淺談輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要：結(jié)合輕鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點、輕鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點和設(shè)計要點，提出其在建筑應用中存在的問題及建議，對輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定的意義，同時也為建筑業(yè)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；發(fā)展；優(yōu)點；設(shè)計要點

一、輕鋼結(jié)構(gòu)的概述

輕鋼結(jié)構(gòu)是指輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，一般是結(jié)構(gòu)荷載比較小，結(jié)構(gòu)桿件也比較小，構(gòu)件壁厚比較薄的一類結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)是以熱軋輕型H型鋼、輕型焊接型鋼、高頻焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼、薄鋼板和薄壁鋼管等高效能結(jié)構(gòu)鋼材和高效功能材料為主，以各類高效裝飾連接材料為輔組裝而成，能滿足建筑特定使用功能和特定空間需求的輕型全裝配鋼結(jié)構(gòu)建筑。

二、輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

1.結(jié)構(gòu)自重輕，抗震性能好：大幅減少基礎(chǔ)造價，尤其適用于地質(zhì)條件較差的地區(qū)；鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，自重輕，結(jié)構(gòu)地震反應小，用于結(jié)構(gòu)抗震措施的費用少，適用于地震多發(fā)區(qū)。

2.施工周期短：輕鋼結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件均可以由工廠標準化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)場拼裝，全部干作業(yè)施工，不受環(huán)境季節(jié)影響，對一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房僅需45天～60天，而若采用鋼筋混凝土建筑則要8個月～12個月左右。

3.綜合經(jīng)濟效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益；因為鋼結(jié)構(gòu)建筑的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節(jié)省投資。根據(jù)目前我國的市場價格，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當跨度越大時，其優(yōu)勢更為明顯。

4.環(huán)保性好：無噪聲、無污染。建筑材料可拆卸，并100%回收，符合國家土地資源政策、環(huán)保政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是環(huán)保型建筑的典范。

5.舒適性更好：采用新型輕質(zhì)圍護材料，不霉變，不助燃，不蟲蛀；裝修一次到位，少維修；輕鋼墻體采用高效節(jié)能體系，具有呼吸功能，可調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣干濕度。

三、輕鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點

1.抗側(cè)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)?？箓?cè)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可分為純鋼框架體系、（框架）支撐體系、（鋼框架）混凝土剪力墻體系、周圍抗側(cè)力體系等。對于輕鋼結(jié)構(gòu)體系的選擇，可根據(jù)建筑平面設(shè)計的要求靈活處理，綜合使用不同的抗側(cè)力體系。

2.樓面屋蓋系統(tǒng)。樓面和屋蓋都必須有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，同時應當盡量減小樓板厚度，增加室內(nèi)凈高。（壓型鋼板）混凝土組合樓蓋是目前應用較為廣泛的形式。其樓蓋由C形輕鋼格柵與鋪于格柵上的薄板組成。樓面有三種做法：高密度木纖維水泥板；滿鋪壓型鋼板再澆筑20mm的陶粒輕骨料混凝土；滿鋪定向木纖維板或高密度層壓膠合板。

3.墻體結(jié)構(gòu)。目前，墻體主要分為自承重式和非自承重式。自承重墻體主要包括用于外墻的加氣混凝土塊、輕鋼龍骨加強板、太空板等，以及用于內(nèi)墻的石膏板、輕鋼混凝土板、水泥刨花板、稻草板等。外掛的非自承重式墻體材料主要有彩色壓型鋼板、彩色壓型鋼夾芯板、玻璃纖維增強外墻板等。結(jié)構(gòu)的承重墻一般為內(nèi)橫墻。為提高墻柱的穩(wěn)定性，一般墻柱高度范圍內(nèi)設(shè)三道輕鋼拉條。采用非自承重式墻體材料，需設(shè)置墻梁用以懸掛外圍護結(jié)構(gòu)。門窗洞口上下要布置。墻梁多采用C形或Z形冷彎薄壁型鋼，尺寸取決于跨度（剛架間距）和墻距（板跨）。

4.建筑保溫節(jié)能技術(shù)。為確保建筑物達到保溫效果，一般除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維外，在墻外側(cè)再貼一層保溫材料，有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋；樓層之間格柵內(nèi)填充玻璃纖維，減少通過樓層的熱傳遞；所有內(nèi)墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維，減少戶墻之間的熱傳遞。

5.建筑防火技術(shù)。火災是對鋼結(jié)構(gòu)建筑的最大危害，鋼材雖為非燃燒材料，但鋼材不耐火，對于輕鋼結(jié)構(gòu)尤其要注意防火技術(shù)的應用，所以，鋼結(jié)構(gòu)不僅要進行結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計，還要采用防火措施保護。目前常用的防火措施有防火涂料法、隔離法、實心包裹法、膨脹漆覆蓋法。

6.建筑隔聲技術(shù)。輕鋼建筑中，將玻璃棉填充在內(nèi)外墻及樓蓋格柵之間，能有效阻止通過空氣傳播的噪聲，而對于通過固體傳播的沖擊聲，有兩種處理辦法：對于分戶墻用兩道墻柱構(gòu)成帶有中間空隙的兩道墻體；而對于吊頂用的固定石膏板的小龍骨，用帶有小切槽的彈性構(gòu)造以有效減少樓層間的固體聲傳播。

四、輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

1.柱腳設(shè)計。輕鋼結(jié)構(gòu)中柱腳采用鉸接還是剛接形式應該根據(jù)具體工程情況，綜合考慮房屋高度、風荷載大小、有無吊車、吊車噸位大小和工作情況及土質(zhì)情況等因素進行設(shè)計。一般設(shè)計要求中，工業(yè)廠房并且內(nèi)有5t以上橋式吊車時，柱腳宜采用剛接；門式剛架柱腳與基礎(chǔ)宜采用鉸接。

2.鋼架柱與梁。輕鋼結(jié)構(gòu)鋼架柱和梁的設(shè)計主要應進行梁柱板件的寬厚比限值計算、梁柱構(gòu)件的強度計算、梁腹板加勁肋的配置、鋼架柱整體穩(wěn)定計算等。鋼結(jié)構(gòu)住宅一般為大開間，鋼架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時應該考慮強柱弱梁的要求。

3.檁條支撐構(gòu)件設(shè)計。檁條可分為實腹式檁條、空腹式檁條和格構(gòu)式檁條，優(yōu)先采用實腹式構(gòu)件。實腹式檁條宜采用卷邊槽形和帶斜卷邊的Z形冷彎薄壁型鋼。檁條一般設(shè)計成單跨簡支構(gòu)件，實腹式檁條尚可設(shè)計成連續(xù)構(gòu)件。

五、發(fā)展輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅過程中現(xiàn)存的問題及建議

1.存在的主要問題有：

（1）由于我國輕鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展起步較晚，許多設(shè)計計算理論及施工規(guī)程和規(guī)范跟不上輕鋼結(jié)構(gòu)實際發(fā)展的需要；

（2）設(shè)計制造質(zhì)量不高，構(gòu)、配件和功能材料還是分散的單體構(gòu)件，未形成一個體系，不能適應房屋建筑商品化體系的發(fā)展；

（3）我國的鋼結(jié)構(gòu)型材品種規(guī)格還不能充分滿足建筑市場的需求，高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼在冷彎薄壁型鋼中的應用尚未解決，不能滿足輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的需要；

（4）如何提高輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的防火和防腐性能，是推廣輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系亟待解決的問題；

（5）缺乏對輕鋼結(jié)構(gòu)的教育和普及工作；

（6）輕鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑領(lǐng)域有一定市場，但在民用建筑領(lǐng)域的市場有待開發(fā)。

2.針對以上情況著手以下幾個方面的工作：

（1）發(fā)展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅，我國沒有現(xiàn)成的規(guī)程標準可以作為設(shè)計與施工的依據(jù)，沒有以往的試驗與類似工程可以參考，因此必須從試點工程做起以開展實踐進行相應的研究工作；

（2）在國內(nèi)多個地區(qū)成功建立輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的試點工程，應積極引導國外企業(yè)通過合資方式或國內(nèi)企業(yè)引進國外技術(shù)設(shè)備方式開展輕鋼構(gòu)件的國內(nèi)生產(chǎn)，爭取建立幾個上規(guī)模、技術(shù)先進、設(shè)計制作安裝一條龍、能生產(chǎn)系列化產(chǎn)品的輕型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)，為探索我國這類企業(yè)的發(fā)展方向提供經(jīng)驗；

（3）研制生產(chǎn)鍍鋁鋅鋼板，制定斜卷邊形冷彎型鋼的標準，并組織生產(chǎn)，開發(fā)耐候鋼和耐火鋼在建筑中的應用；

（4）加強輕鋼結(jié)構(gòu)的教育和普及工作，大力培養(yǎng)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)人才；

（5）建立健全工程設(shè)計審查制度使大型工程設(shè)計置于國家監(jiān)督之下，建立一批技術(shù)先進、設(shè)計制作安裝一條龍、能提供系列產(chǎn)品的大型輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅公司，爭取輕鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑達到國際水平。

六、結(jié)語

本文在解述輕鋼結(jié)構(gòu)基本概念的基礎(chǔ)上，分析了輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點、輕鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點和設(shè)計要點，概述輕鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑中的發(fā)展勢態(tài)，提出輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展所面臨的問題及建議，對輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定的指導意義。

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