輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)中要注意的幾個(gè)問(wèn)題

范紅剛，王 蕾

（1.山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，建筑的結(jié)構(gòu)形式也日趨多樣化，輕鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，并且已經(jīng)開始在住宅建筑領(lǐng)域應(yīng)用。然而，專門的輕鋼設(shè)計(jì)單位還比較少，絕大多數(shù)輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是由一般綜合性建筑設(shè)計(jì)院來(lái)完成，這些設(shè)計(jì)人員不是太專業(yè)，在進(jìn)行輕鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多設(shè)計(jì)人員往往沿用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)概念，這樣雖然保證了安全，但是造成了很大浪費(fèi)，增加了建設(shè)投資。在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中如何把輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更輕更安全，是設(shè)計(jì)人員所要考慮和探討的問(wèn)題。文章結(jié)合輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，重點(diǎn)分析輕鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)中要注意的幾個(gè)問(wèn)題，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師同行商榷。

1 輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

輕鋼結(jié)構(gòu)是指由鋼材所組成主要構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)主要為鋼材，安裝方式為焊接或螺栓連接等。輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑物相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要有以下一些特點(diǎn)。

1.1 輕鋼結(jié)構(gòu)適應(yīng)了建筑的工業(yè)化生產(chǎn)需求

輕鋼結(jié)構(gòu)具有很多磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等所不具有的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)，輕鋼結(jié)構(gòu)具有輕便、精確、快速、成行方便等優(yōu)點(diǎn)。輕鋼結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了建筑的工業(yè)化生產(chǎn)需求，在建筑建設(shè)過(guò)程的運(yùn)輸、施工以及安裝等過(guò)程中顯得尤為方便。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物施工工期短、造價(jià)低、施工不受外界天氣等影響，保證了工程工期和成本等要求。

1.2 輕鋼結(jié)構(gòu)施工工期短

輕鋼結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件，都可以通過(guò)工廠現(xiàn)場(chǎng)制作為成品，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行拼接施工。這個(gè)特點(diǎn)同鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)相比，可以將建設(shè)工期縮短一半。因?yàn)榭s短了施工周期，就能完全可以能夠提前使用，這樣對(duì)于投資來(lái)說(shuō)也帶來(lái)了極大的效益。同時(shí)，輕鋼結(jié)構(gòu)的夾心使用聚苯乙烯泡沫，而單板上采取加保溫被的措施，所以在保溫、隔熱與隔音等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1.3 輕鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好

輕鋼結(jié)構(gòu)由于材質(zhì)的原因，是一種柔性極大的結(jié)構(gòu)，且相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)自重較輕，具有較大的柔韌性，因而能夠極其有效的降低地震的影響，是一種極利于抗震的結(jié)構(gòu)，適應(yīng)于在地震頻繁的地區(qū)使用。但也正是由于其材質(zhì)的原因，輕鋼結(jié)構(gòu)的防火性能差，發(fā)生火災(zāi)時(shí)極易被破壞，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意提高其消防等級(jí)。

2 輕鋼結(jié)構(gòu)屋面板及檁條的設(shè)計(jì)

輕鋼結(jié)構(gòu)中屋面板和檁條是建筑的重要部分，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，輕鋼結(jié)構(gòu)的檁條多采用等間距布置。等間距布局的情況下，檁條和屋面板形成了等跨支座，計(jì)算起來(lái)比較簡(jiǎn)單方便。但這樣的布局方式在傳力等方面卻不是很合理。等間距布置檁條時(shí)，屋面板通常情況下都按5跨等跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方式，屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大很多。選取屋面板的尺寸和厚度時(shí)，如果按端跨跨中彎矩計(jì)算，則計(jì)算結(jié)果尺寸偏大，端跨屋面板滿足荷載要求，中跨屋面板則超值計(jì)算，造成浪費(fèi)。如果按照中跨跨中彎矩來(lái)計(jì)算，則不滿足荷載要求，不安全。同理，檁條承載力計(jì)算時(shí)也存在這樣的問(wèn)題。

通過(guò)上述分析，筆者認(rèn)為，輕鋼結(jié)構(gòu)的檁條布局不宜采用等跨布置，應(yīng)該根據(jù)荷載和彎矩的大小，采用不等跨布置。不等跨檁條的布置原則為：在屋面板端跨處間距減少，而中跨處間距放大，這樣就會(huì)使屋面板的端跨彎矩和中間跨彎矩比較接近。這樣的設(shè)計(jì)，會(huì)合理降低建筑物的單位用鋼量，減少工程造價(jià)。一般來(lái)說(shuō)，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屋面系統(tǒng)用鋼量，往往占建筑總用鋼量較大的比例，所以減少屋面系統(tǒng)的用鋼量的處理方式，能夠有效減少整個(gè)工程的用鋼量，會(huì)取得較好的效果。

3 輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐設(shè)計(jì)

在輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中，關(guān)于柱間支撐的設(shè)置，往往采用角鋼剪刀撐。角鋼剪刀撐在設(shè)計(jì)時(shí)，其每一肢都應(yīng)該同時(shí)滿足受壓和受拉的長(zhǎng)細(xì)比要求，按照這樣的要求進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)最終結(jié)果往往偏大，浪費(fèi)鋼材。在具體設(shè)計(jì)中，剪刀式鋼筋拉桿可只考慮承受拉力不考慮承受壓力來(lái)計(jì)算。鋼筋的直徑設(shè)計(jì)，由縱向水平力之和確定，但要求必須設(shè)法將鋼筋拉緊，能夠真正傳遞縱向水平力。

4 輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中雪荷載的選用

在一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中，在輸入荷載時(shí)，對(duì)雪荷載只按均布荷載輸入，沒(méi)有考慮規(guī)范中提及的屋面積雪分布系數(shù)。輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到單跨雙坡屋面和雙跨雙坡屋面，以及高低跨相鄰的屋面，如果不考慮雪載分布不均勻系數(shù)，會(huì)造成不安全因素。尤其是一些高寒地區(qū)的雪荷載很大，是屋面結(jié)構(gòu)的主要荷載，如果不考慮積雪分布系數(shù)，那么會(huì)造成荷載少算，使得結(jié)構(gòu)不滿足受力要求，遇到極端天氣后構(gòu)筑物會(huì)受壓損壞。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件時(shí)，不能完全依賴和迷信于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，要根據(jù)實(shí)際情況多方面考慮。在高寒地區(qū)的輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在雪荷載計(jì)算時(shí)，要考慮屋面積雪的不均勻系數(shù)，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件時(shí)，對(duì)雪載不均勻系數(shù)要自行調(diào)整。

以上幾點(diǎn)，僅僅是輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一點(diǎn)體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，在具體的輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮和注意的問(wèn)題還很多。隨著輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的逐漸增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該不斷提升自身專業(yè)素養(yǎng)，謹(jǐn)慎細(xì)心，從細(xì)微處著手，把輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做得更安全、更合理、更經(jīng)濟(jì)。

[1]王潔.輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的探討[J].山西建筑，2011（29）.

[2]郜麥麗，王崢.談?shì)p鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)[J].科技風(fēng)，2009（09）.

[3]曹勇，李丹丹.某大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].遼寧建材，2011（05）.