多層輕鋼結構設計的探討

倪 進，靳 亮

（江蘇智方建設工程有限公司，湖北 武漢 430079）

1 輕鋼結構的概述

1.1 輕鋼結構的簡介

鋼筋結構中主要構件的鋼板的厚度小等于10mm的鋼板成為輕鋼結構。目前業內對輕鋼結構有兩種解釋，一是指在《鋼結構設計規范》中的“圓角型鋼、小角鋼的輕型鋼結構”，另一種是指用輕型材料制作的鋼結構[1]。

1.2 輕鋼結構的特點

與重鋼結構相比，輕鋼結構具有以下特點：一是輕鋼結構采用的材料高效輕型薄壁，這種材料的強度高、所占面積小和自重輕等特點；二是輕鋼結構的配件構件都屬于自動化、連續化和高精度的生產，其產品的規格系列化、定型化、配套型；三是能夠以小步的時間差進行結構的設計、平面圖的繪制、計算機的模擬安裝和工廠的制造、施工地的安裝等；四是新型材質適用范圍廣泛，輕鋼結構的采光和通風度好；五是輕鋼結構可以實時搬遷、輕鋼結構中的構件和材料能夠回收利用，避免了環境的污染和資源的浪費，符合我國現階段的可持續發展戰略要求。

1.3 國際輕鋼結構的現狀

由于經濟和社會的發展帶來的環境影響越來越大，近幾年來，隨著國際環保意識的不斷加強，國外諸多國家也在積極推動這種節能環保的輕鋼結構的設計研究。

1.4 輕鋼結構的市場前景

由于受到輕鋼結構體系及其材料的局限，到目前為止，這種結構的建筑和房屋住宅的層級不能超過6層，受到土地資源和價格因素的限制，使得眾多房產商家對于輕鋼結構建筑的投資極其有限。

2 多層輕鋼結構的體系設計

2.1 多層輕鋼結構的構架

多層輕鋼結構的構架一般包括了多層輕鋼結構的框架、多層結構的構件斷面和輕鋼結構中的梁、柱的節點等。框架的選取要根據建筑施工的形狀進行選擇設計，當施工平面為規則的矩形形狀時，框架的結構是從縱橫方向分別平行的框架構成，這種框架可以采用柱貫通型的節點對框架進行簡化；第二種是當施工的平面形狀為不規則的形狀時，框架由多個方向非正交相連構成，這種構成方式的節點相對復雜，通常采用的節點不得不是兩貫通型的節點方式。

由鋼板焊接形成的箱型斷面適用于抗震建筑中的框架，構建的斷面也可以采用熱焊接形成的F型鋼管等。我國目前的鋼管型號基本滿足了我國多層輕鋼結構設計中的需要。

對柱節點和梁節點的體系進行選擇時，要根據多層輕鋼結構中的箱形斷面進行選擇，采用箱形柱時，柱與梁的連接可以采用剛性節點連接，當采用腹板比較薄的F型鋼管的斷面柱時，在弱軸與梁的連接點采用鉸接的方式進行連接[2]。

2.2 平面布置的設計

平面布置的設計包括次梁的布置、組合樓蓋的布置和支撐的布置。次梁的布置是輕鋼結構中用的最多最普遍的構件，在用鋼量中占有不小的比例，這主要是因為次梁的合理布置有利于保證輕鋼結構的整體性和荷載的傳遞。次梁的間距保持在3~3.5m之間，在次梁布置的設計時，對次梁兩端的連接構造可以簡化設計。

組合樓蓋的布置中，對壓型鋼板的設計要考慮兩個方面，一是在永久性模板中不需要考慮防火性能，另一個是當永久性模板要與板底的鋼筋和混凝土一起工作時，又必須考慮的樓蓋的防火性能。組合樓板作為彈性板包括在整體結構的計算之中時，要綜合考慮壓型鋼板組合樓蓋的更重特性、厚度的折算和混凝土的開裂因素，要適當折減實際樓蓋的厚度。

在支撐布置中，要加強抗風水平負載量和抗震能力，要加強多層房屋輕鋼結構的側面剛度。這種情況下普遍采用槽鋼和角鋼在墻體的平面內布置成支撐型體系。在考慮門窗位置的情況下，支撐的架型有X型、人字型、W型、倒人字型等，同時在不影響建筑功能的情況下，平面支撐的布置要均勻。

3 多層輕鋼結構設計的工程實例

圖1是某建筑公司的建筑結構平面圖。

圖1 該工程建筑平面結構圖

在此工程建筑平面圖中，柱下獨立的基層采用鋼筋混凝土，而局部采用的是非預應力拉桿的吊掛體系，該建筑的整體結構是鋼框型結構，樓蓋為鋼筋混凝土現澆型壓型鋼板[3]。此建筑中的次梁間距為3m，框架柱采用熱軋無縫鋼管、兩框架采用熱軋F型鋼管。樓蓋體系是BHP生產的4W型壓型鋼板，樓蓋的總高度為151mm。該建筑工程中采用的支撐架型是X型。

4 結語

從輕鋼結構的構架分析和工程實例可以得出目前的輕鋼結構的設計可用于低于6層樓高的住房建筑中，綜合輕鋼結構的造價成本低、施工周期短的特點，輕鋼結構的設計在我國未來的建筑業中擁有廣闊的發展前景。

[1] 陳文燦.瀾石大橋三角掛籃設計及施工要點[J].四川建筑科學研究，2010.

[2] 趙權，郭詩惠.基于局部穩定規定的H形截面柱的優化設計[J].四川建筑科學研究，2010.