李 濤

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 太原 030045）

引言

隨著煤礦建筑需求的進(jìn)一步增加，鋼材結(jié)構(gòu)以及鋼材的應(yīng)用日趨普遍，輕型鋼結(jié)構(gòu)具有可觀的發(fā)展前景，人們對(duì)煤礦建筑中的鋼材投入了更為密切的關(guān)注。輕型鋼結(jié)構(gòu)不僅具有較為美觀的造型，并且還能有效地節(jié)約鋼的用量，大大提高煤礦建筑施工質(zhì)量，縮減施工周期，與其他鋼結(jié)構(gòu)相比具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，在廣泛應(yīng)用中得以迅速發(fā)展。

1 煤礦建筑輕型鋼結(jié)構(gòu)分析

1.1 結(jié)構(gòu)形式

當(dāng)前，在很多煤礦建筑中的輕型鋼結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)選用的是焊接工字型鋼、輕型工字鋼、框架結(jié)構(gòu)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(duì)較低，因此在實(shí)踐中大多數(shù)情況下往往會(huì)選用焊接工字型鋼，以靈活地調(diào)整柱網(wǎng)尺寸，將框架結(jié)構(gòu)平面布置得更加合理。

1.2 基礎(chǔ)形式

多數(shù)情況下，剛接柱腳均會(huì)應(yīng)用于多層輕型鋼結(jié)構(gòu)中，這是由于輕型鋼結(jié)構(gòu)具有較輕的質(zhì)量和較小的基礎(chǔ)，通過(guò)應(yīng)用可以顯著地提高結(jié)構(gòu)及建筑的穩(wěn)定性，若地基條件相對(duì)較差，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)可以選擇片筏或者條形基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)梁的選用上，通常會(huì)選用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土。在施工時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工計(jì)劃進(jìn)行施工，遵循土建部門的相關(guān)指導(dǎo)，嚴(yán)格核查和記錄軸線和標(biāo)高，保證其準(zhǔn)確性以及嚴(yán)謹(jǐn)性，并在正式施工前利用有效的手段對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次核實(shí)，用墨線標(biāo)記不易毀損的固定物并做好相關(guān)的記錄。

1.3 梁柱節(jié)點(diǎn)

梁柱節(jié)點(diǎn)通?？梢苑譃殂q接、半剛接和剛接，鉸接和剛接如圖1、下頁(yè)圖2所示。在制造與安裝方面鉸接有著較為突出的優(yōu)勢(shì)，然而需要通過(guò)剪力墻及支撐的設(shè)置來(lái)服務(wù)于抗側(cè)剛度的提供以及水平載荷的應(yīng)付，通過(guò)圖示的觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)剛接方式在這一方面與鉸接相比優(yōu)勢(shì)明顯，不需要支撐物的設(shè)置，半剛接在剛接的基礎(chǔ)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(yōu)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(jié)點(diǎn)前要謹(jǐn)慎進(jìn)行試驗(yàn)，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(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的側(cè)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(huì)通過(guò)側(cè)向支撐來(lái)提高其穩(wěn)定性。對(duì)于煤礦建筑而言，在支撐體系的布置過(guò)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(duì)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(diǎn)，在實(shí)踐過(guò)程中的選用應(yīng)根據(jù)實(shí)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(jié)構(gòu)

常用的樓蓋結(jié)構(gòu)主要有三種，應(yīng)用范圍相對(duì)廣泛的一種為壓型鋼板—現(xiàn)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(lái)連接主次梁。若梁以及現(xiàn)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(wěn)定性，大大提高承載力［1］。

1.6 維護(hù)結(jié)構(gòu)

多層輕型鋼結(jié)構(gòu)選用的維護(hù)結(jié)構(gòu)所采用的材料往往要具有較輕的質(zhì)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(jié)構(gòu)要根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)確定。

2 輕型鋼結(jié)構(gòu)在煤礦建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

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(duì)于非承重墻體，可以進(jìn)行改造或者分割，利用輕質(zhì)材料提高建筑的美觀效果。另一方面，通常輕型鋼結(jié)構(gòu)在材料的選用方面偏向于較高強(qiáng)的輕質(zhì)材料，所以可以有效防止地震帶來(lái)的不良后果，也可以減少形變等情況，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。另外，由于輕質(zhì)材料具有節(jié)能、防火、防水、隔音以及隔熱等功能，可以有效地保護(hù)復(fù)合墻體，通過(guò)混凝土重量的降低促進(jìn)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(zhì)地，所以能夠使內(nèi)部組織具有更好的彈性。另外，隨著工業(yè)化的推進(jìn)，在加工以及安裝過(guò)程中，輕型鋼結(jié)構(gòu)能夠極大地降低造價(jià)以及成本，提高效率。另外，其是通過(guò)干發(fā)來(lái)進(jìn)行施工，所以限制條件減少，能夠大大地簡(jiǎn)化程序，提高施工速度，節(jié)約施工時(shí)間。

2.3 塑、韌性較好

具有這種特征的輕型鋼結(jié)構(gòu)能夠極大地提高承載能力，有效地規(guī)避斷裂等情況，相比于鋼筋混凝土，此類結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式弧度大

由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)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(qiáng)度的增加來(lái)調(diào)整截面，而是通過(guò)其高抗壓性以及抗側(cè)彎來(lái)有效地提高抗震性，使結(jié)構(gòu)具有更加廣闊的空間，有效地規(guī)避了肥梁胖柱的現(xiàn)象。另外，雖然在合金鋼以及復(fù)合墻體方面，輕型鋼結(jié)構(gòu)投入了更多的資金，然而在其他方面，大大地節(jié)省了相關(guān)的費(fèi)用，所以其綜合成本實(shí)際上并不高。

3 輕型鋼結(jié)構(gòu)在煤礦建筑中的應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用選擇

由于輕型鋼結(jié)構(gòu)相比于其他的鋼結(jié)構(gòu)具有更加明顯的優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，具有安裝簡(jiǎn)單、材料功能豐富、管線安裝便利等特征的多層、多框架結(jié)構(gòu)體系更是如此，在煤礦建筑中獲得了廣泛的應(yīng)用，為煤礦建筑的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。雖然這種框架體系在布置的過(guò)程中具有較高的靈活性，材質(zhì)也較為輕便，能夠有效地防止地震帶來(lái)的影響，同時(shí)具有其他方面的諸多優(yōu)勢(shì)及特征，然而其側(cè)向剛度較差，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，位移情況時(shí)常發(fā)生。所以。為了改變這種現(xiàn)象使施工能夠順利的進(jìn)行，就要結(jié)合抗桁結(jié)構(gòu)以及剪力墻。此外，因?yàn)槎鄬佣嗫缈蚣荏w系構(gòu)成復(fù)雜，是由多種適用范圍存在差異的體系綜合而成，應(yīng)當(dāng)在選用時(shí)根據(jù)實(shí)際的情況綜合全面地予以考慮。

輕型鋼結(jié)構(gòu)包括輕量化技術(shù)以及消能技術(shù)，輕量化技術(shù)是一種有效促進(jìn)材料節(jié)約的技術(shù)，有助于大大地降低施工成本，而消能技術(shù)能夠極大地提高建筑的抗震性能，減少受地震影響帶來(lái)的倒塌以及破壞等情況，達(dá)到保護(hù)建筑的目的，這種技術(shù)的主要原理為：在一些關(guān)鍵性的重要結(jié)構(gòu)部位合理地安裝消能裝置，來(lái)耗散及吸收地震所帶來(lái)的損害［3］。

3.2 注意事項(xiàng)

在選用材料時(shí)，要對(duì)低合金鋼以及H型鋼進(jìn)行優(yōu)先的考慮，同時(shí)要以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定值為依據(jù)對(duì)特殊厚度的鋼的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行提高，然后調(diào)整焊接強(qiáng)度。同時(shí)充分地關(guān)注技術(shù)原因，適當(dāng)調(diào)整受力構(gòu)件壁厚。在對(duì)風(fēng)荷載以及風(fēng)吸力進(jìn)行綜合的考慮后再來(lái)設(shè)計(jì)屋架以及鋼架等。在施工前，應(yīng)該利用培訓(xùn)等手段增強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)，嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)施工要求來(lái)施工。除此以外，還應(yīng)保證施工設(shè)備的運(yùn)行狀況，以增強(qiáng)施工安全，并且促進(jìn)施工的順利開展。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)建筑行業(yè)獲得較大發(fā)展的形勢(shì)下，輕型鋼結(jié)構(gòu)由于能夠滿足建筑體制標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化和系統(tǒng)化等發(fā)展要求，在煤礦建筑中有了更加廣泛的運(yùn)用。隨著技術(shù)的日趨完善和日益成熟，應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)能夠最大限度地滿足煤礦建筑的安全性、實(shí)用性等需求。所以，相關(guān)人員要緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，置身于更加深入的分析與研究中，重視輕型鋼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化，從而更好地推動(dòng)促進(jìn)煤礦基建事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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

［2］ 魏永良.輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)及施工需注意的問(wèn)題［J］.價(jià)值工程，2014（7）：133－134.

［3］ 戴大志，邵新妍.輕型鋼結(jié)構(gòu)體系及其基本構(gòu)件［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（11）：196.