浅谈轻钢结构设计理念

摘要：轻钢结构建筑有着自己独特的优势，那就是项目周期长、投资的规模大，容易受到各方面因素的影响，比如政治、经济、环境等因素。针对轻钢结构深化设计过程中的难点和要点做了详细介绍，强调了深化设计对钢结构行业的重要性。

关键词：轻钢机构 结构设计 设计理念

中图分类号：TU318文献标识码： A

引言

钢结构作为绿色产品，许多大型项目都采用钢结构工程，上海金茂大厦、鸟巢国家体育馆、首都国际机场这一系列建筑物的成功建造，标志着建筑钢结构正向高层重型发展轻钢结构建筑低碳、节能、环保、抗震，符合新形势下生态建筑的理念，但是，轻钢结构构件手工作业较多，制作精度要求很高，施工难度较大，加强建筑施工的质量控制成为保障建筑质量的重要手段。

一、轻钢结构设计一体化设计理念

1、建筑结构设计一体化

传统钢结构建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设计，而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计完成与结构设计同时完成。目前，国外知名的设计公司都是遵循这样一条理念，而国内的大多数设计院较为保守，其建筑设计按传统设计方式进行，一方面很难完整地表现其建筑风格，另一方面也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色[1]。

2、围护系统与主体结构设计一体化

国内设计项目基本做法是，主体结构的设计、围护行设计，为保证建筑整体安装的精确度，如在两柱之间安装轻质墙板，有必要执行建筑模数制。

3、配件系统与整体建筑系统设计一体化

在安装时或基本保证安装结束的时候，应该是地面上没有多余的配件，建筑上也没有缺少的配件。而实际施工种却是少配件，或者多配件。因为配件系统的设计与整个建筑系统的设计不统一的结果。这里需要考虑配件标准化的问题

二、轻钢机构截面优化设计理念

1、轻钢结构建筑设计，降低其用钢量是设计的主要任务之一，但这就使得结构分析和构件计算变得复杂化。在门式钢架中，常规是采用轻型焊接变截面工形柱和分段变截面工形梁并利用腹板屈曲后强度来完成这一目标

2、截面优化的实现方法有两种:

2.2.1最优化理论

把问题归结为一个单目标规划问题，优化的目标函数是用钢量最少或造价最低，各种设计条件如结构反应（应力、位移等)的允许范围等都可作为约束条件，用数学规划的理论来寻求最优解或最满意解;

2.2.2穷举法

即把各种合理的构件截面形式都进行计算比较，在满足设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低为控制条件，得到满意的截面尺寸。实际上，完全用最优化理论来实现截面优化设计有一定的复杂性，还需要进一步实践。另外用穷举法解决截面优化问题时，多因素决定了计算次数随构件数增加而呈指数关系增加，故当刚架构件较多时，要花费很长的计算时间。所以实际上当设计者确定了结构形式后，比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸，试算确定重量最小的截面，从而进行变化构件的截面来适应内力变化以达到节约钢材的目的。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速地得到比较理想的截面尺寸。由于截面优化设计的计算量大[2]，采用软件计算是广大设计人员的首要选择。大部分设计软件在截面优化设计计算基本应遵循以下的步骤:

a定义设计限值，定义强度、稳定及变形限值；

b确定截面优化范围，这一步骤应由程序对定义的范围进行校核，当这个范围不合理时(最小截面满足或最大截面不够)，程序会给出提不，直到优化范围合理；

c进行截面优化，进行截面优化计算；

d.查看优化结果，虽然因程序不同，但基本软件的计算结果包括以下几种形式:结果文件(基本包括有输出设计限值，初始截面参数及其计算出的强度、稳定、变形结果，总重量输出优化后的截面参数，强度、稳定、变形计算结果，总重量)；截面显不(图形输出优化后的截面参数))；应力显不(图形输出强度、稳定计算结果))；局部放大(查看关键部位的节点分析情况)。在程序给出优化后重量最小的截面后，设计人员可参考这此截面信息，由人机交互输人截面参数并做适当调整，然后执行数据检查，最后完成结构计算和并利用截面参数绘制施工图。

三、施工过程中轻钢结构安装的质量控制

轻钢结构的安装是整个建筑施工的关键阶段，包括了结构组装、吊装、调整、固定等环节。安装内容则包括了主构件的安装、次构件的安装以及围护结构的安装。

1、主构件的安装

钢柱和钢梁是轻钢结构建筑的主体构件。安装时一般采用吊装的方法。吊装钢柱的方法主要有滑行法、旋转法以及递送法。吊装时最重要的是要保证柱脚地板和基础间隙要水平，先要初校好垂直度，然后用缆风绳或者千斤顶、调整杆等进行复校，保证安装到位在安装钢梁时，先要对钢柱的标准间距与标高进行复核，并在吊装的过程中用经纬仪进行校止，有偏差要随时纠止。吊装之前在主钢梁上安装扶手杆或者扶手绳，主梁吊装到位之后用安装的扶手杆或者绳子固定好，以保证施工安全。无论是钢柱还是钢梁，在进行吊装前都要进行试吊并检查构件，在确保安全的情况下止式吊装高强度螺栓是轻钢结构主构件的主要连接方式，安装前要认真检查螺栓质量，包括螺栓的型号、批次等要符合设计要求并清理好接头摩擦而。安装时要按自由穿入，禁}卜强行敲打、气割扩孔。然后用普通扳手进行初拧，终拧，对于大型节点在初拧、终拧之间还要进行复拧，复拧的扭矩等于初拧的扭矩，保证结合板紧贴摩擦而，最后再使用扭矩扳手紧固，紧固要保证100%达到扭矩值。在进行高强度螺栓的安装时，要对扭矩进行校止，不能出现欠拧、漏拧的现象，安装结束后的一小时、二十四小时之后还需要对扭矩进行检查，扭矩偏差要在合理范围之内[3]。

2、次构件的安装

轻钢结构建筑的次构件主要指的是连系梁、支撑、拉杆、擦条等。擦条安装时一是要注意擦条的方向，第一排与第二排要相对，第二排以上则与屋脊方向一致。二是要注意擦条伸出的长度，结构线和轴线要有明显的区别，三是安装时要注意螺栓孔的位置，避免影响屋而板的安装

3、围护结构的安装

轻钢结构建筑的围护件主要指封闭件。封闭件包括屋而板、保温板、采光板、屋脊板以及内外墙板等，封闭件的安装前必须对轻钢结构屋而和擦条进行验收检查，并对进场材料进行检查，必须要符合设计要求和国家有关标准。封闭件安装时要注意接头的位置，连接件、密封件等不要错用。

4、轻钢结构的涂装

结构表而清理除锈的质量直接关系到涂层质量的好坏，在所有结构件制作、安装结束之后，需要对钢结构表而进行处理，将焊渣、灰浆、油污等清除，然后进行除锈工艺，涂装一般分两步进行，第一步是底漆涂装。底漆涂装时要控制好油漆的粘度、稠度、稀度，兑制时要进行充分的搅拌，保证油漆的色泽、粘度足够均匀。第二层的涂装，涂刷方向与第一遍涂刷的方向垂直，使得漆膜厚度均匀。待底漆表面干之后就可以进行而漆的涂装。由于建筑钢结构底漆与而漆涂装之间时间一般间隔较长，在涂装而漆前就还需要对底漆进行清理，对于底漆缺少的部位要先补漆。

结束语

钢材是己知的最易回收的生态材料之一，轻钢结构建筑具有良好的抗震、防风、隔音以及保暖性能，发展轻钢结构建筑是建筑钢材应用的新趋势。我国基础设施、能源开发、物流等行业都需要建设大量的轻钢结构建筑。随养科技的发展，大而积的轻钢结构建筑的民用住宅也将得到发展，这就需要做好轻钢结构建筑的质量控制，保障建筑的质量和安全性。

参考文献

[1]. 刘彦艳.浅谈建筑结构概念设计[J].科技风.2009(13)122-123

[2]. 赵健玲.建筑结构设计中常见错误分析[J].科技风.2009(16)44

[3]. 江华.建筑工程造价在建筑结构设计中的应用[J].科技风.2010(10)72