冷弯薄壁型钢结构的设计思考

2017-09-13童公明

河南建材 2017年5期

关键词：屋架钢梁薄壁

童公明

厦门尚匠住工建筑科技有限公司（361008）

冷弯薄壁型钢结构的设计思考

童公明

厦门尚匠住工建筑科技有限公司（361008）

冷弯薄壁型钢截面种类多、成型灵活，可以制作成多种特殊形状的钢材，受力性能好，能够提高整体建筑结构的刚度和承载能力、施工简单、安装方便，缩短建筑施工周期，因此在高层建筑中广泛应用。这里主要分析了冷弯薄壁型钢结构设计原理、制作工艺、制作要点以及结构安装流程，希望能提高冷弯薄壁型钢结构设计水平和安装水平。

冷弯薄壁型钢；建筑建筑；制作工艺

0 引言

冷弯薄壁型钢结构是一种新型的建筑结构，冷弯薄壁型钢是由厚度为1.5~1.6 mm的钢板或者带钢，经过冷加工成型，同一截面部分的厚度相同，截面各个角顶呈圆弧形。冷弯薄壁型钢可以加工制成成屋架、钢架、墙梁、网架等结构和构件，它能够将墙体、楼盖、屋顶等进行工业化生产，提高施工效率，国外美国、日本等国家应用比较广泛。由于冷弯薄壁型钢体系的结构与传统的混凝土结构有一定的差异性，因此，需要加深对冷弯薄壁型钢结构的认识和研究，进一步在建筑领域中进行推广。

1 设计原理

冷弯薄壁型钢结构是一种板结构体系，由屋盖、楼盖、墙体、基础工程等结构构成，主要水平承重结构是楼盖和屋盖，主要竖向承重构件是墙体，墙体既是围护结构也是承重结构。所以在设计的时候，要考虑到建筑结构的要求。冷弯薄壁型钢结构建筑房间布局比较灵活，建筑平面多种多样，所以建筑结构的传力路线比较复杂，给冷弯薄壁型钢结构的设计增加了难度。冷弯薄壁型钢结构结构的承重力和水平荷载等方法与普通的钢结构一样，但是在计算轴心受压、偏心受压和受弯构件受到压强、稳定性时，都只计算有效净截面。而计算钢结构时，受压强度计算净截面，稳定性则按照毛截面计算。按照水平荷载作用下，由于两端横墙的约束，分析结构受力情况时，将单元屋盖和楼盖结构看成是水平方向的梁支撑在两端横墙，其跨度则看成是两端横墙间距。两端横墙则看成竖向悬臂梁，镶嵌在建筑结构基础上。风荷载通过外墙分别传力给建筑外墙的基础、屋盖，由于两端有横墙，所以屋盖、楼盖作为水平梁受到水平荷载后容易发生弯曲，又将荷载传给横墙，最后通过横墙将这部分风荷载传给横墙基础结构。其传递路径为一部分风荷载经过纵墙、屋盖、山墙、山墙基础，然后到达地基基础结构；另外一部分风荷载经过纵墙基础,最后达到地基。在设计过程中，纵墙和横墙的概念是相对的，如果将水平力改成垂直方向的作用力,则纵墙变成横墙，横墙变纵墙，横墙在设计的时候，必须确保其有一定的刚度，横墙上还留有一个洞口，洞口的水平横截面积不能超过整个横墙全截面面积的50%,单层房屋的横墙长度不能比高度小；多层房屋横墙的长度大于建筑总高度的一半。由于冷弯薄壁型钢结构的受力情况比较复杂，为了确保设计质量，可以通过有限元方法对结构整体受力情况进行分析。

2 制作构件

2.1 工艺流程

放样划线→钢梁、屋架等下料→机械、火工校正→螺丝钉连接成型→除锈、油漆→现场安装→工程验收。

2.2 制作要点

钢结构的制作方式采用流水作业，板材、型钢采取半自动切割或者全自动切割方式，由于钢板和型材的长度有限，所以大部分构件都需要拼接，拼接前通过冷加工辊压的方式调直调平，驳接部位需要补强处理。为了降低加工变形量，立柱、屋架的H钢采用自动焊接方法，施焊的时候要注意焊接的顺序和方向。构架加工过程中可能出现弯曲变形，所以还需要通过水压机、矫直机对矫正；安装现场则可以使用火工调校矫正。

3 结构安装

3.1 预埋螺栓

冷弯薄壁型钢结构在钢筋绑扎好以后，准备浇筑混凝土前，预埋螺栓，防止钢结构在浇筑混凝土时出现移位,从而导致结构安装不准确的问题。一般预埋的螺栓有两种，一种是主体螺栓，一般埋设在承重墙体的转弯处或者门窗两侧；另外一种则是一般的螺栓，一般埋设在承重墙体部位，每隔12 cm埋设一根。预埋螺栓时，要仔细检查螺栓的尺寸，确保螺栓位置预埋的正确性，普通螺栓的埋设深度大于15 cm，加强螺栓的埋设深度大于25 cm。螺栓埋设以后，还要在螺纹上进行防锈处理。

3.2 铺设钢梁

按照设计图纸铺设钢梁，第一层钢梁使用1.5U254，1.5C254型号，最后一层钢梁使用1.2U254，1.2C254。U型钢梁则放在C形钢端头，起到固定作用。在铺设钢梁的时候，首先应该铺设槽钢，为了提高钢梁的承重力，往往采取纵横交错的铺设方法，这种铺设方法还需要在相交地方使用角铁或者废钢铁将其连接起来，才能使钢梁形成一个整体。如果构件长度比较短的时候，可以使用非承重结构，比如U型钢顶梁、底梁进行拼接。如果外墙部位的钢梁和墙体在同一个方向,则应该铺设双梁。

3.3 铺设木楼板

铺设的楼板有两种，一种是打企口，另外一种是没有打企口的，但是通常来说打企口的铺设效果比较好，没有打企口的木楼板应该在板与板相交的地方打上横撑，铺设的楼板才牢靠。

3.4 安装墙体

安装墙体的时候，要先将墙下轨放到指定的地方，并在上面打上钉子，用水平尺找到墙体四周竖直地方，对其进行固定，防止墙体发生变形移位。墙体上下竖直范围的偏差在±3 mm，墙体上轨带线找平，平整度与左右偏差控制在±3 mm左右，墙与基础部分连接如图1所示。

图1 墙与墙之间的连接方式有L形连接、T型连接、十字型连接

3.5 安装楼梯

楼梯大致可以分成两种:一种是用斜墙做支撑，另外一种是用斜梁作为支撑，这两种又可以从侧面看到台阶或者看不到台阶两种情况。安装楼梯的时候，首先用斜梁对准设计的孔洞，然后用螺丝固定，每一根龙骨上钉上3颗钉子，然后沿着上弦平行移动3 cm左右的弹跳斜线，找到第一个台阶顶端A的位置，测量出顶端到末端台阶的距离S，然后用S除以台阶数量，从而得到L，从A点向上斜测量L,找到每一个台阶顶点，用水平尺按照横平竖直的方式去画点，另外一侧则在各个台阶上打上角铁。先将挂梁放在角铁上，一端与脚步线齐平，用钳子将其夹住，同时调节水平线，用水平尺靠住以后用另外一个钳子夹住，然后用钉子将其固定下来，每一边用三个钉子固定。梁挂好以后，才可以封板，按照由下至上的方式封板，先封脚步板，然后踢面板，将踢面板放在脚踏板上面，上一个台阶压一个。

3.6 安装屋架

在安装屋架之前，要先假设好三脚架，三脚架的平面一侧向外与直角三角梁连接，连接的时候，从钉子背面直接打入并与直角梁连接在一起。直角三角梁的高度要比建筑主梁略低，大致1~2 cm，这样便于直角梁的连接，架设主梁的时候要先固定好主脊，主脊的位置在正中心，并且与中立柱竖直，墙壁和梁可以用1.2L100 mm×100 mm×100 mm的角铁连接起来，两个屋架架设好以后，主屋架采可以按照尺寸一个一个的排列，将其连接起来。安装好以后，再将安装墙角的斜三脚架，并在斜三角梁上挂小直三角梁，直到全部安装好屋架以后，还要按照设计图纸对其进行检验，检查屋架是否安装正确,是否有移位或者衔接不好的现象，只有确定屋架安装好以后，才能正式投入使用。