钢结构设计及轻型钢结构应用

刘帅

【摘 要】随着人类社会的不断发展进步，人类对自身的居住环境要求也越来越高；高品质、高效、环保型的生产、生活场所就应运而生。轻型钢结构建筑就是得到广泛认可，并得到迅猛发展的建筑结构型式之一。本文分析了钢结构设计及轻型钢结构应用。

【关键词】钢结构设计；轻型钢结构；应用；

近年来，轻型钢结构在建筑工程中得到了越来越广泛的应用，例如在高层建筑、大跨度公共建筑中，都有轻型钢结构设计的身影，它已成为一个城市现代建筑的象征。随着现代轻型钢结构设计水平提高，从而形式由单一的框架式发展到多元化，如肋玻结构形式、钢桁架结构形式。

一、钢结构设计

1.钢结构形式与结构布置。钢结构在设计之前应该选择合理的结构体系，合理的建筑结构体系应该是刚柔相济。钢结构常用的结构体系有框架、平面（桁）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。在钢结构设计的整个过程中都应该注重的是概念设计，所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。所以它在结构选型与布置阶段就尤其重要。对一些难以做出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的破坏机理、力学关系、试验现象、震害和工程经验中获得概念设计的思想，结构的布置及细部措施应该从全局的角度来确定控制。一般地说要刚度均匀，力学模型清晰简便，层次清楚，条理分明，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，控制构件的侧移变形，保证结构具有足够的抗弯和抗剪能力，使其结构传力以最直接简单的线路传递到基础，柱间的抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线，比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独随1/4的总水平力。

2.判定结构的合理性。要正确使用结构软件，还应对其输出结果做正确的判断。比如评估各向周期、位移、应力、总剪力、变形特征等。不同的软件会有不同的适用条件和范围，初学者应充分明了。工程师们不应该过分信任与依赖结构软件。工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离，为了获得实用的设计方法，有时会用误差和较大的假定，但对这种误差，会通过适用条件、概念及构造的方式来保证结构的安全。钢结构设计中，适用条件、概念及构造是比定量计算更重要的内容。

3.连接节点优化设计。钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各通过一定安装而形成整体结构，连接部位应有足够的强度、刚度、延性。所以连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一，钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、普通螺栓连接、高强螺栓连接。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分地思考与确定，应根据连接节点的位置及其所要求的强度、刚度合理地确定连接方式及节点细部构造和计算方法。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免，按传力特性不同，节点分刚接、铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者，连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然随弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法，初学者可偏安全选用前者。

二、轻型钢结构应用

1.围护结构。围护结构虽然对工程起着非常重要的保障作用，但是其从根本上讲，并不属于影响房屋主体结构的部分。因此，为了减轻多层房屋钢结构的自重，不给房屋增加额外的承载上的负担，所以设计人员在轻型房屋刚结构的围护结构的设计过程中会尽可能的采用轻质材料。一般情况下，多层房屋钢结构的外墙墙体采用的轻质填充材料有：空心砌块、加气混凝土以及压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体等，另外，也有很多房屋外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构，但是由于玻璃幕墙的成本较高，并不适用于普通的住宅小区进行推广。而轻钢结构房屋的内隔墙为了减重可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板，这些材料不仅能够减重，还可以起到一定的辅助支持作用，但是缺点是隔声和隔温效果不好，所以，目前也有一些房屋建筑中采用铝合金框玻璃作隔断，但是其局限同玻璃幕墙一样，并不适用于在住宅建筑中大范围的推广和使用。

2.防火和防腐措施。我国的钢结构的防火主要采用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层三种方法进行。对于房屋中必须外露的钢结构构件，如楼梯等，大多采用涂料和漆料涂刷的方式进行防火，一般情况下采用10～40mm厚的涂料，其耐火极限可达一点五至三个小时，而如果采用发泡漆进行防护，其耐火基线时间为一般只有半个小时，所以如无特殊建筑要求，一般推荐采用防火涂料的方式。对房屋建筑中一些不外漏的相对来讲隐藏于结构内部的构件的防火，采用珍珠岩和蛭石防火喷涂或防火板是最为经济有效的方法，一般情况下30～40mm厚的喷涂可实现一个半小时的耐火极限，与此同时，该喷涂材料还有一定的防腐能力，可以作为一种日常维护。另外，暴露于外的钢构件的防火一般采用耐腐蚀涂料或油漆防腐进行，通常情况下，要涂刷两次，因为耐腐蚀涂料由底漆和面漆两个部分组成，单独涂刷底漆或者面漆无法达到良好的防腐和防火效果。值得注意的是，目前市面上的普通防腐涂料的有效期一般为十年至二十年左右，所以有关部门要做好备案，以便在材料过期和失效时能够及时的重新涂刷。镀锌压型钢板的防火措施，主要以涂刷有机涂料为主，因为其本身具有一定防腐能力，在用于楼盖时可借助于防火涂料解决防腐问题，所以涂刷涂料主要目的在于增加其耐久年限。

随着轻型钢结构应用的日益广泛，建筑钢结构专业人员应该为迅速扭转当前不利于其发展的现状作出更大的努力和贡献。

参考文献：

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