轻型钢结构在煤矿建筑工程中的运用

贺丽媛

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿选煤厂，山西太原 033602）

0 引言

在最近几年中，随着我国社会经济的不断快速发展，人们的生活质量不断提高，进而对煤矿建筑工提出了更多的使用要求，有效推动了我国煤矿建筑行业的不断快速发展。在煤矿建筑工程中常常会需要投入使用很多的钢材，相应地，钢结构数量也是很多的。为加快施工速度，提高钢结构的安全，保证煤矿建筑工程的整体施工质量，在现阶段进行煤矿建筑工程施工中越来越广泛使用轻型钢结构[1]。因此，针对轻型钢结构在煤矿建筑工程中的运用，本文对其进行了深入研究，以供大家参考。

1 轻型钢结构简析

当建筑物不需要承受较大载荷时，常常会选用轻型钢结构。在现代建筑工程的施工中，越来越青睐于使用多种轻型钢结构，如门式钢架结构体系、冷弯薄壁型钢结构体系、多层多钢结构体系、金属拱形波纹屋盖结构体系。具体情况如下，即：①多层多钢结构体系，如果工业厂房对使用寿命、质量等要求不是很高，可以选择使用这种结构体系，这种结构并不复杂，能够有效加快施工速度，降低施工成本；②金属拱形波纹屋盖结构体系，在该结构体系中不需要设置梁、凛条，不需要进行锁边栓焊，具有非常好的防水性能，所以在建设厂房屋盖结构过程中，施工单位可以使用这种结构体系；③冷弯薄壁型钢结构体系，该体系是通过对钢板进行冷弯、冷压操作后而形成的，一般呈Z型或者C型，在进行墙梁、凛条施工时，常常会选用这种结构体系；④门式钢架结构体系，主要采用焊接、轧制、变截面、等节面等方式，并利用轻型H型钢，制作形成门型钢架支承，一般情况下，如果建筑的物的平面尺寸比较窄长、跨度为15～35m时，宜选用这种结构体系。

2 煤矿建筑中运用轻型钢结构的主要优势

2.1 轻型钢结构宜制作呈弧线或者曲线的结构形式

在对钢管混凝土进行充分利用以后，通过提高强度能够有效缩小钢管混凝土的截面尺寸。与其他类型的混凝土柱相比，轻型钢结构具有更高的抗压强度与抗侧弯强度，可以有效扩大空间，提高建筑结构的抗震性能，同时还能够有效解决过去建筑物中出现的肥梁胖柱问题[2]。而在对轻型钢结构进行使用时，尽管需要使用较多的复合墙体、合金钢，但是使用轻型结构体系的施工成本要比传统混凝土结构体系更低6%～15%。

2.2 使用轻型钢结构能够灵活布设煤矿建筑物的空间

在煤矿建筑工程中，通过使用轻型钢结构，可以更加灵活布设建筑物的空间，提高美观性，可以满足煤矿建筑物工程的各种工艺要求，通过使用非承重墙体，可以灵活改造和分割房间，同时可以选用很多轻质的施工材料，能够获取更为美观的建筑效果。此外，在轻型钢结构中，常常需要使用轻质高强的建筑施工材料，所以轻型钢结构的协调变形能力与抗震能力是非常强的，能够有效提高煤矿建筑结构的安全性[3]。在建筑复合墙体中通过使用轻质材料，能够具有较强的节能、隔音、绝热、防火、防水等性能，与此同时，不但可以使混凝土的重量降低50%，而且还能够显著降低煤矿建筑工程的总体质量，约75%。

2.3 提高煤矿建筑内部组织的弹性，加快施工速度

在煤矿建筑工程中，通过使用材质非常均匀的轻型钢结构，能够显著提高煤矿建筑结构内部组织的弹性。同时，在加工与安装轻型钢结构过程中，因为工业化程度非常高，所以施工效率高、工程造价低，能够显著降低施工成本[4]。此外，在进行轻型钢结构施工过程中，主要使用干法这种施工方法，主要在施工现场进行装配施工，可以大量减少钢筋绑扎等复杂的施工工艺，进而可以显著加快施工速度。

2.4 轻型钢结构具有十分强的塑性与韧性

一般来说，对于轻型钢结构来说，即便其承受的压力已经超出自身的极限承载力，也是不会出现断裂现象。即便发生地震灾害，因为轻型钢结构具有十分强的塑性与韧性，所以轻型钢结构可以有效抵抗地震破力，能够有效减少受到地震造成的损坏。

3 轻型钢结构的运用

3.1 基础形式的选用

（1）在煤矿建筑中，比较广泛使用的是多层多框架的轻型钢结构体系，这种结构体系具有多种优势特点，如自重轻、抗震性能高、施工效率高、施工工艺简单等，同时还可以重复利用所使用的施工材料，完全符合绿色建筑施工理念。尽管这种结构体系能够均匀分布刚度，不过它的侧向刚度并不大，极易出现侧向位移现象，所以在使用多层多框架的轻型钢结构体系过程中，一定要结合使用剪力墙。

（2）不同的轻型钢结构体系的适用范围与条件都是不一样的。在现阶段中进行煤矿建筑工程施工过程中，应根据煤矿建筑工程的自身特点与施工现场实际情况，选取相应合适的轻型钢结构结构体系。例如，在选用多层轻型钢结构体系进行施工时，常常会选用刚接柱脚，不过因为地基基础的条件比较差，在这种情况下，应根据建筑工程施工现场的实际情况，选用片筏基础、条形基础、十字形基础等；如果煤矿建筑工程具有比较大的株距，在这种情况下，宜选用框架体系，主要通过在纵向或者横向中布设多层刚接框架，以得到空间刚度和承载力；如果煤矿建筑工程的株距比较小，在这种情况下，宜选用柱支承体系，通过利用柱高，在横向或者纵向中对框架中的梁柱节点设置支承，进而能够得到相应的空间刚度与承载力。

3.2 支撑体系的选用

一般来说，对于多层多框架的轻型钢结构，它的侧向刚度是比较弱的，不能承受较大的水平荷载，该结构的抗震能力也是比较差的，所以为提高该结构对水平荷载的承受能力，需要合理设置支撑体系。在煤矿建筑工程中，应根据现场实际情况，合理布设支撑体系。其中，支撑体系，大致可以划分为3种形式，即横向布置形式、纵向布置形式、斜向布置形式。与此同时，还需要根据煤矿建筑物工程的自身特点来合理选用支撑体系的支撑方式，如倒人字形、单斜杆支撑、偏心支撑、人字形、X形等，如图1所示。

图1 轻型钢结构中常见的支撑方式

3.3 梁柱节点连接方式的选用

目前，在进行煤矿建筑工程施工过程中，常常会选用刚接、半刚接、铰接这几种方式来连接轻型钢结构的梁柱节点。①刚接，这种连接方式的安装工艺与结构并不复杂，其水平承载能力是比较好的，不过选用该连接方式时需要投入较高的制造和安装成本；②半刚接，与刚接方式相比，半刚接的施工成本与施工难度相对要低一些，同时这种连接方式具有比较强的接受能力，不过很难控制其受力能力；③铰接，这种连接方式的制造工艺与安装工艺比较简单，不过其水平承载能力却比较差，常常需要通过利用剪切墙，以提高抗侧刚度。在现阶段中，刚接与铰接的使用概率更高一些[5]。在利用刚接方式来连接煤矿建筑梁柱节点过程中，常常需要同时焊接柱翼缘和梁翼缘，促使其焊成一个整体，然后使用高强度的螺栓，对柱翼缘和梁腹板进行连接。

3.4 楼盖结构的选择

目前，在进行煤矿建筑工程施工过程中，主要选用以下3种楼盖结构，即现浇钢筋混凝土板结构、预应力薄板结构、现浇混凝土一压型钢板组合楼板结构。其中，现浇混凝土一压型钢板组合楼板结构是使用频数最高的。对于现浇混凝土楼板和梁，当其二者之间具有比较可靠的连接时，为提高结构的稳定性与承载能力，一般会选用钢筋混凝土的组合梁形式；在对梁格进行设置过程中，常常会选用主次梁铰接方式。在浇筑楼盖过程中，因为螺栓预埋的位置、既定的标高极易发生变化，所以煤矿建筑工程施工单位一定要派专门人员对施工现场进行监察，同时需要及时清理螺栓丝口和预埋的螺栓干[6]。

4 煤矿建筑工程在运用轻型钢结构时的注意事项

4.1 轻型钢结构的计算与分析

针对轻型钢结构，应使用弹性方法来计算器的作用效应，在轻型钢结构受到地震的一定影响以后，该结构会进入弹塑性状态，此时需要计算器的变形；根据三维空间结构来深入分析轻型钢结构，若为支撑结构，因为该结构的平面布置一般都是比较规整的，所以可以在水平荷载作用下简化处理该空间结构，也就是说，根据平面抗侧力体系进行深入分析，第一步要合并处理竖向支撑和框架，第二步要进行相关的协同工作分析[7]。在整个计算过程中，相关工作人员一定要深入考虑与分析梁、柱在发生剪切变形、完全变形、轴向变形情况下受到的各种影响。

4.2 轻型钢结构的抗震能力

钢结构的抗震能力要显著高于其他材质的结构，根据大量调查资料发现，在很多钢结构建筑物中，如果抗震设计不合理，则在遇到地震灾害时，轻型钢结构是受损最为严重的，所以在进行煤矿建筑工程设计过程中，为避免出现严重的后果，设计工作人员还是要高度重视钢结构的抗震能力，做好轻型钢结构的抗震设计，尤其是多层、多框架轻型钢结构体系的基本构件、工作性能等。

4.3 梁柱的设计

对于轻型钢结构，应根据压弯与受弯构件的设计方案来对梁、柱进行设立设计。在煤矿建筑工程中，常常会看到工字型截面。在轻型钢结构中，绝大多数的弯矩是由翼缘来承担的，绝大多数的剪应力是由腹板来承担的，通过上调腹板的高度，便会加大翼缘的抗弯能力，但是这种方法并不经济，最适合的方法就是允许腹板的局部进行屈曲，同时充分利用其屈曲后的强度。

4.4 轻型钢结构控制方法的运用

一般来说，对于多层的轻型钢结构，该结构的自振周期比较长，同时抗侧移刚度也不高，所以难以控制该结构的侧向位移。在进行煤矿建筑轻型结构设计过程中，为提高多层轻型钢结构的抗震能力与抗风荷载能力，应选用抗侧力构件，但是若利用过多的抗侧力构件，尽管能够显著提高轻型钢结构的抗震能力，但是这种方法并不经济。在最近几年中，很多建筑工程结构专家均对结构减振的控制进行了深入分析与研究，现已获得较多的研究成果，其中一个显著的研究成果就是调频液体阻尼器，该设备具有很多优势特点，如操作简单、用途多、便于安装等，具有较强的惯性吸振能力，所以能够显著减小结构振荡响应。

5 结语

综上所述，因为轻型钢结构具有多种优势特点，进而被广泛运用于煤矿建筑工程中。在煤矿建筑工程中通过使用轻型钢结构，可以加快施工效率与提高施工质量，降低施工成本，提升建筑工程结构的美观性，符合绿色建筑工程理念。本文对轻型钢结构在煤矿建筑工程中的运用进行了深入研究，以期对煤矿建筑工程轻型钢结构的施工起到一定的借鉴作用。