轻钢结构的特点及设计中要注意的几个问题

范红刚，王 蕾

（1.山东建大建筑规划设计研究院，山东 济南 250014；2.山东农业管理干部学院，山东 济南 250100）

近年来，随着科技的发展和社会的进步，建筑的结构形式也日趋多样化，轻钢结构在工业建筑中得到了广泛的应用和发展，并且已经开始在住宅建筑领域应用。然而，专门的轻钢设计单位还比较少，绝大多数轻型钢结构设计，都是由一般综合性建筑设计院来完成，这些设计人员不是太专业，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。文章结合轻钢结构的特点，重点分析轻钢结构房屋设计中要注意的几个问题，与结构设计工程师同行商榷。

1 轻钢结构的特点

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。轻钢结构的建筑物相对于其他结构来说，主要有以下一些特点。

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，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 轻钢结构屋面板及檩条的设计

轻钢结构中屋面板和檩条是建筑的重要部分，也是结构设计的重点之一。在传统结构设计中，轻钢结构的檩条多采用等间距布置。等间距布局的情况下，檩条和屋面板形成了等跨支座，计算起来比较简单方便。但这样的布局方式在传力等方面却不是很合理。等间距布置檩条时，屋面板通常情况下都按5跨等跨连续梁设计，这种设计方式，屋面板端跨的跨中弯矩比中跨的跨中弯矩大很多。选取屋面板的尺寸和厚度时，如果按端跨跨中弯矩计算，则计算结果尺寸偏大，端跨屋面板满足荷载要求，中跨屋面板则超值计算，造成浪费。如果按照中跨跨中弯矩来计算，则不满足荷载要求，不安全。同理，檩条承载力计算时也存在这样的问题。

通过上述分析，笔者认为，轻钢结构的檩条布局不宜采用等跨布置，应该根据荷载和弯矩的大小，采用不等跨布置。不等跨檩条的布置原则为：在屋面板端跨处间距减少，而中跨处间距放大，这样就会使屋面板的端跨弯矩和中间跨弯矩比较接近。这样的设计，会合理降低建筑物的单位用钢量，减少工程造价。一般来说，轻钢结构建筑物的屋面系统用钢量，往往占建筑总用钢量较大的比例，所以减少屋面系统的用钢量的处理方式，能够有效减少整个工程的用钢量，会取得较好的效果。

3 轻钢结构厂房的柱间支撑设计

在轻型钢结构厂房设计中，关于柱间支撑的设置，往往采用角钢剪刀撑。角钢剪刀撑在设计时，其每一肢都应该同时满足受压和受拉的长细比要求，按照这样的要求进行计算，设计最终结果往往偏大，浪费钢材。在具体设计中，剪刀式钢筋拉杆可只考虑承受拉力不考虑承受压力来计算。钢筋的直径设计，由纵向水平力之和确定，但要求必须设法将钢筋拉紧，能够真正传递纵向水平力。

4 轻钢结构设计中雪荷载的选用

在一些结构设计软件中，在输入荷载时，对雪荷载只按均布荷载输入，没有考虑规范中提及的屋面积雪分布系数。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雪荷载很大，是屋面结构的主要荷载，如果不考虑积雪分布系数，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，在雪荷载计算时，要考虑屋面积雪的不均匀系数，在应用结构设计软件时，对雪载不均匀系数要自行调整。

以上几点，仅仅是轻钢结构设计过程中的一点体会和经验，在具体的轻钢结构设计过程中，需要考虑和注意的问题还很多。随着轻钢结构建筑的逐渐增多，结构设计师在设计过程中，应该不断提升自身专业素养，谨慎细心，从细微处着手，把轻型钢结构设计做得更安全、更合理、更经济。

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