輕鋼與組合結構的理解與應用

【摘要】伴隨著鋼結構的廣泛應用，輕鋼結構的發展也越來越迅速。輕鋼結構較鋼結構而言，除了擁有鋼結構的傳統優勢外，還主要體現在一個“輕”字上，憑借其優點，已大量應用于單多層工業廠房、辦公樓以及高層結構中的非承重結構等。建筑中組合結構多指鋼與混凝土組合結構，組合結構結合了鋼與混凝土的優點，抵消了它們的缺點，分為組合梁、組合樓板、型鋼混凝土、鋼管混凝土等，在建筑結構構件的應用上優勢明顯。

【關鍵詞】輕鋼結構；組合結構；應用

1 概述

鋼結構是各類工程結構中應用比較廣泛的一種建筑結構，由于其強度高、重量輕、塑性和韌性好、有一定的耐熱性能和良好的加工焊接性能，所以鋼結構應用廣泛。輕鋼結構衍生于鋼結構，相對于鋼結構來說，又擁有其獨特的優勢，即“輕”。然而，無論是鋼結構還是輕鋼結構，都是單一結構，特性主要來源于鋼材，有不耐火、耐腐蝕性差的缺點。因此，鋼-混凝土組合結構應運而生，有效彌補了鋼結構的缺陷。

2 輕鋼結構

2.1輕鋼結構的概念

輕鋼結構的發展依賴于鋼結構的發展，輕鋼結構較鋼結構而言，除了擁有鋼結構的傳統優勢外，還主要體現在一個“輕”字上，即：恒荷載輕，采用輕質維護結構，恒荷載及地震作用大幅度減小；構件截面輕，采用新的設計理論、高強鋼材、新結構體系，承重構件截面小；勞動強度低，采用標準化工業化生產、小型機具吊裝，速度快。輕鋼結構通常有以下結構形式：冷彎薄壁型鋼結構、熱軋輕型鋼結構、實腹變截面門式鋼架等。

2.2輕鋼結構的應用優勢

（一）施工效率高

輕鋼結構最大的優勢是所有構件均可以由工廠制作，現場拼裝安裝。對于規模較小的工業廠房僅需45天至2個月，若采用鋼筋混凝土建筑則需要8至12個月，施工效率提高4到5倍。

（二）綜合效益好

施工周期短可以提前投入使用，提前獲取投資效益；采用美觀華麗的壓型鋼板，可以改善周邊環境的動態感；建筑物本身自重輕，一般情況下不必做樁基，可以節省投資；采用新型維護板材，可以使保溫、隔熱、隔音效果良好。目前，輕鋼結構的造價已經低于鋼筋混凝土機構，當廠房跨度越大時，這一優勢更加明顯。

（三）抗震性能好

由于鋼結構屬于柔性結構，自重輕，因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，極有利于抗震。

（四）拆卸搬遷損失小

輕鋼結構可以在短期內進行搬遷，而由于搬遷而造成的損失極小，這是鋼筋混凝土結構無法比擬的。

由于輕鋼結構的諸多優勢，隨著近年來防火防腐新產品的不斷出現，已較好地解決了輕鋼結構抗腐蝕性差的缺點，使得其得以廣泛利用。

2.3輕鋼結構的應用范圍

輕鋼結構在我國應用廣泛，優勢明顯，已大量應用于單多層工業廠房、辦公樓以及高層結構中的非承重結構等。其中，尤以變截面輕型門式鋼架使用最多。通常無吊車或是起吊重量小于20噸的輕型廠房采用輕型門式鋼架，比如一般生產廠房，娛樂場所、體育館等公共建筑，儲運設施及倉庫超市等。新技術開發項目，特別是重點企業，為樹立企業形象，也多采用輕鋼結構。

3.組合結構

3.1組合結構的定義與分類

組合結構多指鋼與混凝土組合結構，是由多種材料組合在一起的構件，屬于構件層次的組合。在構件層面上，組合結構主要應用于樓板、梁、柱、剪力墻等構件。組合結構依據鋼材形式與配鋼方式不同，可分為壓型鋼板與混凝土組合樓板、鋼與混凝土組合梁、型鋼混凝土結構和鋼管混凝土結構。

3.2壓型鋼板與混凝土組合樓板

壓型鋼板與混凝土組合樓板由壓型鋼板、混凝土板通過抗剪連接措施共同作用而形成的。壓型鋼板與混凝土組合樓板在使用中擁有鋼筋混凝土樓板無可比擬的優勢：（1）壓型鋼板可以作為澆筑混凝土的模板，節省了大量木模板及支撐；（2）壓型鋼板非常輕便，堆放、安裝及運輸都非常方便；（3）在使用階段，壓型鋼板可替代受拉鋼筋，減少鋼筋的制作與安裝工作；（4）組合樓板剛度大，節省混凝土用量，減輕結構自重；（5）有利于各種管線的布置、裝修方便。正是由于壓型鋼板與混凝土組合樓板有諸多優點，所以其在產生之后便快速發展并應用廣泛，主要應用于多高層建筑和橋梁領域。

3.3鋼與混凝土組合梁

鋼與混凝土組合梁是指通過抗剪連接件將鋼板與混凝土板連接成整體的橫向承重構件，其在使用中具有以下優點：（1）組合梁截面中混凝土主要受壓，鋼梁受拉，這樣可以充分發揮材料特性，承載力高；（2）混凝土板參加梁的工作，使梁的剛度增大；（3）組合梁的翼緣板比較寬大，提高了鋼梁的側向剛度；（4）無需設置支撐，加快施工速度；（5）抗震性能好。

3.4型鋼混凝土組合結構

型鋼混凝土組合結構是指在混凝土內配置型鋼和鋼筋的結構，即以型鋼為骨架，外圍包以鋼筋混凝土所形成的組合結構體系。它與普通鋼筋混凝土結構和鋼結構相比都具有明顯的優勢：相較于普通鋼筋混凝土結構，一是型鋼與混凝土共同工作，兩種材料強度充分利用；二是延性好，抗震性能好；三是截面尺寸小，不受含鋼率的限制。相較于鋼結構，型鋼混凝土組合結構更節省鋼材，而且具有更好的耐久性與耐火性。

型鋼混凝土組合結構多用于多高層建筑和橋梁等構筑物中，可在多高層建筑的結構體系中全部采用型鋼混凝土組合結構構件，也可在某幾層或局部部位采用型鋼混凝土組合結構，如在框架-剪力墻結構的框支層采用型鋼混凝土框架柱。

3.5鋼管混凝土組合結構

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土形成的結構，以圓形鋼管混凝土為多。圓形鋼管混凝土主要用作受壓構件，由于其諸多的優點而前景廣闊，其優點主要有：（1）承載力高，重量輕，塑性好，耐疲勞，耐沖擊；（2）截面軸對稱，適合各種荷載作用下的結構；（3）鋼管兼有鋼筋與箍筋的雙重作用；（4）鋼管內核心混凝土部分不設鋼筋，澆灌混凝土很方便。

鋼管混凝土的應用也極為廣泛，它可用作高層建筑柱、大跨度橋梁拱架或桁架受壓構件、設備及儲藏結構物支柱和地下工程結構柱，在大型工業建筑廠房的廠房柱和架構柱中也多用鋼管混凝土柱。

4結語

在未來的很長一段時間內，我國仍然處在經濟快速發展的時期，大規模的基礎設施投資還將繼續進行，由于輕鋼結構與組合結構對于現代生產生活的適應性，必然會在未來的發展中越來越得到廣泛的應用。

參考文獻

[1] 李天.組合結構設計原理[M].鄭州大學出版社，2010年2月第1版

[2] 張培信.鋼-混凝土組合結構設計[M].上海科學技術出版社，2004年第1版

[3] 居榮初，陳音飛，邵雄飛.輕鋼結構特點及其發展趨勢[J].中國建筑金屬傳媒， 2002.9

[4] 王元清等.現代輕鋼結構建筑及其在我國的應用[J].中國建筑金屬傳媒，2001.1

[5] 馮戰坤，卜延渭.鋼-混凝土組合結構的特點和現狀[J].陜西建筑，2008.10