冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思考

童公明

廈門尚匠住工建筑科技有限公司（361008）

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思考

童公明

廈門尚匠住工建筑科技有限公司（361008）

冷彎薄壁型鋼截面種類多、成型靈活，可以制作成多種特殊形狀的鋼材，受力性能好，能夠提高整體建筑結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力、施工簡單、安裝方便，縮短建筑施工周期，因此在高層建筑中廣泛應(yīng)用。這里主要分析了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、制作工藝、制作要點以及結(jié)構(gòu)安裝流程，希望能提高冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平和安裝水平。

冷彎薄壁型鋼；建筑建筑；制作工藝

0 引言

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)，冷彎薄壁型鋼是由厚度為1.5~1.6 mm的鋼板或者帶鋼，經(jīng)過冷加工成型，同一截面部分的厚度相同，截面各個角頂呈圓弧形。冷彎薄壁型鋼可以加工制成成屋架、鋼架、墻梁、網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，它能夠?qū)w、樓蓋、屋頂?shù)冗M(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，提高施工效率，國外美國、日本等國家應(yīng)用比較廣泛。由于冷彎薄壁型鋼體系的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)有一定的差異性，因此，需要加深對冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和研究，進(jìn)一步在建筑領(lǐng)域中進(jìn)行推廣。

1 設(shè)計原理

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)是一種板結(jié)構(gòu)體系，由屋蓋、樓蓋、墻體、基礎(chǔ)工程等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，主要水平承重結(jié)構(gòu)是樓蓋和屋蓋，主要豎向承重構(gòu)件是墻體，墻體既是圍護結(jié)構(gòu)也是承重結(jié)構(gòu)。所以在設(shè)計的時候，要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的要求。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)建筑房間布局比較靈活，建筑平面多種多樣，所以建筑結(jié)構(gòu)的傳力路線比較復(fù)雜，給冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計增加了難度。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的承重力和水平荷載等方法與普通的鋼結(jié)構(gòu)一樣，但是在計算軸心受壓、偏心受壓和受彎構(gòu)件受到壓強、穩(wěn)定性時，都只計算有效凈截面。而計算鋼結(jié)構(gòu)時，受壓強度計算凈截面，穩(wěn)定性則按照毛截面計算。按照水平荷載作用下，由于兩端橫墻的約束，分析結(jié)構(gòu)受力情況時，將單元屋蓋和樓蓋結(jié)構(gòu)看成是水平方向的梁支撐在兩端橫墻，其跨度則看成是兩端橫墻間距。兩端橫墻則看成豎向懸臂梁，鑲嵌在建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上。風(fēng)荷載通過外墻分別傳力給建筑外墻的基礎(chǔ)、屋蓋，由于兩端有橫墻，所以屋蓋、樓蓋作為水平梁受到水平荷載后容易發(fā)生彎曲，又將荷載傳給橫墻，最后通過橫墻將這部分風(fēng)荷載傳給橫墻基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。其傳遞路徑為一部分風(fēng)荷載經(jīng)過縱墻、屋蓋、山墻、山墻基礎(chǔ)，然后到達(dá)地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；另外一部分風(fēng)荷載經(jīng)過縱墻基礎(chǔ),最后達(dá)到地基。在設(shè)計過程中，縱墻和橫墻的概念是相對的，如果將水平力改成垂直方向的作用力,則縱墻變成橫墻，橫墻變縱墻，橫墻在設(shè)計的時候，必須確保其有一定的剛度，橫墻上還留有一個洞口，洞口的水平橫截面積不能超過整個橫墻全截面面積的50%,單層房屋的橫墻長度不能比高度??；多層房屋橫墻的長度大于建筑總高度的一半。由于冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的受力情況比較復(fù)雜，為了確保設(shè)計質(zhì)量，可以通過有限元方法對結(jié)構(gòu)整體受力情況進(jìn)行分析。

2 制作構(gòu)件

2.1 工藝流程

放樣劃線→鋼梁、屋架等下料→機械、火工校正→螺絲釘連接成型→除銹、油漆→現(xiàn)場安裝→工程驗收。

2.2 制作要點

鋼結(jié)構(gòu)的制作方式采用流水作業(yè)，板材、型鋼采取半自動切割或者全自動切割方式，由于鋼板和型材的長度有限，所以大部分構(gòu)件都需要拼接，拼接前通過冷加工輥壓的方式調(diào)直調(diào)平，駁接部位需要補強處理。為了降低加工變形量，立柱、屋架的H鋼采用自動焊接方法，施焊的時候要注意焊接的順序和方向。構(gòu)架加工過程中可能出現(xiàn)彎曲變形，所以還需要通過水壓機、矯直機對矯正；安裝現(xiàn)場則可以使用火工調(diào)校矯正。

3 結(jié)構(gòu)安裝

3.1 預(yù)埋螺栓

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在鋼筋綁扎好以后，準(zhǔn)備澆筑混凝土前，預(yù)埋螺栓，防止鋼結(jié)構(gòu)在澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)移位,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安裝不準(zhǔn)確的問題。一般預(yù)埋的螺栓有兩種，一種是主體螺栓，一般埋設(shè)在承重墻體的轉(zhuǎn)彎處或者門窗兩側(cè)；另外一種則是一般的螺栓，一般埋設(shè)在承重墻體部位，每隔12 cm埋設(shè)一根。預(yù)埋螺栓時，要仔細(xì)檢查螺栓的尺寸，確保螺栓位置預(yù)埋的正確性，普通螺栓的埋設(shè)深度大于15 cm，加強螺栓的埋設(shè)深度大于25 cm。螺栓埋設(shè)以后，還要在螺紋上進(jìn)行防銹處理。

3.2 鋪設(shè)鋼梁

按照設(shè)計圖紙鋪設(shè)鋼梁，第一層鋼梁使用1.5U254，1.5C254型號，最后一層鋼梁使用1.2U254，1.2C254。U型鋼梁則放在C形鋼端頭，起到固定作用。在鋪設(shè)鋼梁的時候，首先應(yīng)該鋪設(shè)槽鋼，為了提高鋼梁的承重力，往往采取縱橫交錯的鋪設(shè)方法，這種鋪設(shè)方法還需要在相交地方使用角鐵或者廢鋼鐵將其連接起來，才能使鋼梁形成一個整體。如果構(gòu)件長度比較短的時候，可以使用非承重結(jié)構(gòu)，比如U型鋼頂梁、底梁進(jìn)行拼接。如果外墻部位的鋼梁和墻體在同一個方向,則應(yīng)該鋪設(shè)雙梁。

3.3 鋪設(shè)木樓板

鋪設(shè)的樓板有兩種，一種是打企口，另外一種是沒有打企口的，但是通常來說打企口的鋪設(shè)效果比較好，沒有打企口的木樓板應(yīng)該在板與板相交的地方打上橫撐，鋪設(shè)的樓板才牢靠。

3.4 安裝墻體

安裝墻體的時候，要先將墻下軌放到指定的地方，并在上面打上釘子，用水平尺找到墻體四周豎直地方，對其進(jìn)行固定，防止墻體發(fā)生變形移位。墻體上下豎直范圍的偏差在±3 mm，墻體上軌帶線找平，平整度與左右偏差控制在±3 mm左右，墻與基礎(chǔ)部分連接如圖1所示。

圖1 墻與墻之間的連接方式有L形連接、T型連接、十字型連接

3.5 安裝樓梯

樓梯大致可以分成兩種:一種是用斜墻做支撐，另外一種是用斜梁作為支撐，這兩種又可以從側(cè)面看到臺階或者看不到臺階兩種情況。安裝樓梯的時候，首先用斜梁對準(zhǔn)設(shè)計的孔洞，然后用螺絲固定，每一根龍骨上釘上3顆釘子，然后沿著上弦平行移動3 cm左右的彈跳斜線，找到第一個臺階頂端A的位置，測量出頂端到末端臺階的距離S，然后用S除以臺階數(shù)量，從而得到L，從A點向上斜測量L,找到每一個臺階頂點，用水平尺按照橫平豎直的方式去畫點，另外一側(cè)則在各個臺階上打上角鐵。先將掛梁放在角鐵上，一端與腳步線齊平，用鉗子將其夾住，同時調(diào)節(jié)水平線，用水平尺靠住以后用另外一個鉗子夾住，然后用釘子將其固定下來，每一邊用三個釘子固定。梁掛好以后，才可以封板，按照由下至上的方式封板，先封腳步板，然后踢面板，將踢面板放在腳踏板上面，上一個臺階壓一個。

3.6 安裝屋架

在安裝屋架之前，要先假設(shè)好三腳架，三腳架的平面一側(cè)向外與直角三角梁連接，連接的時候，從釘子背面直接打入并與直角梁連接在一起。直角三角梁的高度要比建筑主梁略低，大致1~2 cm，這樣便于直角梁的連接，架設(shè)主梁的時候要先固定好主脊，主脊的位置在正中心，并且與中立柱豎直，墻壁和梁可以用1.2L100 mm×100 mm×100 mm的角鐵連接起來，兩個屋架架設(shè)好以后，主屋架采可以按照尺寸一個一個的排列，將其連接起來。安裝好以后，再將安裝墻角的斜三腳架，并在斜三角梁上掛小直三角梁，直到全部安裝好屋架以后，還要按照設(shè)計圖紙對其進(jìn)行檢驗，檢查屋架是否安裝正確,是否有移位或者銜接不好的現(xiàn)象，只有確定屋架安裝好以后，才能正式投入使用。

4 結(jié)語

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)施工簡單、快捷，可以工業(yè)化生產(chǎn)、安裝，未來在建筑將廣泛應(yīng)用。但是當(dāng)前我們國家的冷彎薄壁型鋼在建筑方面應(yīng)用比較少，因此，必須加強對這方面的研究。文章分析了冷彎薄壁型鋼的設(shè)計原理、施工路程以及安裝要點，以期能夠提高冷彎薄壁型鋼施工水平，對未來冷彎薄壁型鋼建筑的發(fā)展具有一定的意義。

[1]關(guān)心勇.淺談冷彎薄壁型鋼建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計應(yīng)用問題[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2014(22):5486.