王璞

【摘要】目前輕鋼結(jié)構(gòu)在我國已經(jīng)廣泛使用，并且已經(jīng)積累了一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，這讓我國結(jié)構(gòu)型式具有更大的選擇性與創(chuàng)新性。本文從建筑結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，針對輕鋼結(jié)構(gòu)的基本理論，對輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中遇到的幾點問題進行探討與思考，對于輕鋼結(jié)構(gòu)更好地設(shè)計及創(chuàng)新，具有一定的借鑒價值。

【關(guān)鍵詞】輕鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計問題；探討

一、輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

輕鋼結(jié)構(gòu)是一種新型的鋼結(jié)構(gòu)，具有更大的應(yīng)用靈活性與廣泛性。具體而言，輕鋼結(jié)構(gòu)是指在傳統(tǒng)普鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對普通鋼結(jié)構(gòu)的深入研究，對其結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中所存在的一些弊端與缺陷，通過相應(yīng)的技術(shù)措施加以改造與創(chuàng)新，從而讓這種鋼結(jié)構(gòu)的自重更輕，性能更加優(yōu)越。

在我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展過程中，輕鋼結(jié)構(gòu)在早期就已經(jīng)有了界定，主要表現(xiàn)為以圓鋼、小角鋼等制造的鋼結(jié)構(gòu)，但從現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的觀念來看，輕鋼結(jié)構(gòu)早已不再局限于簡單的幾類，而是又研發(fā)了更多的輕鋼結(jié)構(gòu)型式。輕鋼結(jié)構(gòu)制造采用的鋼材也是從傳統(tǒng)的型材中得到的，但它與普鋼結(jié)構(gòu)具有很大的差異。輕鋼結(jié)構(gòu)采用的主要有熱軋H型鋼、薄壁型鋼及T型鋼等。不僅如此，輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計本身的理論與普鋼也是不同的。下面以《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》為例，對輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)的差異性進行簡單闡述。

首先輕鋼結(jié)構(gòu)與普鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在荷載取值方面具有一定的差異性，重點表現(xiàn)在對風(fēng)荷載與屋面荷載的考慮方面；其次在結(jié)構(gòu)設(shè)計分析方法上存在差異性，這個差異性主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)計算長度確定與結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定性方面；最后輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與普鋼結(jié)構(gòu)相比，其限制條件存在很大的不同，這方面主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)變形以及長細比計算方面。我國在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對輕鋼結(jié)構(gòu)具有明確的規(guī)定，超過此規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)則不再屬于輕鋼結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中需要按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程進行工作開展，這樣才能確保設(shè)計的合理性。

二、輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點問題

1.活荷載取值

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定“對受荷水平投影面積大于6m2的鋼架構(gòu)件，屋面豎向均布活荷載的標準值可取不小于0.3KN/㎡?！睂κ芎伤酵队懊娣e大于60m2的鋼架構(gòu)件，現(xiàn)在常用的設(shè)計方法是，屋面活荷載計算，計算鋼架時一般取0.3KN/ m2，計算檁條時一般取0.5KN/m2。與美國規(guī)范相比，作為安全儲備的活荷載取值為0.3～0.5KN/㎡，為美國規(guī)范0.6～1.0KN/m2的1/2左右。

隨著全球氣候異常性的出現(xiàn)，像大雪及大風(fēng)等惡劣天氣，這種情況下會使得輕鋼結(jié)構(gòu)存在不安全因素，再加上門式鋼架本身截面小、重量輕，假如活荷載取值不合理，則很容易給輕鋼結(jié)構(gòu)帶來更大的安全隱患。因此輕鋼結(jié)構(gòu)活荷載取值的大小，應(yīng)依據(jù)項目的實際情況而定，并且需要綜合考慮各種因素。合理的活荷載取值才能進一步確保輕鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通常來看，如輕鋼結(jié)構(gòu)施工所在地區(qū)冬季幾乎無雪，建筑功能變化可能性很小，像一些民用建筑及倉庫等，則活荷載可取0.3KN/m2；相反如地區(qū)性冬季下雪很頻繁，建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)需要進行吊裝，并且以后功能發(fā)生改變的可能性較大，像一些廠房，對于這種活荷載在實際中增加的可能性很大，因此在進行活荷載取值的時候，其數(shù)值不宜小于0.5KN/m2。

在實際中還存在著一些其它情況，像雪荷載大于活荷載的情況下，則在進行輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計活荷載取值時則不能單純地按照過程直接取值，而應(yīng)將雪荷載與恒荷載或其他可變荷載進行組合后并與系數(shù)1.25進行相乘，這樣計算取值的目的主要是考慮到屋面積雪的不均勻性；假如在實際中還存在公用專業(yè)管線置于鋼架上，在進行設(shè)計時還應(yīng)將懸掛荷載一起考慮到具體的設(shè)計過程中去，因此公用專業(yè)荷載的大小及位置應(yīng)盡可能準確。在實際中主鋼架計算時如無法準確提供有關(guān)荷載的狀況下，則按照活荷載+不小于0.4KN/m2的懸掛荷載進行計算取值為宜。

2.風(fēng)荷載體型系數(shù)取值

對于風(fēng)荷載體型系數(shù)取值的問題，可以參照的規(guī)范存在有兩類，一類是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，另一類是《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，這兩種規(guī)范在實際中具有不同的適用性。門式鋼架技術(shù)規(guī)程中設(shè)計到的風(fēng)荷載體型系數(shù)主要適合范圍為低矮的房屋建筑，其主要特征是梁上的風(fēng)荷載敏感性較大，這個方面主要是從美國金屬房屋制造的《低層房屋體系手冊》中借鑒的。而結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中涉及的風(fēng)荷載體型系數(shù)則是對于高而窄的建筑結(jié)構(gòu)而言的，這種體型中柱的風(fēng)荷載敏感性較大。具體而言在實際的輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中按照哪種規(guī)范進行相關(guān)體型系數(shù)的選取，則需要依據(jù)實際情況而定。（1）當(dāng)跨高比L/H不大于4時，門式鋼架結(jié)構(gòu)的計算應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》選用。（2）當(dāng)跨高比L/H不大于4時，門式鋼架結(jié)構(gòu)的計算應(yīng)按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》附錄A選取選用。

3.輕鋼門式剛架的柱腳設(shè)計

柱腳按其與基礎(chǔ)的連接方式不同，分為鉸接和剛接兩種。前者主要承受軸力，后者用于承受軸力和彎矩。如柱腳采用鉸接，柱頂位移、應(yīng)力較大，為控制柱頂位移和應(yīng)力要增大梁柱斷面，增加用鋼量，如果柱腳設(shè)計成剛接截面，柱子的計算長度系數(shù)是鉸接情況下的0.8倍左右，柱頂位移和柱子應(yīng)力小很多。在我們弄清楚此條規(guī)范編制的原因和力學(xué)原理后，筆者認為柱腳設(shè)計成鉸接還是剛接，不光看有無吊車還要看房屋的高度和風(fēng)荷載的大小，如果房屋的高度較大而風(fēng)荷載也較大，就是無吊車，也應(yīng)設(shè)計成鋼接。

柱腳的作用是把柱下端固定并將柱內(nèi)力傳給基礎(chǔ)。由于混凝土的強度遠比鋼材低，所以，必須把柱腳底板放大，以增加與基礎(chǔ)的接觸面積。鋼柱腳底板距基礎(chǔ)邊緣最小距離我國規(guī)范上沒有相關(guān)規(guī)定。但在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)荷載大小進行相應(yīng)的放大，防止基礎(chǔ)柱腳的破壞。

三、結(jié)束語

輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的因素較多，其設(shè)計理念與普鋼設(shè)計相比要更具創(chuàng)新性與嚴格性，因此對于輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)給予重視，綜合考慮不斷完善優(yōu)化設(shè)計。

參考文獻

[1]門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS 102：2002.北京：中國計劃出版社，2003.

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