多層輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

倪 進(jìn)，靳 亮

（江蘇智方建設(shè)工程有限公司，湖北 武漢 430079）

1 輕鋼結(jié)構(gòu)的概述

1.1 輕鋼結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介

鋼筋結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的鋼板的厚度小等于10mm的鋼板成為輕鋼結(jié)構(gòu)。目前業(yè)內(nèi)對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)有兩種解釋，一是指在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的“圓角型鋼、小角鋼的輕型鋼結(jié)構(gòu)”，另一種是指用輕型材料制作的鋼結(jié)構(gòu)[1]。

1.2 輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

與重鋼結(jié)構(gòu)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：一是輕鋼結(jié)構(gòu)采用的材料高效輕型薄壁，這種材料的強(qiáng)度高、所占面積小和自重輕等特點(diǎn)；二是輕鋼結(jié)構(gòu)的配件構(gòu)件都屬于自動(dòng)化、連續(xù)化和高精度的生產(chǎn)，其產(chǎn)品的規(guī)格系列化、定型化、配套型；三是能夠以小步的時(shí)間差進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、平面圖的繪制、計(jì)算機(jī)的模擬安裝和工廠的制造、施工地的安裝等；四是新型材質(zhì)適用范圍廣泛，輕鋼結(jié)構(gòu)的采光和通風(fēng)度好；五是輕鋼結(jié)構(gòu)可以實(shí)時(shí)搬遷、輕鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件和材料能夠回收利用，避免了環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，符合我國(guó)現(xiàn)階段的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

1.3 國(guó)際輕鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展帶來的環(huán)境影響越來越大，近幾年來，隨著國(guó)際環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，國(guó)外諸多國(guó)家也在積極推動(dòng)這種節(jié)能環(huán)保的輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究。

1.4 輕鋼結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)前景

由于受到輕鋼結(jié)構(gòu)體系及其材料的局限，到目前為止，這種結(jié)構(gòu)的建筑和房屋住宅的層級(jí)不能超過6層，受到土地資源和價(jià)格因素的限制，使得眾多房產(chǎn)商家對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的投資極其有限。

2 多層輕鋼結(jié)構(gòu)的體系設(shè)計(jì)

2.1 多層輕鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)架

多層輕鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)架一般包括了多層輕鋼結(jié)構(gòu)的框架、多層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件斷面和輕鋼結(jié)構(gòu)中的梁、柱的節(jié)點(diǎn)等?？蚣艿倪x取要根據(jù)建筑施工的形狀進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，當(dāng)施工平面為規(guī)則的矩形形狀時(shí)，框架的結(jié)構(gòu)是從縱橫方向分別平行的框架構(gòu)成，這種框架可以采用柱貫通型的節(jié)點(diǎn)對(duì)框架進(jìn)行簡(jiǎn)化；第二種是當(dāng)施工的平面形狀為不規(guī)則的形狀時(shí)，框架由多個(gè)方向非正交相連構(gòu)成，這種構(gòu)成方式的節(jié)點(diǎn)相對(duì)復(fù)雜，通常采用的節(jié)點(diǎn)不得不是兩貫通型的節(jié)點(diǎn)方式。

由鋼板焊接形成的箱型斷面適用于抗震建筑中的框架，構(gòu)建的斷面也可以采用熱焊接形成的F型鋼管等。我國(guó)目前的鋼管型號(hào)基本滿足了我國(guó)多層輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的需要。

對(duì)柱節(jié)點(diǎn)和梁節(jié)點(diǎn)的體系進(jìn)行選擇時(shí)，要根據(jù)多層輕鋼結(jié)構(gòu)中的箱形斷面進(jìn)行選擇，采用箱形柱時(shí)，柱與梁的連接可以采用剛性節(jié)點(diǎn)連接，當(dāng)采用腹板比較薄的F型鋼管的斷面柱時(shí)，在弱軸與梁的連接點(diǎn)采用鉸接的方式進(jìn)行連接[2]。

2.2 平面布置的設(shè)計(jì)

平面布置的設(shè)計(jì)包括次梁的布置、組合樓蓋的布置和支撐的布置。次梁的布置是輕鋼結(jié)構(gòu)中用的最多最普遍的構(gòu)件，在用鋼量中占有不小的比例，這主要是因?yàn)榇瘟旱暮侠聿贾糜欣诒ＷC輕鋼結(jié)構(gòu)的整體性和荷載的傳遞。次梁的間距保持在3~3.5m之間，在次梁布置的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)次梁兩端的連接構(gòu)造可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

組合樓蓋的布置中，對(duì)壓型鋼板的設(shè)計(jì)要考慮兩個(gè)方面，一是在永久性模板中不需要考慮防火性能，另一個(gè)是當(dāng)永久性模板要與板底的鋼筋和混凝土一起工作時(shí)，又必須考慮的樓蓋的防火性能。組合樓板作為彈性板包括在整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算之中時(shí)，要綜合考慮壓型鋼板組合樓蓋的更重特性、厚度的折算和混凝土的開裂因素，要適當(dāng)折減實(shí)際樓蓋的厚度。

在支撐布置中，要加強(qiáng)抗風(fēng)水平負(fù)載量和抗震能力，要加強(qiáng)多層房屋輕鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)面剛度。這種情況下普遍采用槽鋼和角鋼在墻體的平面內(nèi)布置成支撐型體系。在考慮門窗位置的情況下，支撐的架型有X型、人字型、W型、倒人字型等，同時(shí)在不影響建筑功能的情況下，平面支撐的布置要均勻。

3 多層輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程實(shí)例

圖1是某建筑公司的建筑結(jié)構(gòu)平面圖。

圖1 該工程建筑平面結(jié)構(gòu)圖

在此工程建筑平面圖中，柱下獨(dú)立的基層采用鋼筋混凝土，而局部采用的是非預(yù)應(yīng)力拉桿的吊掛體系，該建筑的整體結(jié)構(gòu)是鋼框型結(jié)構(gòu)，樓蓋為鋼筋混凝土現(xiàn)澆型壓型鋼板[3]。此建筑中的次梁間距為3m，框架柱采用熱軋無(wú)縫鋼管、兩框架采用熱軋F(tuán)型鋼管。樓蓋體系是BHP生產(chǎn)的4W型壓型鋼板，樓蓋的總高度為151mm。該建筑工程中采用的支撐架型是X型。

4 結(jié)語(yǔ)

從輕鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)架分析和工程實(shí)例可以得出目前的輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可用于低于6層樓高的住房建筑中，綜合輕鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本低、施工周期短的特點(diǎn)，輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在我國(guó)未來的建筑業(yè)中擁有廣闊的發(fā)展前景。

[1] 陳文燦.瀾石大橋三角掛籃設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)[J].四川建筑科學(xué)研究，2010.

[2] 趙權(quán)，郭詩(shī)惠.基于局部穩(wěn)定規(guī)定的H形截面柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].四川建筑科學(xué)研究，2010.