建筑結(jié)構(gòu)中輕鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)探討

劉淑波

【摘要】由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅具有獨特的優(yōu)點，在國外變得越來越普及。它也是我國目前重點推廣的建設(shè)項目，是我國住宅工業(yè)化的發(fā)展方向。本文結(jié)合實例分析探討了建筑結(jié)構(gòu)中輕鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】建筑 輕鋼 結(jié)構(gòu) 技術(shù)

中圖分類號： TU391 文獻標(biāo)識碼： A

前言

在建筑結(jié)構(gòu)中，輕鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、施工周期短、自有強度高、施工速度快等優(yōu)點。輕鋼結(jié)構(gòu)比傳功的磚石結(jié)構(gòu)更為多變和靈活，更顯得悅目大方。輕鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中以其不可替代的優(yōu)點在建筑行業(yè)中得以被廣泛采用。

一、輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的基本概念

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅足以經(jīng)濟鋼型材構(gòu)件作為承重骨架，以輕型培體材料作為圍護結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的居住類建筑。經(jīng)濟鋼型材構(gòu)件包括冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼、T型鋼、焊接或兀縫鋼管及其組合構(gòu)件；輕質(zhì)墻體材料包括壓型鋼板及其組合板材、PC板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(ALC板) 及稻草板等重量輕、保溫防火隔熱性能好、防水和耐久性能好的輕質(zhì)材料。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系主要包括以鋼結(jié)構(gòu)為主、鋼木混合、鋼木和混凝土混合結(jié)構(gòu)二種。

二、建筑結(jié)構(gòu)中輕鋼結(jié)構(gòu)的主要特點

1、節(jié)能環(huán)保且經(jīng)濟效益好

輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的磚石構(gòu)造，使得建筑結(jié)構(gòu)能夠靈活多變且避免了灰塵滿天，施工廢棄物難以處理的問題。同時，廢舊鋼材的回收利用價值高，拆除方便且不易產(chǎn)生固體廢物垃圾，具有良好的環(huán)保效果。再者，輕鋼結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟效益較好，施工速度快和施工周期短的特點能夠大大降低施工成本，提前投入使用，具有良好的投資價值。若是采用彩色壓型鋼材不僅可以獲得經(jīng)濟效益還能夠改善周邊的生態(tài)環(huán)境。輕鋼結(jié)構(gòu)自身的重量較輕也使得建筑工程的總體投資得到節(jié)省，并且持久性和耐久性較好。就目前我國的輕鋼市場而言，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價遠(yuǎn)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的造價。

2、節(jié)約鋼材與節(jié)約工期

輕鋼結(jié)構(gòu)大多是采用薄壁構(gòu)造，其自身重量輕的特點能夠有效節(jié)約鋼材。在同等外負(fù)荷的條件下，輕鋼結(jié)構(gòu)較之其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)能夠充分發(fā)揮鋼材的潛力。相關(guān)資料顯示，輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較之傳統(tǒng)鋼材節(jié)約了15%—30% 的鋼材。同時，鋼結(jié)構(gòu)的制造、施工、安裝不僅僅局限于工地而是由專業(yè)的制作廠進行建造，在工地的施工僅僅是拼裝、安裝。因此，施工周期短，制造速度快，且加工精密度高，結(jié)構(gòu)拼裝簡單、快速。

3、建筑結(jié)構(gòu)靈活多變

輕鋼結(jié)構(gòu)自身的鋼結(jié)構(gòu)使得在建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用中布局更為靈活，凈使用的面積最大化。鋼結(jié)構(gòu)建筑的柱距最小化，開間最大化。在輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑中幾乎所有的墻體都是非承重墻，用戶可以更具自己的需要隨意轉(zhuǎn)換建筑的空間布局，使得建筑的造型更加人性化、個性化。并且，輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑可以根據(jù)建筑的位置對建筑的分隔、保溫、散熱進行更為人性化的變化。同時，輕鋼結(jié)構(gòu)的鋼材構(gòu)建可以在垂直方向滿足用戶躍層、錯層的需求，使得建筑的形式更加多樣化，空間更為開闊、簡約、明快。

4、自有強度高，抗震性能強

工業(yè)化的生產(chǎn)使得輕鋼結(jié)構(gòu)的精密度高且擁有較高的強度。輕鋼結(jié)構(gòu)的材料比普通的鋼材截面更為合理。輕鋼結(jié)構(gòu)較高的輕度也使得它在承受同樣負(fù)荷時所使用的鋼材較少，自身的重量相應(yīng)減輕。此外，輕鋼結(jié)構(gòu)的韌性較強，變形能力更好，相應(yīng)的抗震性能也較為優(yōu)越。

三、輕鋼結(jié)構(gòu)在房屋工程中的應(yīng)用實例

1、輕鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中的應(yīng)用

某采用輕鋼結(jié)構(gòu)的典型廠房，雙20 m跨，雙坡屋面，雙跨各設(shè)10 t和20 t吊車，軌頂處高8 m，地處7度地震區(qū)如圖1。

該設(shè)計在廠房中應(yīng)用較為普遍，但有一些問題應(yīng)該引起重視。其屋蓋橫向水平支撐設(shè)在端部第一跨，而柱間支撐則設(shè)在端部第二跨，與“在設(shè)置支撐的開間，宜同時設(shè)置屋蓋橫向水平支撐，以組成幾何不變體系”的原則不符，不能很好地起到作用。同時這一廠房屋面坡度較大，中柱上柱高(牛腿標(biāo)高以上)比邊柱高出1．2 m，而中柱和邊柱使用同一尺寸的上柱柱間支撐，使得上柱支撐傳來的縱向力不能直接傳到下柱支撐，直至基礎(chǔ)頂面，使柱子中部承受上柱柱間支撐傳來的水平分力，會造成一定的結(jié)構(gòu)隱患。

2、輕鋼結(jié)構(gòu)在民用住宅中的應(yīng)用

目前輕鋼結(jié)構(gòu)用于民宅的還不多，不過由于其顯著的優(yōu)點，應(yīng)該在民用住宅領(lǐng)域得到大力的推廣。圖2為輕鋼結(jié)構(gòu)在民宅中的應(yīng)用。在圖2的剛架設(shè)計中，剛架的關(guān)鍵節(jié)點即梁柱連接的剛節(jié)點應(yīng)給予高度重視，并嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)程的強制性條文規(guī)定。

3、輕鋼結(jié)構(gòu)在車站建設(shè)中的應(yīng)用

某火車站臺雨棚，全長180 m，柱距6 m，如圖3所示。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計有一處不太合理，需引起注意。因柱頂有集水溝及落水管，將柱頂縱向水平剛性系桿移到懸臂梁的端部，與“單跨房屋邊柱柱頂和屋脊應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿”的原則不符。集水溝與柱頂?shù)倪B接只是一般定位焊接，沒有傳遞縱向水平力的要求，不能起到縱向剛性系桿的作用，使站臺罩棚縱向穩(wěn)定性無法保證。

四、鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展前景展望

按發(fā)達國家的最低水平推算，中國鋼結(jié)構(gòu)用鋼量至少有3600萬噸的發(fā)展空間。在近期內(nèi)，國家將大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑，力爭每年建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼將占全國鋼材總產(chǎn)量的3％以上，年均鋼材消費量為350萬噸～400萬噸；到2015年，將再翻一番，全國建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材占鋼材總產(chǎn)量的6％以上，由此可見，鋼結(jié)構(gòu)住宅市場前景十分廣闊。

1、適合建筑用的特種鋼將不斷涌現(xiàn)

隨著中國鋼鐵企業(yè)冶煉技術(shù)的提高，為適應(yīng)市場的需求，適合建筑用的特種鋼必將不斷地涌現(xiàn)．例如寶鋼、武鋼等鋼鐵企業(yè)成功開發(fā)的耐火耐候鋼，它是通過合適的技術(shù)，使鋼材含有特定的成分(~n／Jn鉬等)，使鋼材的表觀結(jié)構(gòu)及金相組織發(fā)生變化，從而使鋼材本身生成所需的耐火性和耐候性，多種新型建筑用鋼的出現(xiàn)將大力推動鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展。

2、國家將重點支持輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的建設(shè)

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)在中國才剛剛涉入，國家建設(shè)部和國家經(jīng)貿(mào)委一致通過，將“輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑通用體系的開發(fā)和應(yīng)用”作為中國建筑業(yè)用鋼的突破點，并正式列入國家重點技術(shù)創(chuàng)新項目。這—舉措將刺激消費，增加市場的購買力，起到事半功倍的作用。

3、鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)將不斷發(fā)展

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)也必將不斷的成熟，大量的適合輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的新材料也將不斷的涌現(xiàn)，相信不久的將來，輕鋼結(jié)構(gòu)住宅必然會給住宅產(chǎn)業(yè)和建筑行業(yè)帶來一場深層次的革命。

4、發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是中國住宅產(chǎn)業(yè)化的必由之路

住宅產(chǎn)業(yè)化是中國住宅業(yè)發(fā)展的必由之路，因為這將成為推動中國經(jīng)濟發(fā)展新的增長點。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化制作，而與之相配套的墻體材料可以采用節(jié)能、環(huán)保的新型材料，它屬綠色環(huán)保性建筑，可再生重復(fù)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，因此，輕鋼結(jié)構(gòu)體系住宅成套技術(shù)的研究成果必將大大促進住宅產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，直接影響著中國住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平和前途。

結(jié)論

輕鋼結(jié)構(gòu)在我國已進入快速發(fā)展時期，門式剛架、金屬拱型波紋屋蓋結(jié)構(gòu)已成為國內(nèi)工業(yè)廠房、倉庫首選的結(jié)構(gòu)形式，多層輕鋼住宅必將成為我國輕鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的新領(lǐng)域和增長點。鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)研究人員需加緊對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和設(shè)計方法的深入系統(tǒng)研究，技術(shù)主管部門需加強對從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)及鋼結(jié)構(gòu)市場的管理力度。唯有如此才能使我國輕鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)真正成為綜合經(jīng)濟效益高、具有國際競爭力的新興產(chǎn)業(yè)。

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