淺談輕鋼結構設計中的幾點體會

摘要：本文通過結合工程實踐，談談筆者在設計工作中的幾點體會，并提出一些設計建議。

關鍵詞：細節設計；保溫；防水；防腐；防火

引言

近年來，輕鋼結構得到了飛速的發展。輕鋼結構一般采用門式剛架或屋架為主要承重結構。此類結構憑借其施工周期短、造價相對較低、立面美觀等優越性，深受業主的歡迎。盡管鋼結構廠房有著諸多優點，但是其也有防火性能差，易腐蝕，易漏水等缺點。設計時如果能夠注意以下幾個方面，就能揚長避短使鋼結構廠房的優點發揮出來。

1 設計的前期準備

對業主提供的荷載及建筑物的使用功能等設計條件要了解其真正的含義，地質條件等資料要齊備，因為地質條件是一個工程設計的最基本要素。要了解工程當地的自然條件，建筑設計要根據工程的使用功能要求合理選型、合理進行建筑布局。同時結構設計要緊密配合建筑設計及其他專業所提要求進行前期準備。

2 結構設計

目前國內常用的結構設計軟件有PKPM、3D3S，ANSYS、SAP、MST等等，各種軟件都有各自的特點，可根據工程的實際情況合理選擇設計軟件。大型工程應選擇兩種以上軟件進行結構對比驗算，確保計算結果的準確。至于各種軟件的計算程序，本問不再贅述，以下僅對一些設計時常遇到的節點問題或現場安裝構件時容易遇到的一些設計細節問題加以論述。

(1)對于廠房設時，如果有天溝，則系桿不能設計到緊貼柱頂的部位，否則將可能導致無法安裝落水管；或者對于保溫天溝來說，如果系桿離柱頂距離太近，將導致天溝的保溫層無法鋪設。另外落水管、系桿、柱間支撐的相互位置關系一定要考慮好，否則落水管極容易與系桿、柱間支撐相碰。

(2)水平支撐上花籃螺栓的位置要盡量合理，不要過于偏離鋼梁，應該考慮安裝條件的制約因素。避免施工人員在安裝時探出身體安裝螺栓，或爬上屋面檁條安裝螺栓，造成安全隱患。

(3)高強螺栓的位置及高強螺栓周圍構件的位置要合理，要考慮扭斷器及扭矩扳手的施工空間。

(4)抗風柱與鋼梁的連接盡量采用彈簧板連接，因為中間跨的鋼梁安裝后下撓可能比較大，山墻面的鋼梁若用螺栓與抗風柱連接，會造成屋面不平，留下屋面積水的隱患。

(5)梁柱上系桿連接板的孔應適當外伸，超過梁柱翼緣范圍。否則可能造成系桿上的連接板過長。且需要伸入梁柱連接，若空間較小的情況下，則系桿可能連接不上。此種情況同樣適用于次梁與主梁連接。

(6)門口上層條型窗與門梁不能相距太近，應預留出雨蓬位置。

(7)若采用內天溝形式，應在天溝下做保溫層，北方地區尤其應該如此。否則極易產生“冷橋”，在天溝底部產生結露及滴水現象。

(8)若墻面有內層墻面板，柱間支撐連接板與柱子翼緣又采用對接焊接時，則墻面檁托應適當做大，至少留出墻面內板板肋高度，保證墻面板能夠有安裝空間。

3 保溫隔熱

鋼材具有非常好的導熱性能，其導熱系數達到50W／(m°C)，對于鋼結構建筑，如果保溫做法處理的不當，勢必會造成大量能源浪費。經過市場調研，目前常用的鋼結構屋面保溫做法有兩種：

1)雙層彩色壓型鋼板內夾保溫棉，這種做法較為常用，造價相對低廉。但是對于屋面單坡較長，地區溫差較大的廠房，彩鋼板經熱脹冷縮會產生過大的變形，因此極易造成屋面板自攻螺釘松動，孔洞增大，脫膠、板變形、局部積水、搭縫處水倒流等一系列的問題，很難解決。

2)復合柔性鋼屋面系統，此種做法從里至外分別由屋面彩鋼板內板、隔汽層、保溫層及卷材防水層組成。由于最外層鋪設柔性卷材，整個屋面形成一個密閉系統，因此緩解了溫差對鋼板的影響。但因此種做法造價較高，因此還未被廣泛采用。

4 防火設計

鋼材雖是非燃燒性材料，但是其耐火性很差。當鋼材表面受熱在100°C以上時，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強度開始降低，塑性增大；當溫度在250°C左右時，鋼材抗拉強度局部性提高，而塑性有所降低，材料有轉脆傾向，因此出現蘭脆現象；當溫度在250°C～320°C時鋼材出現徐變現象；當溫度達500°C時，鋼材強度降至很低，以至結構塌落。因此，當鋼溫度處于150°C以上時，鋼結構表面必須做隔熱及防火設計，做法—般有兩種：

1)在鋼構件外包耐火磚，混凝土或硬質防火板材。

2)鋼構件表面涂刷防火涂料，所選防火涂料的性能、涂層厚度、質量要求應符合現行國家標準《鋼結構防火涂料》GB14907-2002和現行國家標準《鋼結構防火涂料應用技術》CECS24：90的規定。

5 防水處理

在設計、安裝過程中，除了建筑節點設計合理，安裝方法正確之外，還應當注意結構處理對屋面防水帶來的影響。在很多情況下，為了追求經濟目標，多數設計者把梁用高強鋼來制作，此作法雖減小了梁的斷面尺寸，卻減弱了梁的剛度。所以若只顧著考慮梁強度的充分發揮而忽略撓度控制，也極易造成漏水。

對于鋼結構屋面的防水，以下為筆者的一點建議：

1)在條件允許的情況下，適當增大屋面坡度，增大坡度是防止屋面漏水最有效的辦法。

2)當屋面梁的截面大小由撓度控制時，盡量采用普通鋼(Q235B)。當采用高強鋼時，可對屋面梁進行預起拱，以減少鋼材耗量。同時應注意因起拱而產生的對其它結構的影響：如輕鋼屋蓋中對混凝土柱頂的水平推力，因此要對支座進行合理處理，或釋放水平力、或做成彈性支座。

3)對山墻榀剛架或中間有隔墻柱的結構，抗風柱、隔墻柱與屋面梁宜通過彈簧鋼板相連。當彈簧連接板與屋面梁下翼緣相連接時，應注意抗風柱柱頂作用力對屋面梁的扭轉，可考慮在該處增設系桿或設屋面隅撐。

4)根據工程的實際情況，采用合理的建筑節點，并且應盡量減少屋面的開洞。

6 防腐處理

鋼結構表面如果未加保護而暴露在大氣中就會銹蝕，因此對鋼結構廠房的防腐問題應予足夠地重視。一般鋼構件的防腐通常采用涂刷防銹漆的方法，涂層的層數和總厚度應根據構件使用環境和涂層性質來決定。一般室內鋼結構在自然大氣介質作用下，要求涂層厚度為100μm，即底漆兩道，面漆兩道。露天鋼結構或在工業大氣介質作用下的鋼結構，要求總厚度為150μm～200μm或200μm以上。鋼柱柱腳在地面以下部分應采用強度等級不低于C20的混凝土包裹，其保護層厚度不應小于50mm。對于有侵蝕介質廠房的受力構件。其型鋼厚度不得小于8mm，受力焊縫厚度不宜小于8mm。

結束語

以上是筆者在輕鋼結構設計中的幾點體會。總之，結構設計應本著理論聯系實際的原則，具體情況具體分析。使結構既安全可靠，又經濟適用。

參考文獻：

[1]門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程(CECS102：98)

[2]嚴正庭，嚴立編 簡明鋼結構設計手冊中國建筑工業

[3]GB50016-2006建筑設計防火規范

[4]陳紹蕃.鋼結構中國建筑工業出版社