1、探讨轻钢结构设计中的若干问题摘要：轻钢结构自身重量轻，基础的竖向荷载相对小，具有施工工期短、抗震性能好等特点，轻型房屋钢结构我国已经进行了广泛的应用，技术上取得了长足的进步，但是值得研究和需要提高的方面还有很多。只有充分理解轻钢结构设计的概念，才能设计出更为经济合理，而且安全可靠地轻钢结构。本文根据笔者工作实践，对轻钢结构的特点以及轻钢结构刚度及稳定设计、基础设计、支撑体系、檩条的计算分析以及节点连接等问题进行了探讨。 关键词：轻钢 结构 设计 问题 中图分类号：TU392 文献标识码： A 轻钢结构是指由钢材所组成主要构造的结构，其材质主要为钢材，安装方式为焊接或螺栓连接等。轻钢结构具有施工
2、工期短、抗震性能好等特点，因此得到了广泛的应用和推广。但是目前国内专业的轻钢设计相对还少，在进行轻钢的结构设计过程中，很多设计人员往往沿用传统的钢结构概念，这样虽然保证了安全，但是造成了很大浪费，增加了建设投资。在轻型钢结构建筑的结构设计过程中如何把轻钢结构设计得更轻更安全，是设计人员所要考虑和探讨的问题。轻钢结构的建筑物相对于其他结构来说，主要有以下一些特点。 1、轻钢结构的特点 1.1、轻钢结构适应了建筑的工业化生产需求 轻钢结构具有很多砖混结构和钢筋混凝土结构、框架结构等所不具有的优点。相对于砖混结构、钢筋混凝土结构等传统结构形式来说，轻钢结构具有轻便、精确、快速、成行方便等优点。轻钢结
3、构的这些优点，适应了建筑的工业化生产需求，在建筑建设过程的运输、施工以及安装等过程中显得尤为方便。轻钢结构建筑物施工工期短、造价低、施工不受外界天气等影响，保证了工程工期和成本等要求。 1.2、轻钢结构施工工期短 轻钢结构的所有构件，都可以通过工厂现场制作为成品，然后运输到施工现场直接进行拼接施工。这个特点同钢筋混凝土的结构相比，可以将建设工期缩短一半。因为缩短了施工周期，就能完全可以能够提前使用，这样对于投资来说也带来了极大的效益。同时，轻钢结构的夹心使用聚苯乙烯泡沫，而单板上采取加保温被的措施，所以在保温、隔热与隔音等方面具有明显优势。 1.3、轻钢结构抗震性能好 轻钢结构由于材质的原因，
4、是一种柔性极大的结构，且相对于钢筋混凝土结构来说自重较轻，具有较大的柔韧性，因而能够极其有效的降低地震的影响，是一种极利于抗震的结构，适应于在地震频繁的地区使用。但也正是由于其材质的原因，轻钢结构的防火性能差，发生火灾时极易被破坏，因此在设计过程中，要注意提高其消防等级。 2 刚度及稳定设计 2.1 刚度设计 有重级及多层框架的工作厂房的变形监控， 钢结构设计规范中做了具体的要求。 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程对普通单层结构做出了明确的规定。适用性问题是结构变形所涵盖的问题，相对于安全性其考虑的并不深。笔者认为，单层钢结构厂房的变形在设计是可以放宽标准，变形控制的建筑中，放宽变形容许条件可以
5、降低经济成本。通过比较已经建成的轻钢结构厂房，在檐口的高度小于 9m 的单层厂房，强度条件是唯一考虑的因素，刚度变形不在考虑范围。这种做法同美国标准一致。 2.2 稳定设计 在设计时，屋面梁柱外翼缘和上翼缘由檩条约束，但是轻钢结构屋面相对质量轻，内力的方向容易被风载荷改变，由此柱内翼缘和梁下翼缘都有受到压力的可能，此时，可通过设置隅撑来解决，下翼缘的整体稳定有隅撑连接下翼缘与檩条，行成侧向约束解决。设计采用 Z 型和 C 型檩条时，搭接连续性檩条，此时的连续梁的计算模式相对简支梁为模式效果更好一些。此时简支梁模式相对连续梁模式刚度小，稳定性也不如连续梁。美国钢结构图纸和技术中，他们的连续梁中反
6、弯点之间的长度作为计算稳定的自由长度。此种方法比我国采用的自由长度小，稳定性也相对较好。 3 基础设计 轻钢结构结构自身重量轻，基础的竖向荷载相对小，在钢结构的设计中基础大小的控制因素往往是水平载荷。工业厂房的偏心值在规范中并没有明确的给出，基础底面在偏心荷载作用下反力不均匀，会影响厂房的使用，同时也可能使基础发生倾斜。研究表明对基底土压力的分布做一下限制合理：基柱要承担一般吊车载荷的情况下，Pmin 0，地基与基底底面没有出现脱离，在此条件下，偏心距的最大值为 b/6；柱基在没有吊车载荷而仅仅有风载荷的条件下，地基和基础底面可以不完全接触，接触部分长度和基础长度比值大于 0.75，此时，还应
7、该验证底板受拉一边的抗弯强度。为了满足上述要求，我们可以增加基础压重，使用偏心基础、增加埋深等措施。 4 支撑体系、檩条的计算分析 张紧的圆钢组成的柔性支撑的支撑体系，一般用于没有吊车的情况下。我们通常采用的是花篮螺栓，缺点是相对于圆钢支撑端部用螺母张紧的做法成本低，优点是能有有效减少有支撑松弛造成的影响。规范中指出，在檩条的下翼缘在风吸力组合作用下受压的条件下，拉条适当布置在檩条的上、下翼缘附近。目前具有争论的在于，规范中没有给出对拉条位置具体的设置方法。设置双层拉条是比较稳妥的方式，当时通常的做法还是仅在檩条的上缘附近设置拉条。通过稳定计算当檩条在风吸力组合下下翼缘受压的情况，此时跨度作为
8、檩条下翼缘侧向的计算长度，但在风吸力作用下的墙梁按照此方法计算并不合理，因为控制截面的唯一因素将是稳定，计算非常不经济。经过验算受压稳定后，檐口和屋脊处采用双檩的条件下，刚性杆件可以取消，此时传递纵向水平力的压杆是檩条，在有垂直支撑处设置刚性系杆仍然是必要的。在采用扣合式屋面板的情况下，檩条的侧向支撑不是屋面板，檩条应分情况按照不同的方法计算。规范中对各种情况进行了详细的区分，设计中注意区分。 5 节点连接 规范中指出梁柱拼接和连接节点的形式主要是端板连接，包括的形式有外伸式加肋、外伸式和平板式等。拉力的分布状态通过使用加劲肋进行改善提高，由于受拉翼缘两侧螺栓受力均匀，有效减少了端板厚度以及螺
9、栓使用数量，同时提高了节点的抗弯能力。斜放、竖放和平放是梁与边柱连接节点的三种方式。条件允许的情况下，端板平放是我们优先考虑的形式，因为此时柱能在安装时起到临时支架作用，而且可以减小节点的设计剪力。端板竖放和斜放适用于节点弯矩较大的情形，当端板斜放的情况下，应该注意保证安装空间，而且此时对精度也有较高要求。铰接处理可应用于梁与中柱连接的情况下，在需要控制水平位移以及跨中反弯矩很大的条件下，此处可采用刚接设计。梁的下翼缘和端板平放，既便于安装，又使受力合理。剪力与弯矩较小处进行梁中间拼接。6 轻钢结构设计中积雪荷载的选用 在一些结构设计软件中，在输入荷载时，对积雪荷载只按均布荷载输入，没有考虑规
10、范中提及的屋面积积雪分布系数。轻钢结构设计中，经常遇到单跨双坡屋面和双跨双坡屋面，以及高低跨相邻的屋面，如果不考虑积雪载分布不均匀系数，会造成不安全因素。尤其是一些高寒地区的积雪荷载很大，是屋面结构的主要荷载，如果不考虑积积雪分布系数，那么会造成荷载少算，使得结构不满足受力要求，遇到极端天气后构筑物会受压损坏。结构设计师在使用结构设计软件时，不能完全依赖和迷信于结构设计软件，要根据实际情况多方面考虑。在高寒地区的轻钢结构设计时，在积雪荷载计算时，要考虑屋面积积雪的不均匀系数，在应用结构设计软件时，对雪载不均匀系数要自行调整。 7 结语 综上所述，随着轻钢结构厂房的推广普及，相关的施工管理措施也在不断的发展成熟，只有不断加强对轻钢结构厂房工程施工中的质量和安全管理，在保证安全无事故的同时控制住轻钢结构厂房的施工质量，才能为轻钢结构厂房工程的整体质量提供有力的保障。 参考文献 1林施颖 . 轻钢结构活动房屋的现状及发展趋势 J. 钢结构 ,2011（10）. 2 程火焰，朱荡荡 . 轻钢结构单层厂房整体稳定性的影响因素分析 J.湖南工程学院学报（自然科学版）, 2012（04）
