1、1轻型钢结构在核电站附属厂房中的应用【摘要】本文简要介绍了轻型钢结构在国内的发展过程、使用特点、应用范围以及结构类型等，并结合核电站部分 BOP 厂房的使用要求和结构特点分析轻型钢结构在该类结构中的适用性。在核电站建设中部分 BOP厂房使用轻型钢结构，不仅能达到节约投资的效果，而且能缩短建设工期，在厂房布置的灵活性等方面也有很大有优势。 关键词：轻型钢结构，钢屋架，屋面支撑系统，钢结构防腐与防火 中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号： 轻型钢结构的使用特点 轻型钢结构主要指由圆钢、小角钢和薄壁型钢组成的结构。相对于普通钢结构，轻型钢结构的屋面荷载较轻，因而杆件截面较小、较薄。它
2、除具有普通钢结构所具有的自重较轻、材质均匀、应力计算准确可靠、加工制作简单、工业化程度高、运输安装方便等特点外，还具有取材方便、用料较省、自重更轻等优点。它对加快基本建设速度，特别是中小型企业的建设，以及对现有企业的挖潜、革新、改造等工作能起一定的作用，因而受到建设单位的普遍欢迎。 轻型钢结构的经济指标较好。轻型钢屋盖结构的用钢量一般为815Kg/m2， 接近在相同条件下钢筋混凝土结构的用钢量，并且能节约大量木材、水泥及其他建筑材料，将结构自重减轻为普通钢结构的 7080%，总的造2价较低。由于结构自重轻，也为改革笨重的结构体系创造了条件，因此，轻型钢结构是很有发展前途的一种结构形式。 轻型钢
3、结构的用途是多方面的，较多的应用于房屋的屋盖系统。因此，研究并推广具有较好保温、隔热和防水性能的轻型屋面材料，对轻型钢结构的发展有很大的意义。尤其是进入九十年代，随着新型建筑材料的发展，压型钢板和太空板等轻质屋面材料的应用，轻钢结构自身构件截面和产品的更新（如使用高频焊接轻型 H 型钢、热轧 H 型钢及其剖分 T 型钢等）使得轻型钢结构的应用范围逐渐扩展，不再局限于跨度不超过 18 米，起重量不大于 5 吨的小吊车厂房。轻型屋面及墙面挂板材料的应用使结构整体荷载大幅度降低，使整个厂房结构的构件截面尺寸和重量比按传统混凝土大型屋面板设计时大幅降低，不仅节约钢材用量，而且加快了建设速度， 薄壁型钢
4、结构则是近几十年发展起来的轻型钢结构。薄壁型钢具有较好的截面特征，壁厚为 1.55mm，一般采用 2.03.0mm。它的截面形状合理且多样化，与热轧型钢相比，在相同截面面积的情况下，薄壁型钢的回转半径可增大 50%60%，截面惯性矩和抵抗矩可增大 0.53.0 倍，因而能较合理的利用材料的强度，与普通钢结构相比，可节约钢材 30%。 上海、湖北等地已在近百万平米的建筑中应用了三角形薄壁型钢屋架和薄壁 Z 形檩条，薄壁型钢和圆钢组合的平面桁架式檩条，并取得了较好的技术经济效果，为薄壁型钢结构的设计、制造、安装和使用维护，积累了经验。 但同时，由于轻型钢结构的构件截面尺寸相对较小，在制作、运输、3
5、安装以及防护、隔热等方面必须引起足够的重视。 二. 轻型钢结构的应用范围 轻型钢结构主要适用于以下房屋建筑： 1）中、小型工业厂房，如机械加工、金工装配、小型轧钢车间等以及大多数轻工业厂房； 2）仓库、车库等； 3）公共建筑，如食堂、超市、候车室等； 4）可拆装的活动房屋等。 我们知道，由于轻型钢结构所用钢材细薄，表面有锈蚀就严重削弱它的截面面积，从而大大降低结构承载能力，因此轻型钢结构一般不宜在非常潮湿和有强烈侵蚀的环境里作为主要承重结构。 三. 轻型钢结构的结构类型 1) 单层轻型钢结构房屋一般采用门式刚架、屋架和网架作为主要承重结构。其上铺设檩条、轻质屋面板，下设柱（刚架为梁柱合一） 、
6、基础，柱外侧有轻质墙架，柱内侧可设吊车梁。 2) 刚架结构是梁、柱构件组合体，形式多样，在单层工业与民用房屋钢结构中，应用较多的为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架，根据需要可带挑檐、毗屋，如通风、采光需要亦可设置通风口、采光带和天窗架。刚架结构可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，使建筑造型比较简洁美观，并使构件的规格整齐划一。其中格构刚架多属于轻钢结构，实腹刚架则多属于普通钢结构。实腹刚架刚度较大，便于设置4悬挂吊车和长途运输，在工地安装方便，特别采用 H 型钢时，可使制造工作简化。 其中应用最广的门式刚架的特点是占空间小、造价低、施工快，若设计合理非常节省材料。通常用于跨度为 918m
7、，柱距为 6m，柱高为4.56.0m，设有起重量较小悬挂吊车的单层工业厂房或公共建筑（如超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑等） 。 3) 屋架结构形式主要取决于所采用的屋面材料和房屋的使用要求。一般有三角形屋架、三角拱屋架、梭形屋架以及平行弦屋架和梯形屋架。轻型钢屋架与普通钢屋架在本质上无多大差别，两者的设计思路相同，只是轻型钢屋架的构件截面尺寸较小，连接构造和使用条件稍有差别。屋架跨度一般为 1530m，柱距为 612m，通常以铰接支承在柱顶。屋架的杆件除常规的角钢、薄壁型钢（一般用于钢管屋架）外，目前已增加了更有应用前景的 T 型钢、H 型钢，甚至有逐步代替角钢屋架的趋势。 门式刚架
8、和屋架均为平面结构体系，为保证结构的整体性、稳定性及空间刚度，在每榀刚架或屋架间应有纵向构件和支撑系统连接。 4) 随着生产工艺的不断改进和建筑水平的提高，建筑结构体系不断向大跨度大柱网方向发展，并从平面结构发展为空间结构。钢网架屋盖结构是其中的一种。在钢网架屋盖结构中，平板型的钢网架屋盖结构在我国已较好的解决了设计和施工问题。它的应用正逐年增加。钢网架屋盖结构具有空间作用，相对于梁、板和屋架体系的平面结构具有整体性好、刚度大等优点，能有效地承受地震作用等动力荷载，它不仅适用于大跨度结构，在中、小型跨度结构中应用也不少。过去，钢网架屋盖结5构多用于体育馆、俱乐部等建筑，目前正逐步用于大跨度和大
9、柱网的工业房屋中。 四. 轻型钢结构在核电站 BOP 厂房设计中的适用性 结合现有轻型钢结构在一般工业与民用建筑中的使用情况，我们不难发现：它轻巧、美观、占地面积小、造价低、建设快，工业化程度高，与厂房有关的所有构件均可在工厂快速、批量生产，大大降低了现场工作量。柱距、跨度亦不再受标准构件（如屋架、大型屋面板等）的约束，使厂房布置更加灵活多样。而且现有国内有资质的施工单位在轻型钢结构的制作、安装、涂装和隔热等施工处理方面有成熟经验，完全能满足设计要求和保证施工质量。 核电站辅助性厂房（BOP 厂房）中，有很多厂房是普通单层工业厂房，如仓库、车库、机修车间、铆焊车间、仪电修车间、核废料储存仓库等
10、。这些厂房的共同特点是：单层，单跨或双跨（跨度在 1521m） ，屋面为单坡或双坡，设少量附跨房屋作为配电、管理用房，且吊车起重量一般在1020t，屋面和墙面均可选用轻质屋面板和墙挂板。这些厂房均属于传统意义上的单层工业厂房，其结构形式一般由钢筋混凝土柱、钢屋架或钢筋混凝土屋面梁，或钢柱、钢屋架组成，多属框排架结构。所以说，选择轻型钢结构厂房作为核电站 BOP 普通厂房的设计思路是十分可行、有效的。我们应结合核电自身特点由专业设计单位、施工单位、轻型钢结构厂家共同完成建设任务，做到各取所长。 6五.钢结构的防腐与防火 1) 钢结构的防腐 建筑钢材强度高、塑性及韧性好、自重轻，加上钢结构具有制作
11、简便、施工工期短、适用于跨度大、高度高、承载重的结构等优点，使钢材在建筑业中得到了广泛应用。 但是钢材耐腐蚀性和耐锈蚀性差。据发达国家的不完全统计，每年由于钢材腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的 4。钢结构的腐蚀不仅造成了经济损失，也给结构的安全带来隐患，由于钢腐蚀而导致的工程事故屡见不鲜。因此，钢结构（特别是薄壁钢构件）的防腐处理具有重要的经济和社会意义。 钢结构的防锈及涂装设计应遵守工业建筑防腐蚀设计规范（GB500046）与钢结构管道涂装技术规程 （YB/T9256）的有关规定。 钢结构腐蚀的防护方法主要有：保护层法（金属保护层、化学保护层、非金属保护层） ；涂防腐油漆（涂料）等。
12、2）钢结构的防火 钢结构具有独特的优越性，它适用于各种工程结构，因而在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。但钢结构耐火性能差早已为人们所熟知，钢材虽为非燃烧材料，却易导热、怕火，其耐火极限仅为 1520min。未加防火保护的钢结构，当结构温度达到 350Co、500Co、600Co 时，其强度分别下降 1/3、1/2、2/3；当结构温度达到 600Co 以上时，将完全丧失承载能力。因此，在遭受火灾的情况下，钢结构会不可避免地扭曲变形，最终导致垮塌毁坏。 7钢结构的防火包括结构的防火设计和结构的防火保护措施。 钢结构防火设计的实质是：选定保护材料及所需厚度，从而使结构在火灾中的升温不超过其临界温度而确保耐火稳定性。防火设计的目标就是使结构构件的实际耐火时间大于或等于规定的耐火极限。 常用的防火措施：单面屏蔽法，将耐火轻质板作为防火外包层；浇铸混凝土或砌筑耐火砖；水冷却法；涂抹防火涂料。 主要参考文献 1.钢结构设计规范GB50017-2003 2.钢结构设计手册中国建筑工业出版社 3.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002
