劉帥

【摘 要】隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人類對(duì)自身的居住環(huán)境要求也越來越高；高品質(zhì)、高效、環(huán)保型的生產(chǎn)、生活場所就應(yīng)運(yùn)而生。輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑就是得到廣泛認(rèn)可，并得到迅猛發(fā)展的建筑結(jié)構(gòu)型式之一。本文分析了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；輕型鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用；

近年來，輕型鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如在高層建筑、大跨度公共建筑中，都有輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的身影，它已成為一個(gè)城市現(xiàn)代建筑的象征。隨著現(xiàn)代輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平提高，從而形式由單一的框架式發(fā)展到多元化，如肋玻結(jié)構(gòu)形式、鋼桁架結(jié)構(gòu)形式。

一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.鋼結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)布置。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)之前應(yīng)該選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)。鋼結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系有框架、平面（桁）架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)形式。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該注重的是概念設(shè)計(jì)，所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運(yùn)算。同時(shí)，它也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。所以它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段就尤其重要。對(duì)一些難以做出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的破壞機(jī)理、力學(xué)關(guān)系、試驗(yàn)現(xiàn)象、震害和工程經(jīng)驗(yàn)中獲得概念設(shè)計(jì)的思想，結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施應(yīng)該從全局的角度來確定控制。一般地說要?jiǎng)偠染鶆颍W(xué)模型清晰簡便，層次清楚，條理分明，盡可能限制大荷載或移動(dòng)荷載的影響范圍，控制構(gòu)件的側(cè)移變形，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗彎和抗剪能力，使其結(jié)構(gòu)傳力以最直接簡單的線路傳遞到基礎(chǔ)，柱間的抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻，其形心要盡量靠近側(cè)向力（風(fēng)震）的作用線，否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線，比如有支撐框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)隨1/4的總水平力。

2.判定結(jié)構(gòu)的合理性。要正確使用結(jié)構(gòu)軟件，還應(yīng)對(duì)其輸出結(jié)果做正確的判斷。比如評(píng)估各向周期、位移、應(yīng)力、總剪力、變形特征等。不同的軟件會(huì)有不同的適用條件和范圍，初學(xué)者應(yīng)充分明了。工程師們不應(yīng)該過分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件。工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算和精確的力學(xué)計(jì)算本身常有一定距離，為了獲得實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，有時(shí)會(huì)用誤差和較大的假定，但對(duì)這種誤差，會(huì)通過適用條件、概念及構(gòu)造的方式來保證結(jié)構(gòu)的安全。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，適用條件、概念及構(gòu)造是比定量計(jì)算更重要的內(nèi)容。

3.連接節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、型鋼通過必要的連接組成構(gòu)件，各通過一定安裝而形成整體結(jié)構(gòu)，連接部位應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度、延性。所以連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一，鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊接、鉚接、普通螺栓連接、高強(qiáng)螺栓連接。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分地思考與確定，應(yīng)根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)的位置及其所要求的強(qiáng)度、剛度合理地確定連接方式及節(jié)點(diǎn)細(xì)部構(gòu)造和計(jì)算方法。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，這必須避免，按傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接、鉸接和半剛接。初學(xué)者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者，連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響甚大。比如，有的剛接節(jié)點(diǎn)雖然隨彎矩沒有問題，但會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。連接節(jié)點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常用的方法，初學(xué)者可偏安全選用前者。

二、輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用

1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)雖然對(duì)工程起著非常重要的保障作用，但是其從根本上講，并不屬于影響房屋主體結(jié)構(gòu)的部分。因此，為了減輕多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的自重，不給房屋增加額外的承載上的負(fù)擔(dān)，所以設(shè)計(jì)人員在輕型房屋剛結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中會(huì)盡可能的采用輕質(zhì)材料。一般情況下，多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的外墻墻體采用的輕質(zhì)填充材料有：空心砌塊、加氣混凝土以及壓型鋼板加輕質(zhì)保溫層組成的復(fù)合墻體等，另外，也有很多房屋外墻采用輕質(zhì)美觀的玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，但是由于玻璃幕墻的成本較高，并不適用于普通的住宅小區(qū)進(jìn)行推廣。而輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的內(nèi)隔墻為了減重可采用空心砌塊、加氣混凝土等輕質(zhì)填充墻或輕鋼龍骨石膏板，這些材料不僅能夠減重，還可以起到一定的輔助支持作用，但是缺點(diǎn)是隔聲和隔溫效果不好，所以，目前也有一些房屋建筑中采用鋁合金框玻璃作隔斷，但是其局限同玻璃幕墻一樣，并不適用于在住宅建筑中大范圍的推廣和使用。

2.防火和防腐措施。我國的鋼結(jié)構(gòu)的防火主要采用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層三種方法進(jìn)行。對(duì)于房屋中必須外露的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如樓梯等，大多采用涂料和漆料涂刷的方式進(jìn)行防火，一般情況下采用10～40mm厚的涂料，其耐火極限可達(dá)一點(diǎn)五至三個(gè)小時(shí)，而如果采用發(fā)泡漆進(jìn)行防護(hù)，其耐火基線時(shí)間為一般只有半個(gè)小時(shí)，所以如無特殊建筑要求，一般推薦采用防火涂料的方式。對(duì)房屋建筑中一些不外漏的相對(duì)來講隱藏于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的構(gòu)件的防火，采用珍珠巖和蛭石防火噴涂或防火板是最為經(jīng)濟(jì)有效的方法，一般情況下30～40mm厚的噴涂可實(shí)現(xiàn)一個(gè)半小時(shí)的耐火極限，與此同時(shí)，該噴涂材料還有一定的防腐能力，可以作為一種日常維護(hù)。另外，暴露于外的鋼構(gòu)件的防火一般采用耐腐蝕涂料或油漆防腐進(jìn)行，通常情況下，要涂刷兩次，因?yàn)槟透g涂料由底漆和面漆兩個(gè)部分組成，單獨(dú)涂刷底漆或者面漆無法達(dá)到良好的防腐和防火效果。值得注意的是，目前市面上的普通防腐涂料的有效期一般為十年至二十年左右，所以有關(guān)部門要做好備案，以便在材料過期和失效時(shí)能夠及時(shí)的重新涂刷。鍍鋅壓型鋼板的防火措施，主要以涂刷有機(jī)涂料為主，因?yàn)槠浔旧砭哂幸欢ǚ栏芰?，在用于樓蓋時(shí)可借助于防火涂料解決防腐問題，所以涂刷涂料主要目的在于增加其耐久年限。

隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的日益廣泛，建筑鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人員應(yīng)該為迅速扭轉(zhuǎn)當(dāng)前不利于其發(fā)展的現(xiàn)狀作出更大的努力和貢獻(xiàn)。

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