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【摘 要】 经济的快速发展促进了建筑行业的发展，在建筑工程的建设领域，轻钢结构的应用越来越广泛。轻钢结构与传统的钢结构之间有所不同，它具有许多优点，因此受到广大业主的喜欢。并且随着建筑功能以及造型向着多样化的方向发展，这些优点为轻钢结构带来了更多的关注点，同时在设计方面的要求也越来越高。在当前的轻钢结构设计中，如何提高设计水平是大众关注的一个重要问题。文章通过对轻钢结构设计中的一些问题进行有效的探索，为轻钢结构的设计提供一个借鉴。
【关键词】 轻钢結构；设计；抗震设计
引言：
随着轻钢结构在建筑中的应用越来越广泛，其在设计中暴露出来的问题也越来越多，比如轻钢结构在进行设计的过程中设计质量不高，设计任务相对来说比较繁重，并且在一些相关项目的设计上的成本和费用比较高，从而为钢结构的设计带来了一定的难度。此外，在轻钢结构的设计市场上缺乏相应的规范制度来对其进行约束，使得实际的设计质量达不到要求的水平，等等一系列的原因，使得轻钢结构的设计存在着严重的问题。因此，只有不断地提高设计的水平，才能更好地促进轻钢结构在设计上不断地完善和优化，才能更好的保证其在建筑行业领域更好的、更广泛的被应用。
一、轻钢结构的特点
（一）轻钢结构适应了建筑的工业化生产需求
相比于钢筋混凝土机构、砖混结构以及框架结构，轻钢结构具有许多特殊的优点。相比于这些传统的结构形式来说，轻钢结构具有精确、轻便、成行方便、快速等特点。正是这些优点，使得轻钢结构越来越适应建筑市场的发展需求，并且在建筑项目进行建设的过程中的运输、安装等都体现出其优势。此外，轻钢结构的建筑物还具有施工工期短、施工不受外界天气影响、造价低等，对于保证施工工期以及成本要求具有很大的作用。
（二） 轻钢结构施工工期短
在轻钢结构中，所有的构件都可以先在工厂制作成成品，然后将其运至施工现场，进行拼接施工。这种特点与混凝土结构相比，可以将建设工期缩短至一半。由于施工周期的缩短，使得建筑物就能够提前使用，这对于投资商来说就能够获取更大的利益。并且，在轻钢结构的夹心使用聚苯乙烯泡沫，在单板上采用保温的措施，所以同时在隔热、保温、隔音等方面具有独特的优势。
（三） 轻钢结构抗震性能好
由于材质的原因，使得轻钢结构具有很大的柔性，并且与钢筋混凝土结构相比，其自重较轻，柔韧性较大，所以在地震发生时能够起到很好的抗震作用，因此在地震多发区宜于使用。但是也正是因为这样的特点，使得轻钢结构的防火性能比较差，一旦有火灾发生，就很容易受到破坏，所以在进行设计时，要注意其消防等级。
二、轻型钢结构的设计内容
（一）稳定性设计
1.稳定设计的特点
（1）计算轴心压杆的算法主要有两种：折减系数法、临界压力求解算法。
（2）因为杆件的稳定会影响结构的整体性，因此，一定要从整体结构上分析各个杆件的稳定。
（3）因为稳定分析只是针对位移进行判断，所以稳定分析不需要分析结构的超静定特性。
（4）因为迭加原理在应用要求方面存在结构变形小这一特点，而弹性稳定的计算在通常情况下是不能满足这一特点的，所以一般不使用迭加原理。
2.钢结构稳定设计的原则
（1）在设计框架结构时（单层和多层），不仅要作框架的稳定分析，更重要的是框架柱的稳定计算。柱计算长度系数要通过框架整体稳定分析得出。实际工程框架结构的形式千差万别，因此为了计算模型更精确，需要合理的确定计算参数。通常所采用的计算方法只是考虑了其中的典型情况，忽略了随机情况的发生，造成了计算上出现误差。
（2）在结构设计时，整体和局部的稳定性必须要同时考虑，支撑结构是结构设计中必须要考虑的问题，因为它是避免结构出现失稳的重要措施。大部分的结构都是按照平面体系设计的，需要从结构整体布置解决。
（3）在设计之前一定要针对钢结构稳定性的基本设计理念有一定程度的了解，这样可以对钢结构的稳定性设计上有一个更全面的了解，避免薄弱环节的出现，对设计过程中出现的问题也能有更清晰的认识，便于解决到位。构造设计上、结构计算上，针对不同的接点连接，给予不同的柔度及刚度上的设置，注意在桁架的节点处，要避免杆件出现偏心现象。但在稳定性能的涉及上，存在构造上的特殊要求以及不同于强度的要求。处理梁的整体稳定问题时，要求不动铰支座的阻止位移和梁绕纵轴扭转，同时允许在平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
（二）支撑体系、檩条的计算分析
一般在缺少吊车的情况下，可以使用由张紧的圆钢组成的柔性支撑的而组成的支撑体系。通常情况下都采用的是花篮螺栓，它的缺点是相比于圆钢支撑端部用螺母张紧的做法其成本较高，优点就是可以在一定程度上减少由于支撑松弛而造成的影响。在相关的规范中有指出，当檩条的下翼缘子风吸力组合的作用下受压，要将拉条布置在檩条的上、下翼缘附近，但是在当前的规范中没有具体的明确拉条的设置位置。在进行双层拉条的设置时，相对比较稳妥一地那的方式就是在檩条的上缘附近放置拉条。可以通过稳定计算檩条在风吸力组合下的下翼缘所受到的压力的具体情况，这时候，就可以将跨度作为檩条下翼缘侧向的计算长度。但是如果采用这种方式来对风吸力作用下的墙梁进行计算并不十分合理，因为控制截面的唯一因素将是稳定，计算非常不经济。
在对受压稳定进行验算之后，可以将刚性杆件取消，因为在屋脊和檐口的地方采用双檩的条件下，檩条可以传递一种纵向水平上的压力，所以，在有垂直支撑的地方设置刚性系杆依旧是非常有必要的。
（三）节点设计
在进行节点的设计时，主要采用端板连接的方式来进行梁柱拼接和节点的连接，主要使用的形式有外伸式、平板式以及外伸加肋等。可以通过使用加劲肋来改善和提高拉力的分布状态，由于拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，可以将螺栓的使用量以及端板的厚度在一定程度上得到减少，并且对于节点的抗弯能力来说也得到了有效的提高。梁与边柱连接节点的连接方式主要有竖放、斜放和平放三种方式。通常情况下，在设计过程中比较优先考虑的形式为端板平放，因为在此时柱所起到的一个重要作用就是临时支架的作用，它可以在很大的程度上使得设计的剪力变小。端板的其他两种放置方式，斜放和竖放一般比较适用于在节点的弯矩比较大的情况下。如果端板是一种处于斜放的状态，那么就要保证其足够的安装空间，同时在精度的要求上也要严格控制。 在梁与中柱连接时可以采用铰接处理的方式，在需要控制水平位移以及跨中反弯矩很大的条件下，可以采用刚接设计。在梁的下翼缘与端板平放，既可以方便安装，又可以使得受力合理，在弯矩与剪力相对较小的地方进行梁中间拼接。
三、轻钢结构抗震设计分析
（一）静力发展阶段和底部剪力法
静力分析可由经验直接分析得出，它的概念简单，使用起来也比较方便，并且具有很大的可靠性和合理性。在一般情况下，都可以采用静力分析的方法来进行估算，尤其是对于一些刚度较大的建筑物的地震作用。但是，如果在使用静力分析方法时没有充分考虑到在发生地震的时候，结构动力特征对于建筑物的影响，就不能够更好的、更真实的反应出建筑物的实际地震反应。
底部剪力法是通过对建筑工程的结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等，来对结构总地震作用进行确定的一种方法。底部剪力法是在静力分析法的基础上，通过使地震作用进行简化，成为一个惯性力附加在需要被研究的对象上，其核心是对地震加速度设计进行确定。这种方法能够在一定程度上对荷载的有效动力特性进行反映，但是对于每一种材料自身的动力特性以及结构物之間的动力响应不能得到反映，更不会反映结构物之间的动力耦合关系。
（二）反应谱理论阶段和阵型分解法
所谓反应谱，就指的是在地震记录作用下，单自由度体系的最大的反应值（位移、绝对加速度或者相对加速度的反应值）和结构自振周期之间的函数关系。反应谱分析理论在考虑了地震动特性与结构动力特征之间的动力关系（振型、自振周期、阻尼）所产生的共振效应，但是仍然保留有原本的静力理论形式，震中距逇远近以及场地的不同，对反应谱都会产生影响。
振型分解反应谱法，指的是在单自由度振动理论与振型分解的原理的基础上发展起来的，将反应谱法与振型分解法通过有效的结合，与计算多自由度结构体系在地震作用下结构振动并用的一种非常有作用的方法，振型分解反应谱法利用的是振型的正交性，通过对方程组进行一定的解析，使其原本看似较为复杂的微分方程相对来说变得简便并且可解。振型分解反应谱法不仅对结构的动力特性进行了必要的考虑，并且在一定程度上解决了其他方法所不能够解决的非刚性楼盖空间结构的计算问题，这种方法已经逐渐成为当前确定结构地震反应的一种最主要的方法。
（三）动态分析阶段和时程分析法
时程分析法又可以被称为直接动力法，在数学上又称步步积分法。顾名思义，就是由初始状态开始，一步一步积分直到地震作用的结束，求出结构在地震作用下从静止开始到震动结束，以致整个全过程结束。时程分析法与振型分解反应谱法和底部剪力法三者之间存在的最大的区别就是可以计算出结构构件和结构在每一个时刻受到的地震的反应（变形和内力）。
在使用这种方法进行计算时，需要将地震波作为输入，与输入相对应的应该是在工程场地中的若干条地震加速度的记录或者是人工加速度的时程曲线，通过积分运算可以求出地面加速度在受到时间变化的影响之后，对结构的变形以及内力状态的变化的全过程。
四、结束语
轻钢结构适应了建筑市场发展的需求，尤其是在工业化的生产中。由于轻钢结构具有良好的优点，比如抗震性能好、施工工期短等，所以在工业建筑的建设中被广泛的应用，同时在建筑住宅中的应用也开始逐渐增多。但是当前在轻钢结构的设计中专业的设计院相对较少，因此，还需进一步的发展。在对实际的轻钢结构进行设计的过程中，需要设计人员注意到的问题还有很多。轻钢结构仍在进一步的发展过程中，因此，结构设计师在进行设计的过程中，需要不断的提升自身的修养水平，设计态度要端正、严谨，从每一个细节入手，使得轻钢设计结构更合理、更安全、更经济。
参考文献：
[1]陈小兵.轻钢结构厂房的建筑技术[J].低碳世界，2014，07：166-167.
[2]陈超.多层钢结构住宅的结构设计要点分析[J].门窗，2014，03：199.
[3]周川.钢结构高层建筑的施工技术及要点[J].门窗，2014，01：86.
[4]张荣，王强.浅谈钢结构深化设计[J].内蒙古科技与经济，2014，07：108+110.
【关键词】 轻钢結构；设计；抗震设计
引言：
随着轻钢结构在建筑中的应用越来越广泛，其在设计中暴露出来的问题也越来越多，比如轻钢结构在进行设计的过程中设计质量不高，设计任务相对来说比较繁重，并且在一些相关项目的设计上的成本和费用比较高，从而为钢结构的设计带来了一定的难度。此外，在轻钢结构的设计市场上缺乏相应的规范制度来对其进行约束，使得实际的设计质量达不到要求的水平，等等一系列的原因，使得轻钢结构的设计存在着严重的问题。因此，只有不断地提高设计的水平，才能更好地促进轻钢结构在设计上不断地完善和优化，才能更好的保证其在建筑行业领域更好的、更广泛的被应用。
一、轻钢结构的特点
（一）轻钢结构适应了建筑的工业化生产需求
相比于钢筋混凝土机构、砖混结构以及框架结构，轻钢结构具有许多特殊的优点。相比于这些传统的结构形式来说，轻钢结构具有精确、轻便、成行方便、快速等特点。正是这些优点，使得轻钢结构越来越适应建筑市场的发展需求，并且在建筑项目进行建设的过程中的运输、安装等都体现出其优势。此外，轻钢结构的建筑物还具有施工工期短、施工不受外界天气影响、造价低等，对于保证施工工期以及成本要求具有很大的作用。
（二） 轻钢结构施工工期短
在轻钢结构中，所有的构件都可以先在工厂制作成成品，然后将其运至施工现场，进行拼接施工。这种特点与混凝土结构相比，可以将建设工期缩短至一半。由于施工周期的缩短，使得建筑物就能够提前使用，这对于投资商来说就能够获取更大的利益。并且，在轻钢结构的夹心使用聚苯乙烯泡沫，在单板上采用保温的措施，所以同时在隔热、保温、隔音等方面具有独特的优势。
（三） 轻钢结构抗震性能好
由于材质的原因，使得轻钢结构具有很大的柔性，并且与钢筋混凝土结构相比，其自重较轻，柔韧性较大，所以在地震发生时能够起到很好的抗震作用，因此在地震多发区宜于使用。但是也正是因为这样的特点，使得轻钢结构的防火性能比较差，一旦有火灾发生，就很容易受到破坏，所以在进行设计时，要注意其消防等级。
二、轻型钢结构的设计内容
（一）稳定性设计
1.稳定设计的特点
（1）计算轴心压杆的算法主要有两种：折减系数法、临界压力求解算法。
（2）因为杆件的稳定会影响结构的整体性，因此，一定要从整体结构上分析各个杆件的稳定。
（3）因为稳定分析只是针对位移进行判断，所以稳定分析不需要分析结构的超静定特性。
（4）因为迭加原理在应用要求方面存在结构变形小这一特点，而弹性稳定的计算在通常情况下是不能满足这一特点的，所以一般不使用迭加原理。
2.钢结构稳定设计的原则
（1）在设计框架结构时（单层和多层），不仅要作框架的稳定分析，更重要的是框架柱的稳定计算。柱计算长度系数要通过框架整体稳定分析得出。实际工程框架结构的形式千差万别，因此为了计算模型更精确，需要合理的确定计算参数。通常所采用的计算方法只是考虑了其中的典型情况，忽略了随机情况的发生，造成了计算上出现误差。
（2）在结构设计时，整体和局部的稳定性必须要同时考虑，支撑结构是结构设计中必须要考虑的问题，因为它是避免结构出现失稳的重要措施。大部分的结构都是按照平面体系设计的，需要从结构整体布置解决。
（3）在设计之前一定要针对钢结构稳定性的基本设计理念有一定程度的了解，这样可以对钢结构的稳定性设计上有一个更全面的了解，避免薄弱环节的出现，对设计过程中出现的问题也能有更清晰的认识，便于解决到位。构造设计上、结构计算上，针对不同的接点连接，给予不同的柔度及刚度上的设置，注意在桁架的节点处，要避免杆件出现偏心现象。但在稳定性能的涉及上，存在构造上的特殊要求以及不同于强度的要求。处理梁的整体稳定问题时，要求不动铰支座的阻止位移和梁绕纵轴扭转，同时允许在平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
（二）支撑体系、檩条的计算分析
一般在缺少吊车的情况下，可以使用由张紧的圆钢组成的柔性支撑的而组成的支撑体系。通常情况下都采用的是花篮螺栓，它的缺点是相比于圆钢支撑端部用螺母张紧的做法其成本较高，优点就是可以在一定程度上减少由于支撑松弛而造成的影响。在相关的规范中有指出，当檩条的下翼缘子风吸力组合的作用下受压，要将拉条布置在檩条的上、下翼缘附近，但是在当前的规范中没有具体的明确拉条的设置位置。在进行双层拉条的设置时，相对比较稳妥一地那的方式就是在檩条的上缘附近放置拉条。可以通过稳定计算檩条在风吸力组合下的下翼缘所受到的压力的具体情况，这时候，就可以将跨度作为檩条下翼缘侧向的计算长度。但是如果采用这种方式来对风吸力作用下的墙梁进行计算并不十分合理，因为控制截面的唯一因素将是稳定，计算非常不经济。
在对受压稳定进行验算之后，可以将刚性杆件取消，因为在屋脊和檐口的地方采用双檩的条件下，檩条可以传递一种纵向水平上的压力，所以，在有垂直支撑的地方设置刚性系杆依旧是非常有必要的。
（三）节点设计
在进行节点的设计时，主要采用端板连接的方式来进行梁柱拼接和节点的连接，主要使用的形式有外伸式、平板式以及外伸加肋等。可以通过使用加劲肋来改善和提高拉力的分布状态，由于拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，可以将螺栓的使用量以及端板的厚度在一定程度上得到减少，并且对于节点的抗弯能力来说也得到了有效的提高。梁与边柱连接节点的连接方式主要有竖放、斜放和平放三种方式。通常情况下，在设计过程中比较优先考虑的形式为端板平放，因为在此时柱所起到的一个重要作用就是临时支架的作用，它可以在很大的程度上使得设计的剪力变小。端板的其他两种放置方式，斜放和竖放一般比较适用于在节点的弯矩比较大的情况下。如果端板是一种处于斜放的状态，那么就要保证其足够的安装空间，同时在精度的要求上也要严格控制。 在梁与中柱连接时可以采用铰接处理的方式，在需要控制水平位移以及跨中反弯矩很大的条件下，可以采用刚接设计。在梁的下翼缘与端板平放，既可以方便安装，又可以使得受力合理，在弯矩与剪力相对较小的地方进行梁中间拼接。
三、轻钢结构抗震设计分析
（一）静力发展阶段和底部剪力法
静力分析可由经验直接分析得出，它的概念简单，使用起来也比较方便，并且具有很大的可靠性和合理性。在一般情况下，都可以采用静力分析的方法来进行估算，尤其是对于一些刚度较大的建筑物的地震作用。但是，如果在使用静力分析方法时没有充分考虑到在发生地震的时候，结构动力特征对于建筑物的影响，就不能够更好的、更真实的反应出建筑物的实际地震反应。
底部剪力法是通过对建筑工程的结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等，来对结构总地震作用进行确定的一种方法。底部剪力法是在静力分析法的基础上，通过使地震作用进行简化，成为一个惯性力附加在需要被研究的对象上，其核心是对地震加速度设计进行确定。这种方法能够在一定程度上对荷载的有效动力特性进行反映，但是对于每一种材料自身的动力特性以及结构物之間的动力响应不能得到反映，更不会反映结构物之间的动力耦合关系。
（二）反应谱理论阶段和阵型分解法
所谓反应谱，就指的是在地震记录作用下，单自由度体系的最大的反应值（位移、绝对加速度或者相对加速度的反应值）和结构自振周期之间的函数关系。反应谱分析理论在考虑了地震动特性与结构动力特征之间的动力关系（振型、自振周期、阻尼）所产生的共振效应，但是仍然保留有原本的静力理论形式，震中距逇远近以及场地的不同，对反应谱都会产生影响。
振型分解反应谱法，指的是在单自由度振动理论与振型分解的原理的基础上发展起来的，将反应谱法与振型分解法通过有效的结合，与计算多自由度结构体系在地震作用下结构振动并用的一种非常有作用的方法，振型分解反应谱法利用的是振型的正交性，通过对方程组进行一定的解析，使其原本看似较为复杂的微分方程相对来说变得简便并且可解。振型分解反应谱法不仅对结构的动力特性进行了必要的考虑，并且在一定程度上解决了其他方法所不能够解决的非刚性楼盖空间结构的计算问题，这种方法已经逐渐成为当前确定结构地震反应的一种最主要的方法。
（三）动态分析阶段和时程分析法
时程分析法又可以被称为直接动力法，在数学上又称步步积分法。顾名思义，就是由初始状态开始，一步一步积分直到地震作用的结束，求出结构在地震作用下从静止开始到震动结束，以致整个全过程结束。时程分析法与振型分解反应谱法和底部剪力法三者之间存在的最大的区别就是可以计算出结构构件和结构在每一个时刻受到的地震的反应（变形和内力）。
在使用这种方法进行计算时，需要将地震波作为输入，与输入相对应的应该是在工程场地中的若干条地震加速度的记录或者是人工加速度的时程曲线，通过积分运算可以求出地面加速度在受到时间变化的影响之后，对结构的变形以及内力状态的变化的全过程。
四、结束语
轻钢结构适应了建筑市场发展的需求，尤其是在工业化的生产中。由于轻钢结构具有良好的优点，比如抗震性能好、施工工期短等，所以在工业建筑的建设中被广泛的应用，同时在建筑住宅中的应用也开始逐渐增多。但是当前在轻钢结构的设计中专业的设计院相对较少，因此，还需进一步的发展。在对实际的轻钢结构进行设计的过程中，需要设计人员注意到的问题还有很多。轻钢结构仍在进一步的发展过程中，因此，结构设计师在进行设计的过程中，需要不断的提升自身的修养水平，设计态度要端正、严谨，从每一个细节入手，使得轻钢设计结构更合理、更安全、更经济。
参考文献：
[1]陈小兵.轻钢结构厂房的建筑技术[J].低碳世界，2014，07：166-167.
[2]陈超.多层钢结构住宅的结构设计要点分析[J].门窗，2014，03：199.
[3]周川.钢结构高层建筑的施工技术及要点[J].门窗，2014，01：86.
[4]张荣，王强.浅谈钢结构深化设计[J].内蒙古科技与经济，2014，07：108+110.