论文部分内容阅读
【摘 要】本文首先阐述了轻钢结构建筑的特点及优点，并通过对近几年轻钢结构设计经验的总结，强调了轻钢结构建筑设计中应注意的问题。
【关键词】轻钢结构；柱间支撑；墙梁；变截面设计；主结构制作单元；隅撑
0.概述
轻钢结构作为钢结构的一个重要分支,是指承受相对较轻的荷载,构件截面相对较小,结构自重相对较轻的全钢结构。简单地说就是圆钢筋、小角钢和钢板在建筑上的应用和推广。目前，以砖、瓦、石、混凝土等为主材的传统建筑由于现场湿作业多、露天作业多、手工作业多及通常结构中混凝土、砂浆本身必要的养护周期，建筑工程工期很难提前。而轻钢结构建筑具有传统建筑所不具备的特点及优点，解决了目前传统建筑存在的主要矛盾，是对传统建筑的革新。
1.轻钢结构建筑的特点及优点
1.1建设工期短,工程质量可靠
轻钢建筑大多工厂制作、现场拼装,运输、安装方便,使施工工期大大缩短,只需相同情况下钢筋混凝土工程所用工期的1/4～1/5。建设工期短是该结构建筑的最大优点。不少投资商正是因为看准这一优点，才使轻钢结构建筑迅速发展起来。而采用工厂机械化生产线加工制造构件和连接件,使构件质量稳定，可保证较好的工程质量。
1.2含钢量低,造价低
轻钢结构建筑的含钢量比钢筋混凝土结构降低10%～20%。一般24m跨工业厂房不设吊车，含钢量仅为每平方米40～50千克。因轻钢结构建筑含钢量低，因此造价比现行钢筋混凝土结构低10%～30%。
1.3结构安全可靠、抗震性能好
轻钢结构采用材质均匀,朔性、韧性好的钢材,构件断裂前有较大的延性变形,抗震性能好。
1.4结构自重轻,可适用于软弱地基
传统建筑采用砖、瓦、石、混凝土等材料,由于自重大遇到软弱土层即使建筑物只有一层，也必须进行地基处理。而轻钢结构建筑质轻，基础埋深较浅，可适用于软弱地基。
1.5房屋空间大,使用灵活
轻钢房屋构件截面远小于混凝土结构,结构占空间小,门架式轻钢房屋内墙为非承重墙,用户可根据使用要求,随意划分使用空间。
1.6外形美观
采用各种彩板，建成形式各异、别致美观的建筑,且彩板表面色彩艳丽，用户可不必重新装饰。
1.7拆迁重建方便
轻钢结构建筑如需拆迁重建,除基础外,基础以上部分建筑均可拆迁到异地重新安装。而传统建筑如需拆迁、改建,几乎只有爆破成为废品。
2.轻钢结构建筑设计中应注意的问题
目前,轻钢结构建筑从结构体系上可分为四种,如门式刚架钢结构体系、多层房屋钢结构体系、冷弯薄壁型钢结构体系、金属拱型波纹屋盖结构体系。除冷弯薄壁型钢结构体系外,其它三类轻型房屋钢结构体系在我国均有越来越广泛的应用。在大规模的工程设计实践中,越来越多的技术问题暴露出来,这就需要工程设计人员不断总结经验,抓住重点、难点,以达到事半功倍的效果。下面介绍几点轻钢结构建筑设计中应注意的问题,希望对设计人员在工作中有所借鉴。
（1）建筑的平面设计中如柱网的确定、交通通道的布置一定要与生产流程相配合。对于一定产品的生产厂房,其柱网及交通通道的布置往往是固定的。柱间支撑是轻钢结构中极其重要的构件,常常设计成X形,布置通道、门、窗时一定要考虑这些支撑是否有影响。
（2）墙梁是轻钢结构中必不可少的构件,墙面要靠墙梁来传力,门窗布置要考虑墙梁布置的特点来设计,通常带形窗更适合轻钢结构。
（3）轻钢结构中压型钢板或复合板均是卷材厂提供的卷材压制而成,建筑色彩设计时要受到限制。
（4）轻钢结构设计要注意结构体系的完整性。轻钢结构建筑常常因为功能的需要,使结构体系遭到破坏,因此结构设计时要注意修复被破坏的结构体系,如建筑外墙因采用砖墙、玻璃等建筑材料或因门窗洞口开得过多,纵向不设檩条或檩条被分割得非常凌乱,建筑的纵向传力途径遭到破坏,这时要增加刚性系杆或支撑,以修补纵向传力系统。
（5）变截面设计在轻钢结构中常常被用到,这样可以节约钢材,降低造价。目前流行的国产计算软件3D3S、STS等都有缺省计算变截面功能。设计人员在结构设计时要充分利用变截面特点合理设计截面。影响形截面抗弯能力的因素有截面高度、翼缘宽度和翼缘厚度,其中增加截面高度是提高截面抗弯能力最有效的方法。
（6）主结构制作单元的选择非常重要。要根据弯矩图来选择连接节点,在受力较小的部位拼接,为便于运输,制作单元不宜过长,一般选6～11m为宜。由于轻钢结构自重轻,而钢材及高强螺栓抗剪能力较强,节点抗剪问题不大。为解决节点抗弯问题,螺栓布置要尽量靠外侧,以提供较大抵抗力矩。
（7）隅撑是轻钢结构的重要构件,对保证梁柱平面外稳定起着至关重要的作用,梁的支座及跨中部位宜设双隅撑,反弯点部位可设单隅撑,间距可大些。边柱为压弯构件,柱上端内侧翼板处于受压状态,应设双隅撑。
（8）设备专业布置管线一定要注意轻钢结构的特点。轻钢结构与其它结构不同,墙面及屋面都是轻质材料制成,不能任意设置吊点,檩条等承载能力也不高。电缆桥架、大型风管、消防干管等都不能直接吊在檩条上,一般用专门设计的吊架挂在主钢架上,墙面不允许设支架。可见轻钢结构的经济性有赖于提供的荷载的准确性。
（9）对于设有大吨位吊车的轻钢结构,其相应技术指标要符合大吨位吊车要求。
（10）对于有腐蚀性气体的厂房应避免采用轻钢结构,由于轻钢结构制作和安装精度不高,很难把各种构件用油漆等防腐材料封闭起来,腐蚀很难避免。
3.结束语
轻钢结构建筑在我国已进入快速发展时期,并呈现出强大的生命力。同时我们还要认识到无论是在轻钢结构建筑设计方面,还是在制作安装技术方面,我国与国外先进水平相比都有较大差距。但随着其应用范围的不断扩大,设计更完善,建筑安装更简便,建设速度更快,以其优美的外型和合理的造價，必将赢得未来的建筑市场。■
【参考文献】
［1］GB50017-2003钢结构设计规范.
［2］CECS102:2002门式钢架轻型房屋钢结构技术规程.
［3］王元清,石永久等.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].建筑结构学报,2002,23(1.)
［4］刘承宗,周志勇.我国轻钢建筑及其发展问题探讨[J].工业建筑,2000,(4).
【关键词】轻钢结构；柱间支撑；墙梁；变截面设计；主结构制作单元；隅撑
0.概述
轻钢结构作为钢结构的一个重要分支,是指承受相对较轻的荷载,构件截面相对较小,结构自重相对较轻的全钢结构。简单地说就是圆钢筋、小角钢和钢板在建筑上的应用和推广。目前，以砖、瓦、石、混凝土等为主材的传统建筑由于现场湿作业多、露天作业多、手工作业多及通常结构中混凝土、砂浆本身必要的养护周期，建筑工程工期很难提前。而轻钢结构建筑具有传统建筑所不具备的特点及优点，解决了目前传统建筑存在的主要矛盾，是对传统建筑的革新。
1.轻钢结构建筑的特点及优点
1.1建设工期短,工程质量可靠
轻钢建筑大多工厂制作、现场拼装,运输、安装方便,使施工工期大大缩短,只需相同情况下钢筋混凝土工程所用工期的1/4～1/5。建设工期短是该结构建筑的最大优点。不少投资商正是因为看准这一优点，才使轻钢结构建筑迅速发展起来。而采用工厂机械化生产线加工制造构件和连接件,使构件质量稳定，可保证较好的工程质量。
1.2含钢量低,造价低
轻钢结构建筑的含钢量比钢筋混凝土结构降低10%～20%。一般24m跨工业厂房不设吊车，含钢量仅为每平方米40～50千克。因轻钢结构建筑含钢量低，因此造价比现行钢筋混凝土结构低10%～30%。
1.3结构安全可靠、抗震性能好
轻钢结构采用材质均匀,朔性、韧性好的钢材,构件断裂前有较大的延性变形,抗震性能好。
1.4结构自重轻,可适用于软弱地基
传统建筑采用砖、瓦、石、混凝土等材料,由于自重大遇到软弱土层即使建筑物只有一层，也必须进行地基处理。而轻钢结构建筑质轻，基础埋深较浅，可适用于软弱地基。
1.5房屋空间大,使用灵活
轻钢房屋构件截面远小于混凝土结构,结构占空间小,门架式轻钢房屋内墙为非承重墙,用户可根据使用要求,随意划分使用空间。
1.6外形美观
采用各种彩板，建成形式各异、别致美观的建筑,且彩板表面色彩艳丽，用户可不必重新装饰。
1.7拆迁重建方便
轻钢结构建筑如需拆迁重建,除基础外,基础以上部分建筑均可拆迁到异地重新安装。而传统建筑如需拆迁、改建,几乎只有爆破成为废品。
2.轻钢结构建筑设计中应注意的问题
目前,轻钢结构建筑从结构体系上可分为四种,如门式刚架钢结构体系、多层房屋钢结构体系、冷弯薄壁型钢结构体系、金属拱型波纹屋盖结构体系。除冷弯薄壁型钢结构体系外,其它三类轻型房屋钢结构体系在我国均有越来越广泛的应用。在大规模的工程设计实践中,越来越多的技术问题暴露出来,这就需要工程设计人员不断总结经验,抓住重点、难点,以达到事半功倍的效果。下面介绍几点轻钢结构建筑设计中应注意的问题,希望对设计人员在工作中有所借鉴。
（1）建筑的平面设计中如柱网的确定、交通通道的布置一定要与生产流程相配合。对于一定产品的生产厂房,其柱网及交通通道的布置往往是固定的。柱间支撑是轻钢结构中极其重要的构件,常常设计成X形,布置通道、门、窗时一定要考虑这些支撑是否有影响。
（2）墙梁是轻钢结构中必不可少的构件,墙面要靠墙梁来传力,门窗布置要考虑墙梁布置的特点来设计,通常带形窗更适合轻钢结构。
（3）轻钢结构中压型钢板或复合板均是卷材厂提供的卷材压制而成,建筑色彩设计时要受到限制。
（4）轻钢结构设计要注意结构体系的完整性。轻钢结构建筑常常因为功能的需要,使结构体系遭到破坏,因此结构设计时要注意修复被破坏的结构体系,如建筑外墙因采用砖墙、玻璃等建筑材料或因门窗洞口开得过多,纵向不设檩条或檩条被分割得非常凌乱,建筑的纵向传力途径遭到破坏,这时要增加刚性系杆或支撑,以修补纵向传力系统。
（5）变截面设计在轻钢结构中常常被用到,这样可以节约钢材,降低造价。目前流行的国产计算软件3D3S、STS等都有缺省计算变截面功能。设计人员在结构设计时要充分利用变截面特点合理设计截面。影响形截面抗弯能力的因素有截面高度、翼缘宽度和翼缘厚度,其中增加截面高度是提高截面抗弯能力最有效的方法。
（6）主结构制作单元的选择非常重要。要根据弯矩图来选择连接节点,在受力较小的部位拼接,为便于运输,制作单元不宜过长,一般选6～11m为宜。由于轻钢结构自重轻,而钢材及高强螺栓抗剪能力较强,节点抗剪问题不大。为解决节点抗弯问题,螺栓布置要尽量靠外侧,以提供较大抵抗力矩。
（7）隅撑是轻钢结构的重要构件,对保证梁柱平面外稳定起着至关重要的作用,梁的支座及跨中部位宜设双隅撑,反弯点部位可设单隅撑,间距可大些。边柱为压弯构件,柱上端内侧翼板处于受压状态,应设双隅撑。
（8）设备专业布置管线一定要注意轻钢结构的特点。轻钢结构与其它结构不同,墙面及屋面都是轻质材料制成,不能任意设置吊点,檩条等承载能力也不高。电缆桥架、大型风管、消防干管等都不能直接吊在檩条上,一般用专门设计的吊架挂在主钢架上,墙面不允许设支架。可见轻钢结构的经济性有赖于提供的荷载的准确性。
（9）对于设有大吨位吊车的轻钢结构,其相应技术指标要符合大吨位吊车要求。
（10）对于有腐蚀性气体的厂房应避免采用轻钢结构,由于轻钢结构制作和安装精度不高,很难把各种构件用油漆等防腐材料封闭起来,腐蚀很难避免。
3.结束语
轻钢结构建筑在我国已进入快速发展时期,并呈现出强大的生命力。同时我们还要认识到无论是在轻钢结构建筑设计方面,还是在制作安装技术方面,我国与国外先进水平相比都有较大差距。但随着其应用范围的不断扩大,设计更完善,建筑安装更简便,建设速度更快,以其优美的外型和合理的造價，必将赢得未来的建筑市场。■
【参考文献】
［1］GB50017-2003钢结构设计规范.
［2］CECS102:2002门式钢架轻型房屋钢结构技术规程.
［3］王元清,石永久等.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].建筑结构学报,2002,23(1.)
［4］刘承宗,周志勇.我国轻钢建筑及其发展问题探讨[J].工业建筑,2000,(4).