輕型鋼結構在現代煤礦建筑中的應用分析

秦麗軍

[摘要]鋼結構因其安全性高、美觀輕巧的優點而被廣泛應用在現代建筑結構中。本文分析了其在煤礦建筑中的應用，并從現代煤礦建筑中輕型鋼結構的應用特征入手，探討了其技術特點。

[關鍵詞]輕型鋼結構；現代煤礦建筑；結構 文章編號：2095-4085（2018）04-0108-02

在現代建筑體系中，鋼結構的應用越來越多，因其具有較強的安全性和結構美觀輕巧等特征，鋼結構也被應用在現代煤礦建筑中。

1 輕型鋼結構的體系及優點

輕型鋼結構一般有兩種，一是用薄鋼板冷軋而成的薄壁型鋼，來組成骨架結構；另一種則是用斷面較小的型鋼，比如角鋼、扁鋼等，來制作桁架，然后再組成骨架結構。有時，這兩種還可以進行混合使用。

1.1 輕型鋼結構的體系

當前輕型鋼結構的體系主要有冷彎薄壁型、拱形波紋屋蓋型、門式鋼架結構及多層多鋼的結構等體系[1]。其中在倉庫及廠房屋蓋今耦股中常使用金屬拱形波紋的屋蓋結構，該結構體系利用彩色鋼板進行現場滾壓而成型，無擦條、梁及栓焊鎖邊連接，且防水性能良好。而在桁架及墻梁等結構中通常使用冷彎薄壁的結構體系，其結構呈C或Z形，是利用冷壓、冷彎鋼板來實現的。對于一些對質量要求低且使用年限短的廠房建設主要應用多鋼多層的結構體系，該結構的施工快，投資少且結構簡單。但對于跨度超過15m～35m的狹長平面尺寸建筑物則適合選擇門式鋼架結構，以門式鋼架為承重結構，壓型鋼板為維護結構。

1.2 輕型鋼結構在煤礦建筑中應用的優勢

在現代煤礦建筑中使用輕型鋼結構具有許多優勢，具體如下。

（1）用鋼量省、造價低、安裝方便、外形美觀、內部空曠等特點。其中，質量輕和強度高是輕型鋼結構的重要特征，其防震功能和協調變形性能都很強，且不易斷裂，具有很好的抗震及抵抗水平載荷的能力，能夠強化建筑物的安全性。

（2）現代煤礦建筑中應用輕型鋼結構，可以自由布置空間和充分考慮美觀及其他設計方式，而無需對材料承載能力等限制條件進行過多的考慮。同時，還具有很好的保溫隔熱性能，還有很好的隔音性。

（3）在抗側彎及抗壓性能上，輕型鋼結構的性能要遠比混凝土的強度高，但同混凝土建筑相比，其柱子、梁等尺寸皆可適度減小，使建筑的使用面積明顯增加，也就是說使用輕型鋼結構構建現代煤礦建筑物，結構體現所占用的空間較小，進而能夠提高建筑物的空間利用率。

（4）利用輕型鋼結構建設現代煤礦建筑物，存在一些非承重墻體，在建筑物使用中可利用非承重墻體對建筑物進行重新改造及分隔，使其更符合使用要求[2]。同時，在現代煤礦建筑中選用輕型鋼結構進行建造，其總成本要遠低于混凝土結構在20%左右。同時，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。

2 輕型鋼結構在現代煤礦建筑中的應用技術

2.1 選擇輕型鋼結構

從輕型鋼結構優勢發現，該結構體系適合應用在中多框架及多層框架體系中。這些框架體系具有簡單、建造速度快和管線安裝方便、能夠重復利用材料等優勢非常符合現代煤礦建筑的要求[3]。將此框架體系布置在現代煤礦建筑物時盡管具有抗震性強、剛度腐敗均勻、自重輕、自振周期長及靈活等的優勢，但其側向剛度不大，很容易導致側向位移問題。所以，為提高側向鋼度以實現滿足施工要求，應將抗剪桁結構同剪力墻結構相結合。因多跨多層框架體系由框架支撐、框架體系和柱支撐體系等構成，所以，各個體系都具有不同的適用范圍。比如，柱支撐體系中，因其是框架鉸接形式柱梁節點利用柱高來設置縱向或橫向的支撐，進而獲得空間承載力及其剛度，這種框架體系適合用于株距不大的建筑。框架體系則是利用縱向、橫向的多層鋼接框架獲取空間承載力和剛度的，這種框架體系適合株距相對大的建筑物。框架支撐體系適應于無支撐、無單向的條件下利用鋼量及施工等綜合考慮，常用于縱向長、橫向短的現代煤礦建筑物中。

2.2 多層多跨框架節點連接方式

鉸接、鋼接及半鋼接是多層多跨輕型鋼結構節點的三種連接方式，盡管鋼接的結構非常簡單且安裝也方便，但必須對其設置鋼度、剪力墻承受力和支撐。同半鋼接相比，鋼接的連接方式簡單，且性能也不鉸接良好。所以，在現代煤礦建筑中選擇鉸接或鋼接作為多跨多層輕型鋼結構的節點連接較為合適。

2.3 輕型鋼結構的增厚技術

輕量化及消能兩種技術是增厚輕型鋼結構的主要技術。其中，消能則是在某鋼結構部位按照消能裝置，以耗散或吸收該部位擁有的地震輸入能力，進而降低整個建筑對地震的反應，以避免其出現倒塌或破壞。輕量化則主要是用來節省材料。

3 輕型鋼結構在現代煤礦建筑的應用及注意事項

3.1 輕型鋼結構在現代煤礦建筑中的應用

從輕型鋼結構的優點可知，輕型鋼結構在現代煤礦建筑中的應用非常廣泛，且具有獨特優勢。比如，由于煤礦副井的井口房精通常用凍結施工技術，所以常破壞其周圍地基。若構建時采用混凝土結構，則會因地基不均勻、結構過重及埋置過深等致使地基變形且沉降，進而會影響正常使用結構和增加投入成本。但若在構建時選用輕型鋼結構，則能夠很好地增強其協調變形性能和降低結構重量，即使處理地基也可確保其建筑的使用正常。經實踐比較發現，輕型鋼結構的施工工期及投資均顯著優于傳統的結構。

3.2 現代煤礦建筑中使用輕型鋼結構的注意事項

首先是在選擇材料時應選低合金鋼或H型鋼，按照鋼結構對規定值進行設計，提高17mm～40mm厚度鋼得到設計指標后再調整其焊縫強度。對技術原因詳細考慮后調小原來構件受力壁厚度。設計鋼架、屋架及檁條時密閉性將風荷載及風吸力充分考慮后方可詳細設計，且再次審查標高和基礎軸線，吊裝鋼結構時選分件吊裝，并對其固定及校正，而后再行鋼梁吊裝，再吊裝屋面支撐系統和墻面安裝夾芯板。當然，安裝夾芯板前必須先繪制圖紙，并普及相關施工安全知識，核查相關材料規格及數量，受損材料應及時更換，對所需設備進行施工檢查，以確保其正常運轉。同時，還再次核實審查構件安裝的精密度，及時清除凜條安裝過程中形成的飛濺物，并刷涂防銹漆。選用的檁條為薄壁型，安裝時可用起重機吊升安裝，在安裝完單個屋面梁及鋼柱后，即可對屋面檁條進行安裝，安裝時可用螺栓將檁條固定在托板上，但安裝誤差一定不能超過5mm。

4 結語

總之，由于輕型鋼結構的迅速發展，其在建筑領域的應用也更加廣泛，特別是在現代煤礦建筑物中的應用更具優勢。其完善的技術及結構特點不但確保了建筑的安全和實用性，也使建筑結構更加美觀，投入也大大減少。

參考文獻：

[1]郭濤.輕型鋼結構在煤礦建筑中的設計及應用[J].內蒙古煤炭經濟，2017，（08）：28-29.

[2]李濤.煤礦建筑輕型鋼結構的分析及應用[J].機械管理開發，2015，30（02）：81-83.

[3]張靜.煤礦建筑采用輕型鋼結構分析[J].煤炭技術，2013，32（03）：127-128.