关于轻钢结构设计与施工的可行性

摘要：轻钢结构作为钢结构技术的一种，是近年来在我国发展起来的新型结构， 以其众多优点在我国受到越来越多行业的青睐，当前形势下，轻钢结构的设计与未来发展就显得尤为重要。笔者结合轻钢结构的具体设计与施工情况，总结了轻钢结构设计中经常遇到的问题以及设计工作中的一些常见错误，并对其进行相应分析，对轻钢结构的设计工作有一定的参考意义。

关键词：轻钢结构；设计；拉条设置；施工难度特点

Abstract: Light steel structure as a kind of technology of steel structure, is in recent years in the structure of China's development, with its many advantages are more and more popular in the industry in China, the current situation, the design of light steel structure and future development is particularly important. Combined with the specific design and construction of light steel structure, summarizes the frequently encountered problems in the design of light steel structure and some design work of common errors, and analyzed its, has a certain reference value for the design of light steel structure.

Key words: light steel structure; design; tension rod; the difficulty of the construction characteristics

中图分类号：TU392.5文献标识码：A 文章编号：

1、 钢材选用

设计中通常根据构件功能不同而选择不同的钢材。例如，式刚架、吊车梁、焊接的檩条及墙梁等构件宜采用Q235B 或Q345A 及以上等级的钢材。非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A 等较低强度钢材。钢材的选用还应根据具体实际情况考虑以下几个方面：

1.1经济性选用钢材

通常Q235 钢与Q345 钢的差价在700 元/t 左右。一些研究表明，一般的无吊车刚架结构，其柱距在6 m ～ 9 m 之间，并且其跨度在15 m ～ 27 m 之间时，从经济角度考虑宜选用Q345，则结构整体用钢量可降低16%～ 28%。在设计工作中，构件截面以强度进行控制设计时，应优先选用Q345 较高强度钢材；构件截面以刚度进行控制设计时，应优先选用Q235 钢。

1.2设计荷载采用不同钢材

例如，直接承受动荷载的构件，考虑结构共振等动力效应，一般采用Q235． B，Q235． C，Q235． D及Q345 钢。直接承受静荷载或间接承受动荷载的构件则可选用Q235． B，Q235． B·F。

1.3施工温度采用不同钢材

例如，施工过程中，工作温度通常低于－ 20 ℃ 时，宜选用Q235． C 或Q235． D 等钢材；工作温度高于－ 20 ℃时，可选用Q235． B 等钢材。

2、结构尺寸设计

轻钢结构的诸多设计因素都会对结构的经济效应产生影响，例如，跨度、柱距、檩距、结构檐口高度、屋面坡度、构件截面形式等因素。一般的设计中，设计人员在考虑结构经济性的基础上，重点放在构件应力比的控制上，而忽视以上提到的诸多影响因素。研究表明，从结构的经济效应出发，常规门式刚架的合理跨度范围在18 m ～ 30 m 之间，吊车吨位较大时的合理跨度在24 m ～30 m；无吊车或吊车吨位较小时的合理跨度在18 m ～ 21 m。常用门式刚架的合理柱距一般为7 m ～ 9 m，当无吊车或吊车吨位较小时的合理柱距可取8 m ～ 9 m； 当吊车吨位较大时的合理柱距可取7 m。因此，轻钢结构应当根据具体使用要求同时考虑各种影响因素，在结构截面强度或刚度控制下，充分考虑经济效应的基础上进行相应的设计工作。

3、柱脚设计

轻钢结构中柱脚采用铰接还是刚接形式应该根据具体工程情况，综合考虑房屋高度、风荷载大小、有无吊车、吊车吨位大小和工作情况及土质情况等因素进行设计。一般设计要求中，工业厂房并且内有5 t 以上桥式吊车时，柱脚宜采用刚接；门式刚架柱脚与基础宜采用铰接。

4、支撑设计

支撑系统设计是整个轻钢结构设计的关键，假如支撑系统未能形成完整的传力路线，则部分结构构件就不能发挥作用，造成浪费。一般支撑系数设计错误如下：

4.1屋面支撑设置压杆

一般屋面支撑只承受拉力作用，所以屋面支撑多采用施加预拉力的圆钢。此时，在屋面支撑设置压杆构件，其压杆实际不起任何作用，无法传递水平力。一般设计中，轻钢结构中压杆要单独设置。若檩条能够满足压杆的设计要求 ( 压杆轻度和长细比)，则可以用檩条替代压杆。

4.2通长压杆设置位置不当

纵向通长压杆是整个支撑系统的重点部位，厂房内通过纵向通长压杆将厂房纵向连成整体，将各道屋面支撑或柱间支撑连接为整体受力结构。假如生搬硬套设计规范中的要求，则有可能造成通长压杆的设计不当，造成受力不均或无法传力等情况，造成不必要的浪费等。

5、拉条设置

拉条是轻钢结构中的辅助构件，其作用主要为：承受檩条侧向力、减小檩条侧向变形、对檩条起到侧向支撑作用、减小檩条的计算长度等。其中，拉条的力学传递机理如下：通常双坡对称结构屋面内，在屋脊处设置拉条构件，将屋脊檩条连接起来，使两侧拉条的受力互相平衡。此时，拉条会对檩条产生垂直于屋面向下的合力。在一般设计中，屋脊檩条由于其承受的屋面荷载面积较小，所以与其他檩条相比其受力较小，但如果考虑了拉条对其产生的垂直力，则应对屋脊檩条的受力情况进行单独计算。

6、轻钢在结构设计中的运用、施工工程难度特点以及可行性

轻钢在结构设计中的运用在施工时是运用钢框架结构吊装施工，主要是分为地下室钢结构吊装、地上部分钢结构吊装、钢柱和钢梁的吊装、型钢斜撑的吊装几个部分。而筒劲性钢柱、钢柱及柱间钢斜撑则是地下室钢结构吊装核心部分。但是，具体问题具体分析，在施工现场，由于条件的限制，开设坡道至地下室的难度较大，而且如果汽车吊装设备开至地下室进行钢结构吊装，与土建施工相互影响较大，施工进度难以提高。因此，在地下室底板施工初期就安装一台外爬塔吊，就显得尤为重要。地上部分钢结构吊装中钢柱和钢斜撑的运用则均需要考虑的因素是尽可能地减少节点数、保证钢柱节点数以满足塔吊的起重能力和构件的运输能力，以便于安装施工。钢柱和钢梁在吊装的时候要先装主梁后装次梁，从而加快施工进度，有利于框架的稳定性。然而高层建筑工程中型钢斜撑的吊装则是整个工程中的难点，型钢斜撑的长度长，使得整根吊装的难度较大，因此在施工中为了保证型钢斜撑的整体刚度和安装的稳定性，则采取分节吊装，使钢梁起到临时支撑作用，以防止钢梁在吊装过程中变形。柱间型钢斜撑与悬挑钢斜撑相比尺寸重量较小，可以直接吊装。

20 年来轻钢结构也在不断地发展，已经由原来的几家迅速发展到几百家，我国轻钢结构各方面都在不断地发展，特别是人员、设备和技术、管理水平等有了进一步的提高，然而在某些方面与国外依然有一定的差距，我们所需要的就是加强质量的管理，在这些方面把关会使得轻钢行业某些资质得到提升，使一些质量不合格的厂家被勒令停办，提高轻钢产业的质量进步与发展。而对于加工方面的轻钢厂家，我们所要做的就是严格审查其设备、技术水平，因为这些方面关系到轻钢的质量问题，如果焊缝过大就会影响到最后的成品。我国设计院等方面也开始重视这些问题，同时推广使用马钢、莱钢等钢材，而对于国外的技术，如夹芯板生产设备，我们在引进的时候更要注重自身技术的发展，创造自身的发展空间。

7、焊缝等级的不同严格按照规定检验

因为钢结构焊接缺陷的存在会对焊接钢结构的力学性能和安全使用产生重要的影响，所以一定要按规定严格检验。危害主要是缺陷端部造成严重的应力集中；削弱焊接接头承载截面；降低焊接接头的强度和致密性，导致焊接接头承载力的下降，缩短使用寿命，甚至造成焊接接头脆性断裂或结构倒塌事故。此外，有些焊接缺陷，如焊缝浃渣、电弧擦伤等会降低焊接结构的耐腐蚀性能。

8、轻钢结构的除锈和涂装

轻钢结构的除锈和涂装是目前轻钢结构施工中较易被忽视的一项工作，也是钢结构工程施工的薄弱环节。这种现象不纠正，对钢结构的施工质量影响甚大。因为除锈和涂装质量的合格与否直接影响钢结构今后使用期间的维护费用，还影响钢结构工程的使用寿命、结构安全及发生火灾时的耐火时间（防火涂装），因此必须对除锈和涂装工作给予高度重视，严格按照规范对各个工序进行严格的检查验收，这是确保钢结构涂装质量的基础和保障。

9、结束语

所谓轻钢结构, 即轻型钢结构建筑体系, 一般是结构荷载较小, 结构杆件也较小, 构件壁厚较薄的一类结构。轻钢结构是以热轧轻型H 型钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主, 以各类高效装饰连接材料为辅组装而成, 能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。