輕型鋼結構設計的體會

摘要:輕型鋼結構的應用和發展，在一些工業和民用建筑中凸顯出它的優越性，以下是筆者對輕型鋼結構設計的一些體會。

關鍵詞:輕型鋼結構 設計

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，在一些工業和民用建筑中輕型鋼結構的應用，深受人們的青睞。以下就輕型鋼結構設計中的一些體會從四方面進行分析。

1 荷載

一般情況下，單層輕型鋼結構的風荷載體型系數按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(ECS102:2002)取用被認為是安全的，對于對風荷載較為敏感且有吊車的建筑應引起高度的重視。比較《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(ECS102:2002)和《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)兩本規范計算所得風荷載效應，不能簡單從兩本規范的體型系數上進行比較，應將兩者的彎矩組合設計值進行比較，選擇比較合理的結果作為剛架截面設計的依據。對于檐口、雨篷和屋面局部凸出部分的風荷載的取值應按《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)第7.3.3的取值來驗算。設計中恒荷載應按實際情況進行取值，不能偏小，也不應任意加大。恒荷載偏小引起結構不安全，這是大家都知道的，故一般情況下極少出現這種情況。而任意加大恒荷載同樣會引起結構的不安全，在風荷載參與組合的情況下，由于風荷載的作用方向一般與屋面荷載作用方向相反在風荷載工況下框架梁常出現上部翼緣受拉、下翼緣受壓的情況，不按實際情況任意加大恒荷載反而會偏于不安全。

2 結構模型和機構計算

輕剛結構廠房一般情況下宜計及屋蓋的橫向彈性變形，按多質點空間結構分析。為簡化計算我們按平面排架模型進行橫向計算，縱向按設有完整支撐系統的體系進行設計。進行橫向排架內力分析時，為減小柱截面尺寸，排架柱的平面外計算長度按縱向支撐和系桿的布置情況確定。鋼筋混凝土柱、鋼屋架輕型房屋鋼結構，應按柱與基礎連接為剛接，屋架與柱的連接為鉸接的排架模型進行計算。在模型輸入時我們將鋼屋架作為一等效剛架梁輸入，在結構計算時可進行等效模擬。這樣做的原因是這類輕剛結構廠房屋面多采用壓型鋼板，屋面剛度小，對屋架的約束較弱，所以排架橫梁能按一定的等效剛度參與計算，其等效剛度應按屋架的幾何尺寸計算。這樣計算得出的排架結果才是較為合理安全的。在設計中有的設計人員將橫梁按剛性梁輸入，視粱的剛度無限大，這樣計算出的鋼筋混凝土柱的配筋很小，這是不符合實際情況的，設計時應特別仔細分析結構模型的特點，以防工程事故的發生。

3 構件計算與設計

有些建筑，為了追求立面和諧美觀，往往將檐口或山墻高出屋面，甚至高出達4~5m，由于這部分墻體常為單獨的懸臂墻。在風載作用下將產生一個相對較大的彎矩和剪力。所以在剛架內力分析時一定要將此內力按最不利的形式加到剛架上。設計中這部分內力常被忽略，或者并沒有按最不利的形式來處理，所以結構分析結果往往存在不安全因素，如果墻體較高，這種影響相當嚴重，應引起注意。

帶斜桿的大懸挑雨篷在現代建筑中應用較多，內力分析時斜桿應分別對雨篷重力作用下的拉力和風荷載作用下的壓力進行計算分析，計算長細比時應滿足壓桿要求。如果不考慮壓力的作用按拉桿設計，得出的斜桿截面比較小在大風作用下將發生破壞。

4 構造措施

檁條通常是風荷載作用下工況起控制作用。設計時常忽略驗算風吸力作用下的穩定，導致大風時很容易失穩破壞。為了保證風吸力作用下的整體穩定，通常在檁條之間設置拉條。正確的拉條布置位置是根據計算結果在檁條上下翼緣附近，上下穩定均需要拉條約束時，也可設一根拉條從一檁條的下翼緣處連接于相鄰檁條的上翼緣處。

設置隅撐是保證梁柱構件整體穩定的主要措施，隅撐間距是梁柱計算時確定的，大小規格也需通過計算確定。若因特殊原因不能設置隅撐，應采取可靠措施保證梁柱翼緣不會因失穩而屈曲，否則存在安全隱患。

為增加屋蓋系統的剛度，增強屋蓋的整體性，凡屋脊及檐口處均應設置剛性系桿。

抗風柱與屋架應有可靠的連接。抗風柱與屋架的上下弦均應有可靠的連接點，對于變截面抗風柱。屋架下弦應有效連接于抗風柱的下部截面，抗風柱所在的縱軸應視屋架的類型設置垂直支撐和剛性系桿。

柱腳錨栓按承受拉力計算。水平力由柱腳底板與混凝土的摩擦或設置底板抗剪鍵來承受，錨栓不得承受水平力。錨栓直徑除按計算確定外。還應考慮構造要求以及工程實際當中可能承受部分剪力等不利因素，直徑不宜太小。應特別注意的是錨栓應有足夠的錨固長度或在端部設置錨板，應采用雙螺母。工程中因錨固不足被拔出而引發工程事故的情況時有發生。因此，應按最不利工況設計錨栓，并應考慮與柱腳的剛度相稱。當柱腳為鉸接時，對于一般的跨度不大于 18m的門式剛架，采用2個M24錨栓，跨度不大于27m時采用4個M24錨栓，跨度不小于30m時用4個M30錨栓。當柱腳為剛接時，則應通過計算確定錨栓的直徑和數量。

要做好輕型鋼結構房屋的設計工作，必須從概念設計、結構計算、構造措施等各方面考慮，做到方案正確、模型合理、措施得當，以保證結構的安全性和經濟性。