煤礦建筑輕型鋼結構的分析及應用

李 濤

（山西省煤炭規劃設計院，山西 太原 030045）

引言

隨著煤礦建筑需求的進一步增加，鋼材結構以及鋼材的應用日趨普遍，輕型鋼結構具有可觀的發展前景，人們對煤礦建筑中的鋼材投入了更為密切的關注。輕型鋼結構不僅具有較為美觀的造型，并且還能有效地節約鋼的用量，大大提高煤礦建筑施工質量，縮減施工周期，與其他鋼結構相比具有非常明顯的優勢，在廣泛應用中得以迅速發展。

1 煤礦建筑輕型鋼結構分析

1.1 結構形式

當前，在很多煤礦建筑中的輕型鋼結構，絕大多數選用的是焊接工字型鋼、輕型工字鋼、框架結構體系，是柱及梁的良好選擇。由于輕型鋼種類并不豐富，可選擇性相對較低，因此在實踐中大多數情況下往往會選用焊接工字型鋼，以靈活地調整柱網尺寸，將框架結構平面布置得更加合理。

1.2 基礎形式

多數情況下，剛接柱腳均會應用于多層輕型鋼結構中，這是由于輕型鋼結構具有較輕的質量和較小的基礎，通過應用可以顯著地提高結構及建筑的穩定性，若地基條件相對較差，柱下獨立基礎可以選擇片筏或者條形基礎。在基礎梁的選用上，通常會選用預制混凝土結構以及鋼筋混凝土。在施工時，要嚴格按照設計圖紙和施工計劃進行施工，遵循土建部門的相關指導，嚴格核查和記錄軸線和標高，保證其準確性以及嚴謹性，并在正式施工前利用有效的手段對這些數據進行第二次核實，用墨線標記不易毀損的固定物并做好相關的記錄。

1.3 梁柱節點

梁柱節點通常可以分為鉸接、半剛接和剛接，鉸接和剛接如圖1、下頁圖2所示。在制造與安裝方面鉸接有著較為突出的優勢，然而需要通過剪力墻及支撐的設置來服務于抗側剛度的提供以及水平載荷的應付，通過圖示的觀察，我們可以發現剛接方式在這一方面與鉸接相比優勢明顯，不需要支撐物的設置，半剛接在剛接的基礎上有助于大大地降低施工難度，而且相比于鉸接其接受理性能更加優越，然而其較大的弊端就是控制受力具有較大的難度。在選擇梁柱節點前要謹慎進行試驗，確保其適用性。通常在煤礦建筑中常用的是鉸接和剛接。

圖1 鉸接示意圖

1.4 支撐體系

由于多層輕型鋼結構框架結構的側向剛度較低，因而為了有效防止地震危害以及水平載荷，一般會通過側向支撐來提高其穩定性。對于煤礦建筑而言，在支撐體系的布置過程中充分考慮建筑的縱向以及橫向情況和需要，支撐形式主要有單斜桿、倒人字形、人字形和X型等。支撐形式如果選用單斜桿，那么就要綜合性地注重對稱性，而選用偏心支撐方式則可以保持較高的抗震性，如圖3所示，各小組圖均為偏心支撐方式，并且各有特點，在實踐過程中的選用應根據實際情況需要而定。

圖2 剛接示意圖

圖3 常見的支撐體系

1.5 樓蓋結構

常用的樓蓋結構主要有三種，應用范圍相對廣泛的一種為壓型鋼板—現澆混凝土組合樓板。一般而言，梁格的高度具有一致性，并以鉸接來連接主次梁。若梁以及現澆混凝土樓板的連接具有較高可靠性，那么能夠利用鋼筋混凝土組合梁有效地提高煤礦建筑的梁的穩定性，大大提高承載力［1］。

1.6 維護結構

多層輕型鋼結構選用的維護結構所采用的材料往往要具有較輕的質量，并且具有保溫性能，例如彩色鋼板、空心磚塊以及加氣混凝土磚塊等，墻體以及墻梁選用的支撐結構要根據實際的需要來確定。

2 輕型鋼結構在煤礦建筑中的應用優勢

2.1 空間布置美觀靈活

一方面，可以滿足不同的煤礦建筑工藝的布置以及要求，對于非承重墻體，可以進行改造或者分割，利用輕質材料提高建筑的美觀效果。另一方面，通常輕型鋼結構在材料的選用方面偏向于較高強的輕質材料，所以可以有效防止地震帶來的不良后果，也可以減少形變等情況，增強建筑結構的穩定性以及安全性。另外，由于輕質材料具有節能、防火、防水、隔音以及隔熱等功能，可以有效地保護復合墻體，通過混凝土重量的降低促進煤礦建筑重量的下降。

2.2 彈性效果明顯

由于選用的材料具有較均勻的質地，所以能夠使內部組織具有更好的彈性。另外，隨著工業化的推進，在加工以及安裝過程中，輕型鋼結構能夠極大地降低造價以及成本，提高效率。另外，其是通過干發來進行施工，所以限制條件減少，能夠大大地簡化程序，提高施工速度，節約施工時間。

2.3 塑、韌性較好

具有這種特征的輕型鋼結構能夠極大地提高承載能力，有效地規避斷裂等情況，相比于鋼筋混凝土，此類結構具有較高的抗震性，避免地震造成的危害，全方位地控制施工操作［2］。

2.4 結構形式弧度大

由于輕型鋼結構的結構形式有弧線和曲線，因而相比于鋼筋混凝土，它不需要利用強度的增加來調整截面，而是通過其高抗壓性以及抗側彎來有效地提高抗震性，使結構具有更加廣闊的空間，有效地規避了肥梁胖柱的現象。另外，雖然在合金鋼以及復合墻體方面，輕型鋼結構投入了更多的資金，然而在其他方面，大大地節省了相關的費用，所以其綜合成本實際上并不高。

3 輕型鋼結構在煤礦建筑中的應用分析

3.1 應用選擇

由于輕型鋼結構相比于其他的鋼結構具有更加明顯的優點，所以近年來受到了廣泛的關注和應用，具有安裝簡單、材料功能豐富、管線安裝便利等特征的多層、多框架結構體系更是如此，在煤礦建筑中獲得了廣泛的應用，為煤礦建筑的發展奠定了堅實的基礎。雖然這種框架體系在布置的過程中具有較高的靈活性，材質也較為輕便，能夠有效地防止地震帶來的影響，同時具有其他方面的諸多優勢及特征，然而其側向剛度較差，導致結構穩定性差，位移情況時常發生。所以。為了改變這種現象使施工能夠順利的進行，就要結合抗桁結構以及剪力墻。此外，因為多層多跨框架體系構成復雜，是由多種適用范圍存在差異的體系綜合而成，應當在選用時根據實際的情況綜合全面地予以考慮。

輕型鋼結構包括輕量化技術以及消能技術，輕量化技術是一種有效促進材料節約的技術，有助于大大地降低施工成本，而消能技術能夠極大地提高建筑的抗震性能，減少受地震影響帶來的倒塌以及破壞等情況，達到保護建筑的目的，這種技術的主要原理為：在一些關鍵性的重要結構部位合理地安裝消能裝置，來耗散及吸收地震所帶來的損害［3］。

3.2 注意事項

在選用材料時，要對低合金鋼以及H型鋼進行優先的考慮，同時要以鋼結構設計規定值為依據對特殊厚度的鋼的設計指標進行提高，然后調整焊接強度。同時充分地關注技術原因，適當調整受力構件壁厚。在對風荷載以及風吸力進行綜合的考慮后再來設計屋架以及鋼架等。在施工前，應該利用培訓等手段增強施工人員的安全意識，嚴格按照施工設計圖紙以及相關施工要求來施工。除此以外，還應保證施工設備的運行狀況，以增強施工安全，并且促進施工的順利開展。

4 結語

在我國建筑行業獲得較大發展的形勢下，輕型鋼結構由于能夠滿足建筑體制標準化、專業化和系統化等發展要求，在煤礦建筑中有了更加廣泛的運用。隨著技術的日趨完善和日益成熟，應用輕型鋼結構能夠最大限度地滿足煤礦建筑的安全性、實用性等需求。所以，相關人員要緊跟時代發展的步伐，置身于更加深入的分析與研究中，重視輕型鋼結構的改進與優化，從而更好地推動促進煤礦基建事業的蓬勃發展。

［1］ 張靜.煤礦建筑采用輕型鋼結構分析［J］.煤炭技術，2013（3）：127－128.

［2］ 魏永良.輕型鋼結構房屋設計及施工需注意的問題［J］.價值工程，2014（7）：133－134.

［3］ 戴大志，邵新妍.輕型鋼結構體系及其基本構件［J］.中國新技術新產品，2011（11）：196.