查部门应按照施工详图的要求和本规程的规定，对成品进行检查验收。桁架制作的外形和几何尺寸的偏差应符合设计要求和国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205和《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定。

3. 在施工安装方面的技术指标

（1）应根据设计文件和施工图要求进行交错桁架钢框架结构的安装施工组织设计，并根据施工组织设计进行钢结构安装。安装的程序必须保证结构形成稳定的空间体系，且不导致结构永久变形。

1.  交错桁架结构的标准化 ：由于交错桁架结构独特受力特点，桁架的规格可以锁定，从而实现标准化的生产；

2.  一体化的集成技术 ：实现交错结构与建筑维护系统、设备系统、装修系统的一体化集成技术，尤其桁架与内隔墙的一体化技术解决钢结构的防火问题与管线一体化集成问题，从而减少防火涂料用量和施工现场二次切割，减少粉尘，实现绿色施工；

3.  交错桁架结构工业化生产 ；钢柱采用热轧H型钢柱，桁架腹杆采用成品矩形钢管，结合自动化焊接设备，实现交错桁架结构的自动化生产；

4.  经济性能好 ：用钢量节约20%，基础减少30%；

5.  空间可改造性好 ：可实现中间无柱的单跨结构，便于后期建筑改造；

6.  施工效率高 ：节点全螺栓连接，施工便捷；