摘要：作为房屋建筑中的重要形式和组成内容，多层钢结构与钢框架复合建筑在房屋建筑中的应用十分广泛，故而对其进行分析和研究有着十分重要的现实意义。本文针对多层钢结构模块和钢框架复合建筑结构的设计进行分析与分析，以期能够对其发展应用能够有所帮助。
关键词：多层钢结构模块；钢框架结构；特点；分析研究
随着我国经济化和社会的持续稳定发展，房屋建筑成为人们一直关注的焦点。不同的房屋建筑结构，其各自的设计要求和施工特点也时不同的。在房屋建筑中时是选用钢结构还是钢框架或者时二者兼具的复合结构，要根据实际需求来定。在此形势下，本文针对多层钢结构与钢框架复合建筑的结构进行设计和分析以期能够对其应用和发展有所助益。
1、钢结构模块与钢框架结构概述
多层钢结构应用较广，其主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，采用焊缝、螺栓或铆钉连接的方式连接各个构件。钢结构自重较轻，且施工简便，故而应用十分广泛。而钢框架结构则是由钢梁和钢柱所组成的能承受垂直和水平荷载的结构。钢框架结构的杆件一般采用实腹式或构件式。钢杆件的连接一般用焊接，也可用高强螺栓或铆接。房屋建筑的实际过程中要结合实际需求，结合两种结构都有其各自的特点，选择使用哪一种结构，当然也可以采用兼具两种方式的复合结构。
2、多层钢与钢框架复合建筑结构的设计及要求
2.1总体设计
本文将对首层有大空间，二层有天桥的建筑进行分析和设计，所以不采用单独的钢结构或钢框架纯，而是结合建筑的功能需求，采用为钢结构模块与钢框架复合结构体系，即首层和二层和三层采用钢框架结构，其他模块则采用钢结构模块。
2.2建筑结构模块单元的划分
建筑平面图以及模块划分图如图1和图2所示，在建筑的西南角采用钢框架结构，其余采用钢结构和钢框架的复合结构，并根据实际将其分析若干个小模块。每个模块其长度大约为8米，宽度约为3.5m，高度约为 3.6m，其具体尺寸根据实际情况可以进行大致调整。
在确定了划分了建筑的结构模块以后便确定其模块类型，这些模块在总体上采用传统的钢框架结构，然后再根据其具体的结构形势将其分为普通模块单元、中柱模块单元、支撑模块单元以及角部加强模块单元等。普通模块主要由四根模块柱、地板梁、天花板梁和次梁；中柱模块则是再普通模块的基础之上加入中柱，以提升建筑的整体性；支撑模块单元则是通过在模块单元内设置支撑，用以提升建筑的抗侧刚度；为了避免角部单柱过于薄弱，在角部模块模块的实际结构构成中，其构件均采用焊接的方式，将冷弯方钢管和冷弯矩形钢管连接再一起[1]。
2.3结构体系设计
对于建筑的结构体系设计，首层建筑选择钢框架结构，其框架皆由长方形钢管桩和H型钢梁组成。对于梁柱的节点则采用隔板贯通式节点，以便满足快速施工的需求。对于建筑中所使用到的钢材皆采用Q345B钢，而所设计的建筑模块的次梁间距小于2米，以满足楼板的搭方要求。
2.3.1模块单元的构件设计
对于模块单元的采用强梁弱柱的构造体系，使得与柱交汇的梁截面比柱截面大，以满足抗震设计的相关要求。在建筑二层模块中浇筑强度等级为C40的混凝土，以便将轴压比控制在0.4以内。模块的柱截面根据实际需求选择符合要求的规格，而相应的梁截面宽度选择为150mm。
2.3.2模块单元的节点设计
模块单元之间的节点连接可根据实际情况，在确保模块间角部连接节点的强度与刚度的原则下，选择插销连接、螺栓拉杆连接、特质铆钉连接等组合方式。该节点体系将模块单元分离的结构连接成具有整体刚度的结构体系，可应用在多层的钢结构模块建筑中。本次所设计的复合建筑的结构，需要在首层钢框架的部分上部进行模块单元的搭放，所以可以将模块节点与隔板贯通式节点隔板贯通式节点相结合，其连接方式如图4所示，即对钢框架上部隔板进行改造，使其具有插销连接件的形式，并在其端部焊接一垫块并搭接模块梁；将钢柱打断，并对其部分内部进行十字肋板的焊接，从而加强节点区域的连接；此外，还要在对应垫块下部的中间部位，腹板两侧各焊接一块加劲肋，防止腹板局部失稳[2]。
3、结构设计的相关计算
3.1结构计算参数
在对多钢板和钢框架复合建筑进行结构设计时，要根据相关防震的要求和地质资料，对其进行抗震分析。假设抗震设防烈度为八度，基本地震加速度为重力加速的20%，其地震分钟为第一组，丙类建筑，特征周期为0.65s，基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度为B类，抗震等级为三级。在对其进行分析计算时，要结合恒载恒、活载荷、风载荷以及地震作用等工况[3]。
3.2节点简化分析
为了進行抗震分析，需要对这些节点进行简化，并借助相关的软件建立起简化模型。其简化节点如图5。这样的模型及其连接方式，可以使得短柱之间的铰与拉杆可以传递弯矩，实现刚接的效果。
3.3借助建模软件建立结构模型
本文选自使用ANSYS有限元软件建立简化的十字节点模型，并以此展开其相关模型模拟，由于其实际过程相对复杂，本文就不再一一赘述。从模拟实验的结果来看，这样的简化设计时合理的，其模型模拟的结果也复合相关的抗震要求。
4、计算结果与分析
通过借助软件建立的相关模型，并以此展开计算。由于其计算极其复杂以及本文受到篇幅限制，就不再详细描述。从对模型进行分析和计算的结果来看，就总体而言，从所设计建筑的模型结构的周期与振型、模块结构顶点的位移、各楼层的层间位移角和位移比、结构的应力和相关的用钢量以及模型的弹性时程等方面进行相关的分析和计算，可以得出相关的计算结果符合相关的抗震要求。故而改设计时符合建筑设计要求的。
小结：
结合多层钢模块结构和传统钢框架各自的特点，本文对二者的复合式结构建筑进行相关的设计和分析，并通过利用相关软件建模和计算，确定该设计符合相关的设计要求。
参考文献：
[1]张鹏飞，张锡治，刘佳迪，陈志华.多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与分析[J].建筑结构，2016，46（10）：95-100.
[2]张鹏飞.多层钢结构模块结构设计与力学性能研究[D].天津大学，2016.
[3]刘强.基于FCM算法的多层钢框架模糊优化设计[D].山东建筑大学，2011.