轻钢结构设计的几点问题

王璞

【摘要】目前轻钢结构在我国已经广泛使用，并且已经积累了一定的结构设计经验，这让我国结构型式具有更大的选择性与创新性。本文从建筑结构的角度出发，针对轻钢结构的基本理论，对轻型门式钢架结构设计过程中遇到的几点问题进行探讨与思考，对于轻钢结构更好地设计及创新，具有一定的借鉴价值。

【关键词】轻钢结构；设计问题；探讨

一、轻钢结构设计概述

轻钢结构是一种新型的钢结构，具有更大的应用灵活性与广泛性。具体而言，轻钢结构是指在传统普钢结构的基础上，通过对普通钢结构的深入研究，对其结构在实际应用中所存在的一些弊端与缺陷，通过相应的技术措施加以改造与创新，从而让这种钢结构的自重更轻，性能更加优越。

在我国钢结构行业发展过程中，轻钢结构在早期就已经有了界定，主要表现为以圆钢、小角钢等制造的钢结构，但从现代工业发展的观念来看，轻钢结构早已不再局限于简单的几类，而是又研发了更多的轻钢结构型式。轻钢结构制造采用的钢材也是从传统的型材中得到的，但它与普钢结构具有很大的差异。轻钢结构采用的主要有热轧H型钢、薄壁型钢及T型钢等。不仅如此，轻钢结构设计本身的理论与普钢也是不同的。下面以《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和《钢结构设计规范》为例，对轻钢结构与普钢结构的差异性进行简单阐述。

首先轻钢结构与普钢结构设计在荷载取值方面具有一定的差异性，重点表现在对风荷载与屋面荷载的考虑方面；其次在结构设计分析方法上存在差异性，这个差异性主要体现在钢结构计算长度确定与结构局部稳定性方面；最后轻钢结构设计与普钢结构相比，其限制条件存在很大的不同，这方面主要体现在结构变形以及长细比计算方面。我国在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中对轻钢结构具有明确的规定，超过此规定的钢结构则不再属于轻钢结构，轻钢结构在设计过程中需要按照相应的技术规程进行工作开展，这样才能确保设计的合理性。

二、轻钢结构设计的几点问题

1.活荷载取值

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定“对受荷水平投影面积大于6m2的钢架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3KN/㎡。”对受荷水平投影面积大于60m2的钢架构件，现在常用的设计方法是，屋面活荷载计算，计算钢架时一般取0.3KN/ m2，计算檩条时一般取0.5KN/m2。与美国规范相比，作为安全储备的活荷载取值为0.3～0.5KN/㎡，为美国规范0.6～1.0KN/m2的1/2左右。

随着全球气候异常性的出现，像大雪及大风等恶劣天气，这种情况下会使得轻钢结构存在不安全因素，再加上门式钢架本身截面小、重量轻，假如活荷载取值不合理，则很容易给轻钢结构带来更大的安全隐患。因此轻钢结构活荷载取值的大小，应依据项目的实际情况而定，并且需要综合考虑各种因素。合理的活荷载取值才能进一步确保轻钢结构的稳定性。通常来看，如轻钢结构施工所在地区冬季几乎无雪，建筑功能变化可能性很小，像一些民用建筑及仓库等，则活荷载可取0.3KN/m2；相反如地区性冬季下雪很频繁，建筑物结构内需要进行吊装，并且以后功能发生改变的可能性较大，像一些厂房，对于这种活荷载在实际中增加的可能性很大，因此在进行活荷载取值的时候，其数值不宜小于0.5KN/m2。

在实际中还存在着一些其它情况，像雪荷载大于活荷载的情况下，则在进行轻钢结构设计活荷载取值时则不能单纯地按照过程直接取值，而应将雪荷载与恒荷载或其他可变荷载进行组合后并与系数1.25进行相乘，这样计算取值的目的主要是考虑到屋面积雪的不均匀性；假如在实际中还存在公用专业管线置于钢架上，在进行设计时还应将悬挂荷载一起考虑到具体的设计过程中去，因此公用专业荷载的大小及位置应尽可能准确。在实际中主钢架计算时如无法准确提供有关荷载的状况下，则按照活荷载+不小于0.4KN/m2的悬挂荷载进行计算取值为宜。

2.风荷载体型系数取值

对于风荷载体型系数取值的问题，可以参照的规范存在有两类，一类是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，另一类是《建筑结构荷载规范》，这两种规范在实际中具有不同的适用性。门式钢架技术规程中设计到的风荷载体型系数主要适合范围为低矮的房屋建筑，其主要特征是梁上的风荷载敏感性较大，这个方面主要是从美国金属房屋制造的《低层房屋体系手册》中借鉴的。而结构荷载规范中涉及的风荷载体型系数则是对于高而窄的建筑结构而言的，这种体型中柱的风荷载敏感性較大。具体而言在实际的轻钢结构设计中按照哪种规范进行相关体型系数的选取，则需要依据实际情况而定。（1）当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《建筑结构荷载规范》选用。（2）当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A选取选用。

3.轻钢门式刚架的柱脚设计

柱脚按其与基础的连接方式不同，分为铰接和刚接两种。前者主要承受轴力，后者用于承受轴力和弯矩。如柱脚采用铰接，柱顶位移、应力较大，为控制柱顶位移和应力要增大梁柱断面，增加用钢量，如果柱脚设计成刚接截面，柱子的计算长度系数是铰接情况下的0.8倍左右，柱顶位移和柱子应力小很多。在我们弄清楚此条规范编制的原因和力学原理后，笔者认为柱脚设计成铰接还是刚接，不光看有无吊车还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较大而风荷载也较大，就是无吊车，也应设计成钢接。

柱脚的作用是把柱下端固定并将柱内力传给基础。由于混凝土的强度远比钢材低，所以，必须把柱脚底板放大，以增加与基础的接触面积。钢柱脚底板距基础边缘最小距离我国规范上没有相关规定。但在设计中应根据荷载大小进行相应的放大，防止基础柱脚的破坏。

三、结束语

轻钢结构设计考虑的因素较多，其设计理念与普钢设计相比要更具创新性与严格性，因此对于轻钢结构设计应给予重视，综合考虑不断完善优化设计。

参考文献

[1]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS 102：2002.北京：中国计划出版社，2003.

[2]钢结构设计规范 GB 50017-2003.北京：中国计划出版社，2003.