本发明属于乡村建设的居民房建造领域，特别涉及了一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系及设计方法。
背景技术：
1、钢结构装配式民居作为一种新型的建筑形式，近年来在我国得到了广泛的关注和发展。国内较早且较为成熟的低层装配式建筑体系，是最早由北新建材从日本引入技术，率先进行市场化推广的低层冷弯薄壁型钢房屋。该体系墙体结构的承重墙由立柱、顶导梁和底导梁、支撑、拉条和撑杆、墙体结构面板等部件组成；非承重墙可不设置支撑、拉条和撑杆，墙体立柱的间距宜为400mm～600mm。
2、这种结构的密集龙骨设计导致居住空间相对紧凑，从而限制了建筑空间布局的灵活性。尤其是在底层，建筑功能多为会客空间，因此具有良好通透性的建筑往往能给人一种开阔、明亮的感觉，这可能需要通过较大面积的窗户或门、透明材质的运用等方式来实现，让人们可以从建筑内部清晰地看到外部的景象，减少视觉上的阻隔感。另外对功能可变性的追求，也使得具有密集龙骨的冷弯薄壁型钢房屋成为不可能。这种体系限值了人们对美丽乡村居住空间的追求。
3、现阶段国内冷弯薄壁型钢房屋虽然加工设备成熟，所有构件可以实现完全工厂预制化，但因为部品部件数量多，现场安装工序复杂，安装效率低，且施工质量受现场工人水平影响较大，总体施工质量难以保证。
4、国内针对低层冷弯薄壁型钢房屋，规范没有给出详细的计算控制方法，多是参照现在其他规范执行，尤其是本发明将提到的新型乡村民居结构体系，更是缺乏计算分析参考方法，使建设者无从下手，影响此类结构的推广应用。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系及设计方法，本发明采用底层为钢框架结构、二三层为碳硅模块墙体的装配式钢结构民居结构，解决了现有民居结构体系中空间运用不足、加工工序复杂等问题。
2、本发明所采用的技术方案如下：
3、装配式钢结构体系主要由设置在基础上方的一层钢框架结构和置于钢框架结构之上的若干层连续的冷弯薄壁型钢结构组成；所述钢框架结构作为装配式钢结构的底层，主要由钢框架柱、以及布设于钢框架柱之间的钢框架梁连接组成；冷弯薄壁型钢结构作为装配式钢结构的顶层和中间层，主要由碳硅模块墙体、以及布设于碳硅模块墙体之间的冷弯薄壁型钢梁连接组成。
4、所述冷弯薄壁型钢结构中相邻两个碳硅模块墙体之间通过冷弯薄壁型钢梁连接，碳硅模块墙体和冷弯薄壁型钢梁之间通过冷弯薄壁型钢梁或梁墙连接节点连接，相邻两个冷弯薄壁型钢梁之间通过冷弯薄壁型钢梁或梁梁连接节点连接。
5、所述的碳硅模块墙体采用硅酸钙面板，且碳硅模块墙体内部填充有用于保温和隔声的保温材料，所述碳硅模块墙体的底部通过锚栓连接件与下一层的楼板之间固定连接。
6、所述钢框架结构中相邻两根钢框架柱之间通过钢框架梁连接，钢框架柱和钢框架梁之间通过钢框架梁或梁柱连接节点连接，相邻两根钢框架梁之间通过钢框架梁或梁梁连接节点连接；所述钢框架结构中的钢框架柱采用钢柱或钢管混凝土柱，钢框架柱的横截面形式为h型、矩形、圆形、t型、l型和十字型中的一种，钢框架梁采用窄翼缘h型钢，且钢框架梁的翼缘宽度不大于钢框架柱的宽度。
7、所述装配式钢结构体系中，对底层位移、底层与二层之间的侧向刚度之比、以及底层与二层之间的抗剪承载力之比设置有约束条件。
8、所述底层位移的约束条件为：在预设的水平风荷载标准值或多遇地震作用标准值作用下底层产生的层间位移与层高之比不大于1/400；
9、所述底层与二层之间的侧向刚度之比 γ的约束条件如下：
10、0.8＜ γ≤5
11、 γ=( v1 δ1)/ ( v2 δ2)
12、其中， γ表示底层与二层之间的侧向刚度之比； v1和 v2分别表示底层和二层的地震剪力标准值； δ1和 δ2分别表示底层和二层在地震作用标准值作用下的层间位移；
13、所述底层与二层之间的抗剪承载力之比 η的约束条件如下：
14、 η≥1.0
15、 η= f1/ f2
16、其中， η表示底层与二层之间的抗剪承载力之比； f1和 f2分别表示底层和二层的抗剪承载力。
17、所述的碳硅模块墙体包括龙骨架、保温材料和硅酸钙面板；所述龙骨架沿厚度方向的两侧分别固定连接有两个硅酸钙面板，且龙骨架与硅酸钙面板平行设置，保温材料填充于龙骨架内，且保温材料与硅酸钙面板接触，龙骨架内还可以连接有用于防止龙骨架变形的支撑杆件。
18、所述装配式钢结构体系中底层的楼面板采用板厚不小于120mm的现浇钢筋混凝土楼板或钢筋桁架楼承板，且底层的楼面板不开设任何孔洞。
19、所述装配式钢结构体系中间层的楼面板采用压型钢板-混凝土组合楼板。
20、所述装配式钢结构体系顶层的屋面板采用龙骨模块板，所述龙骨模块板主要由在钢龙骨桁架上铺含合成木材osb板而形成，龙骨模块板自下而上依次铺设有防水卷材和屋面瓦。
21、一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系的设计方法，包括以下步骤：
22、步骤s1、首先，在结构分析软件中对所述装配式钢结构体系中的梁、柱、墙构件的类型、尺寸和排布方式进行设置并构建，得到装配式钢结构体系对应的三维模型；
23、步骤s2、接着，利用结构分析软件对步骤s1中构建好的三维模型进行力学性能模拟计算，判断当前的三维模型是否满足承载力设计要求，若满足承载力设计要求，则根据当前的三维模型对施工现场装配式钢结构体系中各个构件的尺寸、类型和排布方式进行设置；若不满足承载力设计要求，则回到步骤s1重新设置各个构件的尺寸、类型和排布方式，直到三维模型满足承载力设计要求。
24、所述步骤s2中对三维模型是否满足承载力设计要求的判断方式如下：
25、若三维模型的底层位移、底层与二层之间的侧向刚度之比、以及底层与二层之间的抗剪承载力之比均满足约束条件，则该三维模型的承载力满足设计要求；
26、否则，则该三维模型的承载力不满足设计要求；
27、所述底层位移的约束条件为：在预设的水平风荷载标准值或多遇地震作用标准值作用下底层产生的层间位移与层高之比不大于1/400；
28、所述底层与二层之间的侧向刚度之比 γ的约束条件如下：
29、0.8＜ γ≤5
30、 γ=( v1 δ1)/ ( v2 δ2)
31、其中， γ表示底层与二层之间的侧向刚度之比； v1和 v2分别表示底层和二层的地震剪力标准值； δ1和 δ2分别表示底层和二层在地震作用标准值作用下的层间位移；
32、所述底层与二层之间的抗剪承载力之比 η的约束条件如下：
33、 η≥1.0
34、 η= f1/ f2
35、其中， η表示底层与二层之间的抗剪承载力之比； f1和 f2分别表示底层和二层的抗剪承载力。
36、本发明的技术原理如下：
37、本发明采用底层钢框架-二三层冷弯薄壁型钢结构的建筑体系，现有规范没有对这种体系变形的控制，尤其是在首层的框架，本发明提出按1/400控制，避免首层刚度过柔，对二三层产生不利的影响。二三层的侧移可以按照《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》jgj227-2011中，对冷弯薄壁型钢房屋结构侧移限值的要求。
38、首层框架楼盖的结构板是重要的转换部件，二层部分碳硅模块墙体可直接落在楼板上，楼板承担竖向力和传递水平力，楼板面内应有足够的刚度，符合面内无穷刚的假定，本发明提出板厚不小于120mm，且板平面内不应有开洞。
39、底层钢框架-二三层冷弯薄壁型钢结构的建筑体系首层开间和进深比较大，二、三层采用抗剪墙，容易在首层形成薄弱层，控制底层与二层侧向刚度比大于0.8，且抗剪承载力比大于1.0是为了保证底层强框架，地震作用下底层不首先发生破坏，地震往复作用下屈服发生在二层。但底层刚度过大，也会造成结构竖向刚度的突变，当二层与首层刚度差异越多时，结构的高振型反应越明显，因此本发明提出了控制首层与二层刚度比不大于5。
40、本发明的有益效果为：
41、1、本发明的装配式钢结构体系融合了上部冷弯薄壁型钢结构和底层钢框架结构，形成了一种上轻下重、上柔下刚的混合结构体系，这种结构体系相较于传统结构具有显著优势：底部钢框架结构提供了更大的进深和开间距离，从而增加了建筑的使用面积，并提供了更加灵活的空间布局。
42、2、采用装配式钢结构体系，增加了底部空间的通透性和可变性。这种设计不仅适用于住宅建筑的低层，还可以用于下层商铺、车库等多功能建筑，既方便了居民的生活，又提高了结构的实用性。
43、3、本发明中碳硅模块墙体的采用，大大减少了现场安装的构件数量，简化了现场安装流程，便于提高安装的安装质量。
44、4、本发明的装配式钢结构体系不仅轻便、经济，而且能够满足抗震设计的要求。它通过增加结构的整体抗侧刚度，有效避免了底部薄弱层的形成，从而提高了结构的稳定性和安全性。
1.一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述冷弯薄壁型钢结构（2）中相邻两个碳硅模块墙体（2.1）之间通过冷弯薄壁型钢梁连接，碳硅模块墙体（2.1）和冷弯薄壁型钢梁之间通过冷弯薄壁型钢梁或梁墙连接节点连接，相邻两个冷弯薄壁型钢梁之间通过冷弯薄壁型钢梁或梁梁连接节点连接；所述的碳硅模块墙体（2.1）采用硅酸钙面板，且碳硅模块墙体（2.1）内部填充有用于保温和隔声的保温材料，所述碳硅模块墙体（2.1）的底部通过锚栓连接件与下一层的楼板之间固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述钢框架结构（1）中相邻两根钢框架柱（1.1）之间通过钢框架梁（1.2）连接，钢框架柱（1.1）和钢框架梁（1.2）之间通过钢框架梁（1.2）或梁柱连接节点连接，相邻两根钢框架梁（1.2）之间通过钢框架梁（1.2）或梁梁连接节点连接；所述钢框架结构中的钢框架柱（1.1）采用钢柱或钢管混凝土柱，钢框架柱的横截面形式为h型、矩形、圆形、t型、l型和十字型中的一种，钢框架梁（1.2）采用h型钢，且钢框架梁（1.2）的翼缘宽度不大于钢框架柱（1.1）的宽度。
4.根据权利要求1所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述装配式钢结构体系中，对底层位移、底层与二层之间的侧向刚度之比、以及底层与二层之间的抗剪承载力之比设置有约束条件；
5.根据权利要求2所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述的碳硅模块墙体（2.1）包括龙骨架（2.3.1）、保温材料（2.3.2）和硅酸钙面板（2.3.3）；所述龙骨架（2.3.1）的两侧分别固定连接有两个硅酸钙面板（2.3.3），且龙骨架（2.3.1）与硅酸钙面板（2.3.3）平行设置，保温材料（2.3.2）填充于龙骨架（2.3.1）内，且保温材料（2.3.2）与硅酸钙面板（2.3.3）接触，龙骨架（2.3.1）内还连接有用于防止龙骨架（2.3.1）变形的支撑杆件。
6.根据权利要求1所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述装配式钢结构体系中底层的楼面板采用板厚不小于120mm的现浇钢筋混凝土楼板或钢筋桁架楼承板，且底层的楼面板不开设任何孔洞。
7.根据权利要求1所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述装配式钢结构体系中间层的楼面板采用压型钢板-混凝土组合楼板。
8.根据权利要求1所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系，其特征在于：所述装配式钢结构体系顶层的屋面板采用龙骨模块板，所述龙骨模块板主要由在钢龙骨桁架上铺含合成木材osb板而形成，龙骨模块板自下而上依次铺设有防水卷材和屋面瓦。
9.如权利要求1-8任一所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种适用于乡村民居的装配式钢结构体系的设计方法，其特征在于：
