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摘要：结合轻钢结构优点、轻钢结构的构造特点和设计要点，提出其在建筑应用中存在的问题及建议，对轻钢结构设计有一定的意义，同时也为建筑业的发展提供参考。
关键词:轻钢结构；设计；发展；优点；设计要点
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一．轻钢结构的概述
轻钢结构是指轻型钢结构建筑体系, 一般是结构荷载比较小,结构杆件也比较小, 构件壁厚比较薄的一类结构。轻钢结构是以热轧轻型H 型钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主, 以各类高效装饰连接材料为辅组装而成,能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。
二．轻钢结构的优点
１. 结构自重轻,抗震性能好: 大幅减少基础造价, 尤其适用于地质条件较差的地区; 钢结构属于柔性结构, 自重轻, 结构地震反应小, 用于结构抗震措施的费用少, 适用于地震多发区。
２. 施工周期短: 轻钢结构的所有构件均可以由工厂标准化生产, 质量稳定,现场拼装, 全部干作业施工, 不受环境季节影响, 对一般规模较小的工业厂房仅需 45天~ 60天,而若采用钢筋混凝土建筑则要8 个月~ 12 个月左右。
３. 综合经济效益好: 由于施工周期短, 可以提前投入使用,提前获取投资效益;因为钢结构建筑的自重轻,一般情况下不需要做桩基,可以节省投资。根据目前我国的市场价格,轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构, 当跨度越大时,其优势更为明显。
４. 环保性好: 无噪声、无污染。建筑材料可拆卸,并 100%回收,符合国家土地资源政策、环保政策和可持续发展战略,是环保型建筑的典范。
５. 舒适性更好: 采用新型轻质围护材料,不霉变,不助燃,不虫蛀;装修一次到位,少维修; 轻钢墙体采用高效节能体系, 具有呼吸功能, 可调节室内空气干湿度。
三．轻钢结构的构造特点
１. 抗侧力结构系统。抗侧力结构系统可分为纯钢框架体系、(框架) 支撑体系、(钢框架) 混凝土剪力墙体系、周围抗侧力体系等。对于轻钢结构体系的选择,可根据建筑平面设计的要求灵活处理,综合使用不同的抗侧力体系。
２. 楼面屋盖系统。楼面和屋盖都必须有足够的强度、刚度和稳定性, 同时应当尽量减小楼板厚度,增加室内净高。(压型钢板) 混凝土组合楼盖是目前应用较为广泛的形式。其楼盖由 C 形轻钢格栅与铺于格栅上的薄板组成。楼面有三种做法:高密度木纤维水泥板; 满铺压型钢板再浇筑20 mm 的陶粒轻骨料混凝土; 满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。
３. 墙体结构。目前, 墙体主要分为自承重式和非自承重式。自承重墙体主要包括用于外墙的加气混凝土块、轻钢龙骨加强板、 太空板等, 以及用于内墙的石膏板、轻钢混凝土板、水泥刨花板、 稻草板等。外挂的非自承重式墙体材料主要有彩色压型钢板、彩色压型钢夹芯板、玻璃纤维增强外墙板等。结构的承重墙一般为内横墙。为提高墙柱的稳定性, 一般墙柱高度范围内设三道轻钢拉条。采用非自承重式墙体材料, 需设置墙梁用以悬挂外围护结构。门窗洞口上下要布置。墙梁多采用 C 形或 Z 形冷弯薄壁型钢,尺寸取决于跨度( 刚架间距) 和墙距(板跨)。
４. 建筑保温节能技术。为确保建筑物达到保温效果,一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外, 在墙外侧再贴一层保温材料, 有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥; 楼层之间格栅内填充玻璃纤维, 减少通过楼层的热传递;所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维, 减少户墙之间的热传递。
５. 建筑防火技术。火灾是对钢结构建筑的最大危害,钢材虽为非燃烧材料, 但钢材不耐火,对于轻钢结构尤其要注意防火技术的应用, 所以, 钢结构不仅要进行结构的抗火设计,还要采用防火措施保护。目前常用的防火措施有防火涂料法、隔离法、实心包裹法、膨胀漆覆盖法。
６. 建筑隔声技术。轻钢建筑中, 将玻璃棉填充在内外墙及楼盖格栅之间, 能有效阻止通过空气传播的噪声, 而对于通过固体传播的冲击声, 有两种处理办法:对于分户墙用两道墙柱构成带有中间空隙的两道墙体;而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨, 用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播。
四．轻钢结构的设计要点
１. 柱脚设计。轻钢结构中柱脚采用铰接还是刚接形式应该根据具体工程情况， 综合考虑房屋高度、风荷载大小、有无吊车、吊车吨位大小和工作情况及土质情况等因素进行设计。一般设计要求中，工业厂房并且内有5 t 以上桥式吊车时， 柱脚宜采用刚接; 门式刚架柱脚与基础宜采用铰接。
２. 钢架柱与梁。轻钢结构钢架柱和梁的设计主要应进行梁柱板件的宽厚比限值计算、梁柱构件的强度计算、梁腹板加劲肋的配置、钢架柱整体稳定计算等。钢结构住宅一般为大开间, 钢架柱在两个方向都承受较大的弯矩,同时应该考虑强柱弱梁的要求。
３. 檩条支撑构件设计。檩条可分为实腹式檩条、空腹式檩条和格构式檩条, 优先采用实腹式构件。实腹式檩条宜采用卷边槽形和带斜卷边的 Z 形冷弯薄壁型钢。檩条一般设计成单跨简支构件, 实腹式檩条尚可设计成连续构件。
五．发展轻型钢结构住宅过程中现存的问题及建议。
１. 存在的主要问题有：
（１）由于我国轻钢结构住宅发展起步较晚，许多设计计算理论及施工规程和规范跟不上轻钢结构实际发展的需要；（２）设计 制造质量不高，构、配件和功能材料还是分散的单体构件，未形成一个体系，不能适应房屋建筑商品化体系的发展；（３）我国的钢结构型材品种规格还不能充分满足建筑市场的需求，高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决，不能满足轻型房屋钢结构的需要；（４）如何提高轻型钢结构住宅体系的防火和防腐性能，是推广轻型钢结构住宅体系亟待解决的问题；（５）缺乏对轻钢结构的教育和普及工作；（６）轻钢结构在工业建筑领域有一定市场，但在民用建筑领域的市场有待开发。
２. 针对以上情况着手以下几个方面的工作：
（１）发展轻钢结构住宅，我国没有现成的规程标准可以作为设计与施工的依据，没有以往的试验与类似工程可以参考，因此必须从试点工程做起以开展实践进行相应的研究工作；（２）在国内多个地区成功建立轻钢结构住宅的试点工程，应积极引导国外企业通过合资方式或国内企业引进国外技术设备方式开展轻钢构件的国内生产，争取建立几个上规模、技术先进、设计制作安装一条龙、能生产系列化产品的轻型钢结构企业，为探索我国这类企业的发展方向提供经验；（３）研制生产镀铝锌钢板，制定斜卷边形冷弯型钢的标准，并组织生产，开发耐候钢和耐火钢在建筑中的应用；（４）加强轻钢结构的教育和普及工作，大力培养钢结构技术人才；（５）建立健全工程设计审查制度使大型工程设计置于国家监督之下，建立一批技术先进、设计制作安装一条龙、能提供系列产品的大型轻型钢结构住宅公司，争取轻钢结构住宅建筑达到国际水平。
结语：本文在解述轻钢结构基本概念的基础上, 分析了轻钢结构的优点、轻钢结构的构造特点和设计要点, 概述轻钢结构在住宅建筑中的发展势态，提出轻钢结构发展所面临的问题及建议，对轻钢结构设计有一定的指导意义。
参考文献
[1]陶忠，何保康.发展我国新型轻钢结构建筑体系[J].中国工程科学， 2000（3 ） .
[2]中華钢结构论坛、 机械工业第四设计研究院. 轻钢结构设计[M] .北京: 人民交通出版社, 2008.
关键词:轻钢结构；设计；发展；优点；设计要点
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一．轻钢结构的概述
轻钢结构是指轻型钢结构建筑体系, 一般是结构荷载比较小,结构杆件也比较小, 构件壁厚比较薄的一类结构。轻钢结构是以热轧轻型H 型钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主, 以各类高效装饰连接材料为辅组装而成,能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。
二．轻钢结构的优点
１. 结构自重轻,抗震性能好: 大幅减少基础造价, 尤其适用于地质条件较差的地区; 钢结构属于柔性结构, 自重轻, 结构地震反应小, 用于结构抗震措施的费用少, 适用于地震多发区。
２. 施工周期短: 轻钢结构的所有构件均可以由工厂标准化生产, 质量稳定,现场拼装, 全部干作业施工, 不受环境季节影响, 对一般规模较小的工业厂房仅需 45天~ 60天,而若采用钢筋混凝土建筑则要8 个月~ 12 个月左右。
３. 综合经济效益好: 由于施工周期短, 可以提前投入使用,提前获取投资效益;因为钢结构建筑的自重轻,一般情况下不需要做桩基,可以节省投资。根据目前我国的市场价格,轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构, 当跨度越大时,其优势更为明显。
４. 环保性好: 无噪声、无污染。建筑材料可拆卸,并 100%回收,符合国家土地资源政策、环保政策和可持续发展战略,是环保型建筑的典范。
５. 舒适性更好: 采用新型轻质围护材料,不霉变,不助燃,不虫蛀;装修一次到位,少维修; 轻钢墙体采用高效节能体系, 具有呼吸功能, 可调节室内空气干湿度。
三．轻钢结构的构造特点
１. 抗侧力结构系统。抗侧力结构系统可分为纯钢框架体系、(框架) 支撑体系、(钢框架) 混凝土剪力墙体系、周围抗侧力体系等。对于轻钢结构体系的选择,可根据建筑平面设计的要求灵活处理,综合使用不同的抗侧力体系。
２. 楼面屋盖系统。楼面和屋盖都必须有足够的强度、刚度和稳定性, 同时应当尽量减小楼板厚度,增加室内净高。(压型钢板) 混凝土组合楼盖是目前应用较为广泛的形式。其楼盖由 C 形轻钢格栅与铺于格栅上的薄板组成。楼面有三种做法:高密度木纤维水泥板; 满铺压型钢板再浇筑20 mm 的陶粒轻骨料混凝土; 满铺定向木纤维板或高密度层压胶合板。
３. 墙体结构。目前, 墙体主要分为自承重式和非自承重式。自承重墙体主要包括用于外墙的加气混凝土块、轻钢龙骨加强板、 太空板等, 以及用于内墙的石膏板、轻钢混凝土板、水泥刨花板、 稻草板等。外挂的非自承重式墙体材料主要有彩色压型钢板、彩色压型钢夹芯板、玻璃纤维增强外墙板等。结构的承重墙一般为内横墙。为提高墙柱的稳定性, 一般墙柱高度范围内设三道轻钢拉条。采用非自承重式墙体材料, 需设置墙梁用以悬挂外围护结构。门窗洞口上下要布置。墙梁多采用 C 形或 Z 形冷弯薄壁型钢,尺寸取决于跨度( 刚架间距) 和墙距(板跨)。
４. 建筑保温节能技术。为确保建筑物达到保温效果,一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外, 在墙外侧再贴一层保温材料, 有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥; 楼层之间格栅内填充玻璃纤维, 减少通过楼层的热传递;所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维, 减少户墙之间的热传递。
５. 建筑防火技术。火灾是对钢结构建筑的最大危害,钢材虽为非燃烧材料, 但钢材不耐火,对于轻钢结构尤其要注意防火技术的应用, 所以, 钢结构不仅要进行结构的抗火设计,还要采用防火措施保护。目前常用的防火措施有防火涂料法、隔离法、实心包裹法、膨胀漆覆盖法。
６. 建筑隔声技术。轻钢建筑中, 将玻璃棉填充在内外墙及楼盖格栅之间, 能有效阻止通过空气传播的噪声, 而对于通过固体传播的冲击声, 有两种处理办法:对于分户墙用两道墙柱构成带有中间空隙的两道墙体;而对于吊顶用的固定石膏板的小龙骨, 用带有小切槽的弹性构造以有效减少楼层间的固体声传播。
四．轻钢结构的设计要点
１. 柱脚设计。轻钢结构中柱脚采用铰接还是刚接形式应该根据具体工程情况， 综合考虑房屋高度、风荷载大小、有无吊车、吊车吨位大小和工作情况及土质情况等因素进行设计。一般设计要求中，工业厂房并且内有5 t 以上桥式吊车时， 柱脚宜采用刚接; 门式刚架柱脚与基础宜采用铰接。
２. 钢架柱与梁。轻钢结构钢架柱和梁的设计主要应进行梁柱板件的宽厚比限值计算、梁柱构件的强度计算、梁腹板加劲肋的配置、钢架柱整体稳定计算等。钢结构住宅一般为大开间, 钢架柱在两个方向都承受较大的弯矩,同时应该考虑强柱弱梁的要求。
３. 檩条支撑构件设计。檩条可分为实腹式檩条、空腹式檩条和格构式檩条, 优先采用实腹式构件。实腹式檩条宜采用卷边槽形和带斜卷边的 Z 形冷弯薄壁型钢。檩条一般设计成单跨简支构件, 实腹式檩条尚可设计成连续构件。
五．发展轻型钢结构住宅过程中现存的问题及建议。
１. 存在的主要问题有：
（１）由于我国轻钢结构住宅发展起步较晚，许多设计计算理论及施工规程和规范跟不上轻钢结构实际发展的需要；（２）设计 制造质量不高，构、配件和功能材料还是分散的单体构件，未形成一个体系，不能适应房屋建筑商品化体系的发展；（３）我国的钢结构型材品种规格还不能充分满足建筑市场的需求，高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决，不能满足轻型房屋钢结构的需要；（４）如何提高轻型钢结构住宅体系的防火和防腐性能，是推广轻型钢结构住宅体系亟待解决的问题；（５）缺乏对轻钢结构的教育和普及工作；（６）轻钢结构在工业建筑领域有一定市场，但在民用建筑领域的市场有待开发。
２. 针对以上情况着手以下几个方面的工作：
（１）发展轻钢结构住宅，我国没有现成的规程标准可以作为设计与施工的依据，没有以往的试验与类似工程可以参考，因此必须从试点工程做起以开展实践进行相应的研究工作；（２）在国内多个地区成功建立轻钢结构住宅的试点工程，应积极引导国外企业通过合资方式或国内企业引进国外技术设备方式开展轻钢构件的国内生产，争取建立几个上规模、技术先进、设计制作安装一条龙、能生产系列化产品的轻型钢结构企业，为探索我国这类企业的发展方向提供经验；（３）研制生产镀铝锌钢板，制定斜卷边形冷弯型钢的标准，并组织生产，开发耐候钢和耐火钢在建筑中的应用；（４）加强轻钢结构的教育和普及工作，大力培养钢结构技术人才；（５）建立健全工程设计审查制度使大型工程设计置于国家监督之下，建立一批技术先进、设计制作安装一条龙、能提供系列产品的大型轻型钢结构住宅公司，争取轻钢结构住宅建筑达到国际水平。
结语：本文在解述轻钢结构基本概念的基础上, 分析了轻钢结构的优点、轻钢结构的构造特点和设计要点, 概述轻钢结构在住宅建筑中的发展势态，提出轻钢结构发展所面临的问题及建议，对轻钢结构设计有一定的指导意义。
参考文献
[1]陶忠，何保康.发展我国新型轻钢结构建筑体系[J].中国工程科学， 2000（3 ） .
[2]中華钢结构论坛、 机械工业第四设计研究院. 轻钢结构设计[M] .北京: 人民交通出版社, 2008.