輕鋼結構的特點及設計中要注意的幾個問題

范紅剛，王 蕾

（1.山東建大建筑規劃設計研究院，山東 濟南 250014；2.山東農業管理干部學院，山東 濟南 250100）

近年來，隨著科技的發展和社會的進步，建筑的結構形式也日趨多樣化，輕鋼結構在工業建筑中得到了廣泛的應用和發展，并且已經開始在住宅建筑領域應用。然而，專門的輕鋼設計單位還比較少，絕大多數輕型鋼結構設計，都是由一般綜合性建筑設計院來完成，這些設計人員不是太專業，在進行輕鋼的結構設計過程中，很多設計人員往往沿用傳統的鋼結構概念，這樣雖然保證了安全，但是造成了很大浪費，增加了建設投資。在輕型鋼結構建筑的結構設計過程中如何把輕鋼結構設計得更輕更安全，是設計人員所要考慮和探討的問題。文章結合輕鋼結構的特點，重點分析輕鋼結構房屋設計中要注意的幾個問題，與結構設計工程師同行商榷。

1 輕鋼結構的特點

輕鋼結構是指由鋼材所組成主要構造的結構，其材質主要為鋼材，安裝方式為焊接或螺栓連接等。輕鋼結構的建筑物相對于其他結構來說，主要有以下一些特點。

1.1 輕鋼結構適應了建筑的工業化生產需求

輕鋼結構具有很多磚混結構和鋼筋混凝土結構、框架結構等所不具有的優點。相對于磚混結構、鋼筋混凝土結構等傳統結構形式來說，輕鋼結構具有輕便、精確、快速、成行方便等優點。輕鋼結構的這些優點，適應了建筑的工業化生產需求，在建筑建設過程的運輸、施工以及安裝等過程中顯得尤為方便。輕鋼結構建筑物施工工期短、造價低、施工不受外界天氣等影響，保證了工程工期和成本等要求。

1.2 輕鋼結構施工工期短

輕鋼結構的所有構件，都可以通過工廠現場制作為成品，然后運輸到施工現場直接進行拼接施工。這個特點同鋼筋混凝土的結構相比，可以將建設工期縮短一半。因為縮短了施工周期，就能完全可以能夠提前使用，這樣對于投資來說也帶來了極大的效益。同時，輕鋼結構的夾心使用聚苯乙烯泡沫，而單板上采取加保溫被的措施，所以在保溫、隔熱與隔音等方面具有明顯優勢。

1.3 輕鋼結構抗震性能好

輕鋼結構由于材質的原因，是一種柔性極大的結構，且相對于鋼筋混凝土結構來說自重較輕，具有較大的柔韌性，因而能夠極其有效的降低地震的影響，是一種極利于抗震的結構，適應于在地震頻繁的地區使用。但也正是由于其材質的原因，輕鋼結構的防火性能差，發生火災時極易被破壞，因此在設計過程中，要注意提高其消防等級。

2 輕鋼結構屋面板及檁條的設計

輕鋼結構中屋面板和檁條是建筑的重要部分，也是結構設計的重點之一。在傳統結構設計中，輕鋼結構的檁條多采用等間距布置。等間距布局的情況下，檁條和屋面板形成了等跨支座，計算起來比較簡單方便。但這樣的布局方式在傳力等方面卻不是很合理。等間距布置檁條時，屋面板通常情況下都按5跨等跨連續梁設計，這種設計方式，屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大很多。選取屋面板的尺寸和厚度時，如果按端跨跨中彎矩計算，則計算結果尺寸偏大，端跨屋面板滿足荷載要求，中跨屋面板則超值計算，造成浪費。如果按照中跨跨中彎矩來計算，則不滿足荷載要求，不安全。同理，檁條承載力計算時也存在這樣的問題。

通過上述分析，筆者認為，輕鋼結構的檁條布局不宜采用等跨布置，應該根據荷載和彎矩的大小，采用不等跨布置。不等跨檁條的布置原則為：在屋面板端跨處間距減少，而中跨處間距放大，這樣就會使屋面板的端跨彎矩和中間跨彎矩比較接近。這樣的設計，會合理降低建筑物的單位用鋼量，減少工程造價。一般來說，輕鋼結構建筑物的屋面系統用鋼量，往往占建筑總用鋼量較大的比例，所以減少屋面系統的用鋼量的處理方式，能夠有效減少整個工程的用鋼量，會取得較好的效果。

3 輕鋼結構廠房的柱間支撐設計

在輕型鋼結構廠房設計中，關于柱間支撐的設置，往往采用角鋼剪刀撐。角鋼剪刀撐在設計時，其每一肢都應該同時滿足受壓和受拉的長細比要求，按照這樣的要求進行計算，設計最終結果往往偏大，浪費鋼材。在具體設計中，剪刀式鋼筋拉桿可只考慮承受拉力不考慮承受壓力來計算。鋼筋的直徑設計，由縱向水平力之和確定，但要求必須設法將鋼筋拉緊，能夠真正傳遞縱向水平力。

4 輕鋼結構設計中雪荷載的選用

在一些結構設計軟件中，在輸入荷載時，對雪荷載只按均布荷載輸入，沒有考慮規范中提及的屋面積雪分布系數。輕鋼結構設計中，經常遇到單跨雙坡屋面和雙跨雙坡屋面，以及高低跨相鄰的屋面，如果不考慮雪載分布不均勻系數，會造成不安全因素。尤其是一些高寒地區的雪荷載很大，是屋面結構的主要荷載，如果不考慮積雪分布系數，那么會造成荷載少算，使得結構不滿足受力要求，遇到極端天氣后構筑物會受壓損壞。結構設計師在使用結構設計軟件時，不能完全依賴和迷信于結構設計軟件，要根據實際情況多方面考慮。在高寒地區的輕鋼結構設計時，在雪荷載計算時，要考慮屋面積雪的不均勻系數，在應用結構設計軟件時，對雪載不均勻系數要自行調整。

以上幾點，僅僅是輕鋼結構設計過程中的一點體會和經驗，在具體的輕鋼結構設計過程中，需要考慮和注意的問題還很多。隨著輕鋼結構建筑的逐漸增多，結構設計師在設計過程中，應該不斷提升自身專業素養，謹慎細心，從細微處著手，把輕型鋼結構設計做得更安全、更合理、更經濟。

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[2]郜麥麗，王崢.談輕鋼結構的特點[J].科技風，2009（09）.

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