轻钢结构工业建筑设计

轻钢结构工业建筑设计（精选9篇）

轻钢结构工业建筑设计 篇1

一、结构选型

轻钢结构工业建筑是根据设备的要求与生产工艺选择经济、适用的跨度和柱距。在满足设备安装和生产工艺要求的前提下, 结合建筑造型的设计, 那些特定要求的工业建筑 (吊车吨位相同、跨度相同、所处环境相同及使用荷载相同、高度同等) 的总用钢量会随着柱距的增大而减少, 当达到一定程度后再增加。这说明, 该结构中存在一个最优柱距。其中, 主要原因是刚架的用钢量会随着柱距的增大而逐渐下降, 并随着柱距的增大降幅变得更加平缓, 次结构用钢比率却会随柱距的增大而上升。当柱距比较大时, 其用钢量就占了主要地位。结合近几年的经验, 一般来说, 经济柱距无吊车时为8~9 m, 有吊车时为6~8 m。当然, 最优柱距会受跨度、吊车、层高、使用荷载、所处环境不同以及蒙皮效应、空间协同作用等的影响而有所不同。

二、选择合适的建筑材料和设计好节点的构造

轻钢结构工业建筑的适用性、安全性、美观性、经济性受建筑材料的选择和节点构造的设计影响。

1. 适用

轻钢结构工业建筑的适用性是指在室内物理环境上满足职业卫生和生产人员的劳动安全的要求, 在空间上要满足生产工艺的需求。而在实际的工程中, 室内物理环境的质量常常有许多地方没有达到人们的基本要求, 人们在设计中往往比较重视空间设计。空间设计一般体现在声环境、热环境、光环境几个方面。

(1) 声环境

轻钢结构工业建筑室内噪声的来源可以分为三类:振动噪声、雨水撞击声及空气噪声。根据其噪音的来源不同, 采取的阻断方式也就不同。对于振动噪声, 一般采取的办法是采取阻断振源。除了在主体钢结构与振源间设隔振沟之外, 还对设备自身采取一定的减振措施, 使其提高隔断效果。雨水撞击声的阻断方式, 则是采用一定具有隔断声音措施的材料来达到降低噪音的目的。为了减少空气带来的噪声, 对轻钢结构建筑一般采用的是50厚的岩棉夹芯板。这种岩棉夹芯板可隔声降噪大约达到29 dB (A) 。

(2) 热环境

是指由太阳辐射、气温、周围物体表面温度、相对湿度与气流速度等物理因素组成的作用于人、影响人的冷热感和健康的环境。轻钢结构工业建筑主要是通过通风和保温隔热来控制室内热环境的。通风可以在靠屋脊的位置安装通风器, 保温隔热主要是通过采用特殊的隔热材料来满足要求的。

(3) 光环境

轻钢结构工业建筑对于室内的采光要求很高, 一方面可以节约室内照明, 一方面可以保证生产的安全。采光材料的选择应与采光要求和其他围护构件的耐久年限相适应, 采光材料一般为玻璃纤维聚酯 (FRP) 采光板和聚碳酸酯 (PC) 采光板。

2. 安全

轻钢结构工业建筑安全一般指的是防腐、防火、抗风、抗震、防爆及防雷等, 本文主要结合笔者自身的结构专业经验, 对轻钢结构工业建筑防火设计进行了简要的分析。

安全设计是轻钢结构工业建筑设计中一个比较重要的设计步骤, 工业建筑的火灾危险性是根据产品的性质特点、原料在整体中所占面积比例和生产工艺及其原料来确定的。此外, 建筑耐火等级的确定还需要结合工程规模来确定。在设计中为了节约工程造价, 其戊类厂 (库) 、多 (单) 层丁房采用轻钢结构时一般是可以不做防火保护的。对于那些需要做防火处理的钢构件, 则在建筑中一般采用的措施是刷薄涂型防火涂料。另外, 在建筑中所采用的防火涂料的各项性能指标都需要满足《钢结构防火涂料应用技术规范CECS24:90》中的要求。其施工技术也需要严格按照规范实施, 所有钢构构件的耐火极限都需要满足《建筑设计防火规范GBJ16-87》的要求。轻钢结构工业建筑 (除甲、乙类外) 一般规模都较大, 往往在厂房中附设仓库和办公用房, 并设有夹层。大多数为综合性厂房, 需分成多个防火分区。在设计和施工中, 钢结构构件的防火问题一般会得到重视。而建筑物中, 水平和垂直方向防火分隔构件的完整性往往会被忽视。

如工业建筑中常见的防火隔墙, 笔者在校对施工图纸和验收工程中看到过许多外墙屋盖与内隔墙间的空缝并没有采取有效的封堵措施的情况。封堵材料可采用钢板刷防火涂料或防火板, 耐火极限应根据该防火隔墙上的防火门窗的要求来确定, 构件间的缝隙应满嵌防火密封胶。

3. 经济

优化建筑方案的设计是控制轻钢结构工业建筑经济的最佳手段。其优化设计一般需要根据生产的特点和企业的要求实施, 这其中就包括项目的选址、规划总图位置、划分防火分区、选择建筑材料、确定建筑耐火等级和耐久年限、控制单体规模和设计建筑造型等方面。除了需要满足结构上多方案的比较、得出最优的柱距和断面之外, 还需要结合建筑美观、保温隔热等要求选择强度高的夹心板, 适当减少用钢量, 增大檩距。为了降低用钢量, 还需要配合建筑、电、水、工艺、暖通等专业的要求适当增加吊挂荷载 (尽可能均布) 。尽量采用定型的产品, 减少异型构件带来的造价增加。尽量考虑压型钢板等构件的模数尺寸, 减少材料损耗。对装饰性等方面要求低的建筑, 墙面板选用低波压型彩钢板, 屋面板选用低波压型镀锌板, 保温隔热材料可选用低容重的岩棉或玻璃棉, 底 (内) 衬材料可选用加筋铝箔。总之, 要根据业主和建筑功能要求, 在满足规范要求的前提下, 尽可能用经济、可靠的方案来构造材料。

4. 美观

轻钢结构工业建筑的特点是形体简洁、规格统一、体量较大、构建的类型较少, 因此轻钢结构应该根据其自身的特点, 尽可能的采用较少的构架。它对避雷针、点支玻璃雨棚、企业名称等可起到画龙点睛的作用;对外墙板, 如弧形彩钢板、大型氟碳涂层水平安装夹芯平板、高 (低) 波压型彩钢板、小型彩钢竖直安装平板等材质的变化、光影效果和线条对比也会形成韵律感。

三、结语

在轻钢结构工业建筑设计的过程中, 我们应严格按照和采用相关的设计标准。同时随着轻钢结构设计技术的日趋成熟, 设计师也要紧跟时代步伐, 坚持与时俱进。只有这样, 才能设计出结构合理、经济环保的轻钢结构工业建筑, 满足经济建设发展的要求。

参考文献

[1]GB50016-2006, 建筑设计防火规范[S].

[2]张国荣.钢结构建筑设计的构思及其稳定性问题分析[J].建材发展导向, 2011 (11) .

[3]徐永春, 郑荣跃, 宋晓刚.轻钢结构设计[M].吉林:吉林科学技术出版社, 2005.

轻钢结构分析及轻量化设计 篇2

关键词:轻钢结构结构体系轻量化设计

中图分类号:TU318文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0023-01

20世纪80年代以来随着钢产量的不断攀升,国外的轻钢结构也进入了国内市场,并随着其应用越来越广,人们对其认识也发生了重大转变。概而言之,现代轻钢结构是指以各种H型钢、冷弯薄壁型钢、焊接薄钢板变截面梁、柱等构成的建筑结构,与传统的轻钢结构相比,它更突出了“轻”字,并且应用范围也进一步扩大,由工用向民用拓展,显示了其强大的生命力。

1 现代轻钢结构的特点分析

(1)钢结构首要的特点就是结构自重轻,强度高的特点,工程造价低的特点。而现代轻钢结构更轻,由于采用了轻型H型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢管等材料,材料的性能更能得到充分的发挥。

(2)结构体系简单,设计有程序可依。目前有许多比较成熟的轻钢结构设计程序,如中国建筑科学院开发的STS软件,同济大学开发的3D3S程序、建筑标准设计研究所开发的GFCAD等等,所有这些软件大大减少了设计周期。

(3)材料规格种类少,能够标准化生产。轻钢结构变大型部件为梁、柱、板结构,部件的单位由大变小,部件的生产、运输、吊装更加轻便。而且部件的组装空间的任意性强,能够有效缩短施工周期,能够提前投入使用。

(4)采用大空间结构,方便使用者根据需要对空间进行功能划分。轻钢结构采用的是框架或框架剪筒式结构,并没有事先规定功能区域,用户可以根据自己的需要,对室内空间进行任意分割。

(5)有利于环保,轻钢结构的构件之间通常采用螺栓连接,拆装方便,整个建筑物可在很短的时间内拆迁,损失极小,并且当建筑物的全寿周期结束后,很少产生固体垃圾,有利于环保。

(6)轻钢结构具有良好的抗震性能。由于轻钢结构的柔性比较好,能够很好地消耗地震能量,因此,在地震中,破坏极小,并且,由于现代轻钢结构自重更轻,材料简单,即便在地震中发生很大的破坏,也不会导致很大的伤亡。

因此,现代轻钢结构相比于其他结构来说,具有无可比拟的综合经济效益和社会效益。

2 轻钢结构体系组成

轻钢结构通常由基础体系、支撑体系、以及承重体系、楼盖体系、维护体系等部分组成。其中,基础体系、支撑体系、承重体系以及楼盖体系对轻钢结构最为重要,直接与结构的稳定性、安全性相关。

首先,就基础体系说,轻钢结构自重轻,对基础要求相对较低,通常以柱下独立基础为主,当地基比较弱的时候,可以采用十字形或条形基础。但由于各基础之间彼此独立,因此,必须要考虑各个基础之间的不均匀沉降问题,选择基础场地时,必须要对基础的地质状况进行必要的勘察、计算,确定采用何种基础及尺寸大小,以避免不均匀沉降对对整个结构的影响。

其次,轻钢结构柔性大,因此水平荷载对其影响很大,为了保持结构的稳定性,就必须要在柱间布置支撑体系,通常有单斜杆型、X型、人字或倒人字型、W或倒W型以及偏心支撑等形式,每一种形式的承载力也各不相同,在我们的设计中,通常是根据结构所承载的水平作用力的大小,采用模拟试验的方式进行选择。

再次,承重结构直接与建筑物的使用功能相关,通常说来,轻钢结构承重体系主要有钢架结构体系、多层结构体系,其中后者又包含框架结构体系、框架－支撑体系、夹心板组合房屋体系等多种体系,每一种结构体系的适用范围各不相同,在实际设计中,必须根据总的功能需要及建筑要求选择合适的结构体系,如单层大开间的工业厂房、超市、仓库,就应选用门式钢架结构体系。

最后,为了确保轻钢结构的整体稳定性,楼盖必须体系必须要慎重。在进行楼盖设计时,楼盖主次梁必须通过结构措施与楼面板紧密相连,以确保钢梁的整体稳定性。楼盖的材料,目前主要有现浇钢筋混凝土楼板、轻骨料加气砼楼板、压型钢板一现浇钢筋混凝土组合楼板、预制轻质混凝土板等。这些材料中,压型钢板-现浇钢筋混凝土组合楼板兼具两种材料的优点,因此应用的比较广泛。

3 轻钢结构轻量化设计要点

为了体现轻钢结构的特点,进一步提高轻钢结构的性能,在設计的时候必须注重轻量化设计,减轻结构自重。而随着结构重量的降低,水平荷载对结构的影响加大,因此轻量化设计与提高结构刚度必须同时进行,具体如下。

3.1 合理选择材料及其形式

减轻结构自重首先要从维护结构上着手。为了降低重量,可以采用防水、围护、装饰一体化的轻质多功能新型屋面、墙体材料。目前,这些材料都已经实现了标准化生产,使用方面,并且大大降低了结构的自重。所有这些材料、装置均形成一整套的系列化标准化配套产品,使用方便灵活,最重要的是使重力荷载大为减轻。

其次,从结构体系所使用的材料来看,不仅要考虑是否减轻结构自重,还要满足安全性和可靠性方面的需要。目前我们国家通常采用Q235和Q345钢,其中Q235钢的质量等级从低到高分别为A,B,C,D四个等级,Q345钢的质量等级从低到高分别为A,B,C,D,E五个级别。在实际设计中,承重体系要采用Q235B级或Q345A级及以上钢材,重要部位的钢材,在使用前必须进行必要的冲击试验,以检测钢材的冲击韧性是否满足要求。

再次,为了最大发挥钢材性能,钢材的截面形状必须予以充分考虑。依据材料力学,截面材料离截面形心越远,其截面惯性矩就越大,其抗弯刚度和结构的抗侧刚度也就越大,这样,材料的性能就能得到最大的发挥,因此,在实际工程中,对于重要的承重部件以及支撑部件,通常采用薄壁宽肢的C形、Z形和H形截面等形式,以提高结构的刚度和稳定性。

3.2 提高结构的侧向刚度

轻钢结构重量轻,柔性大,对结构产生影响的主要不是重力荷载,而是水平荷载。在水平荷载作用下,钢架、屋架、檩条的内力容易发生变化,甚至会出现比较极端的情况,即拉杆变为压杆,这样,结构的稳定性和可靠性就会大大降低,为此,必须采用必要的结构措施来提高结构的侧向刚度,具体如下:

首先,如上所述,在柱间设置单斜杆型、X型、人字或倒人字型、W或倒W型以及偏心支撑等;

其次,当檩条跨度4 m

再次,在梁下翼缘及柱内翼缘设置隅撑提高梁下翼缘以及柱内翼缘抗压能力,从而提高梁下翼缘以及柱内翼缘的整体稳定性。

4 结语

轻钢结构工业建筑设计浅析 篇3

1 结构体系

轻钢结构是以热轧轻型H型钢、轻型焊接型钢、冷弯薄壁型钢等薄壁型材现场全装配的轻型钢结构体系, 被广泛应用于多种建筑领域。在工业建筑中, 轻钢结构有以下三种形式:排架结构、网架结构、刚架结构。排架和网架一般用在大跨度、高空间的建筑设计中, 而对于单跨在9 m～36 m, 高度在4.5 m～9 m之间的工业厂房, 通常会选择单跨或多跨门式刚架结构。门式刚架是沿建筑长向布置一榀一榀刚架的结构体系, 其间距一般在6 m～12 m之间。刚架由钢梁钢柱组成, 梁柱连接为刚接, 柱与地面之间可为刚接或铰接。建筑的横向作用力由刚架承受, 纵向作用力则由纵向支撑承担。每隔一段距离, 在两榀刚架之间要做柱间和屋面支撑, 具体间距按计算和构造要求得出, 支撑体系是满足钢结构纵向整体稳定性的必要构件。刚架之间还设有连系杆, 连系杆仅承受沿杆方向传递的力, 不承受竖向压力。刚架、支撑、连系杆共同作用, 形成了主要刚架结构体系。在满足设计、施工规范的前提下, 还应注意以下三点:

1) 重视对钢柱的保护, 做好柱脚处理, 防止烂根现象, 在车辆通道两侧的钢柱, 应考虑设置防撞保护。

2) 一旦钢结构安装完毕后, 尽量减少在承重构件应力状态下直接施焊, 例如安装管线吊件等, 以防止因施焊而造成变形, 影响建筑整体稳定性。

3) 如果建筑中抽柱就要进行结构转换, 设置托梁, 在计算净空高度和管线汇总中需要重点考虑。

2 外墙体系

轻钢结构的内外墙以非承重墙为主, 外墙体系一般采用组合墙, 1 m～1.4 m以下为砌块墙, 以上采用彩色压型钢板。压型钢板是用镀锌或镀铝锌钢板压制而成, 有大波小波横板竖板之分, 将钢板压出波形来主要是为了提高刚度和自身稳定性。外墙施工顺序如下:主钢构施工完后, 在柱子上安装横向墙檩, 根据柱子跨度不同, 檩条大小及疏密程度也不同, 墙檩固定好后挂压型钢板, 墙板与墙檩之间压入起保温作用的超细玻璃丝绵。出于美观考虑, 在墙檩内侧需要再挂一层内衬钢板, 将墙体骨骼系统包起来。在板型选择上, 横板比较美观、大气, 但竖板的稳定性较好, 也更经济。除了普通压型钢板外, 现在越来越多的厂房开始用复合板, 也称三明治板, 它是由两层压型钢板中间加高密度保温材料压制而成。复合板也要做墙檩, 但对于钢板板型没什么要求, 波形板、平板、压花板都可以。这种板保温效果良好, 平整度高, 美观耐用, 可以做出仿铝板、仿石材等效果, 价格上要贵一些, 往往受到合资品牌老板的青睐。轻钢结构外墙的最大特点是开窗自由, 由于柱子与墙面分离, 墙面不会被柱子打断, 所以开窗不受约束, 带形窗、角窗等都可以做, 这为厂房外立面设计提供了较大发挥空间。

3 屋面做法

轻钢结构厂房屋面和墙面一样, 屋面板分为单板和复合板两种, 做法是在钢梁上安装檩条, 檩条上铺板, 如果是用单板的还要在檩条与外板之间压入保温材料, 檩条下加装内衬板。对于屋面防水的处理, 传统做法是压型钢板自防水, 上面不再做防水层。这种做法如果钢板质量过关, 施工质量较好, 三四年是可以保证基本不漏雨的。但在一些交接缝或铆钉处, 长时间暴露在室外总会锈蚀, 漏雨在所难免。施工时应选用优质钢板, 在满足稳定性前提下少用铆钉, 板材用大块整板, 减少拼缝, 拼缝处要用卷边机进行180°或360°卷边, 将两块钢板卷在一起。近些年, 为了解决钢屋面漏雨问题, 越来越多的厂房开始在屋面上附加防水层, 常见的做法是铺PVC, SBS等防水卷材。铺卷材屋面板要求用比较厚的大波压型钢板, 至少0.8 mm。这种做法在两块卷材交接处一定要用热熔焊接, 将拉铆钉藏在接缝两层卷材之间, 普通胶粘是不可行的。卷材屋面应注意天沟、天窗和屋面设备、风机等部位的防水做法, 尽量满铺防水层, 薄弱部位附加防水层, 其中最麻烦的是屋面设备和风机的处理, 它们都是为厂房内使用, 有很多管线、风道穿出屋面, 防水比较难做, 加之设备本身防雨性能较差, 雨水会通过设备里面进入厂房, 想完全不漏水是很困难的。过去也尝试过在设备外加遮雨篷或防水雨罩, 但对于建筑物立面效果影响较大。

4 楼、地面做法

轻钢结构楼面首先要在钢梁上铺压型钢板, 然后绑钢筋, 以钢板作为底模上浇混凝土, 将二者浇为一体, 钢板可以做下层受拉构件考虑。地面做法分为配筋地面、构造配筋地面和不配筋地面。配筋地面是根据地面承载力大小计算出配筋量, 通常地面有比较重的荷载或地基土质较差的需要配筋, 无特殊要求的地面可采用构造配筋, 这种做法不用计算承载力, 仅配单层构造钢筋网即可。如果厂房面积较小, 荷载均布不大, 可以不配筋。面层处理通常有以下几种:金属 (矿石) 骨料耐磨面层、钢纤维地面、聚氨酯地面和混凝土固化剂地面等, 可以通过配钢丝网来提高面层抗裂能力。虽然楼地面有垫层、面层之分, 但最好两层一起浇捣, 表面随打随抹平, 机械压光。我曾做过一个厂房, 由于地面分层考虑, 刚封顶就开始裂, 还伴随着大面积起鼓现象。通过对事故分析发现, 在做面层之前垫层表面没处理干净, 致使两层没能粘结在一起, 由于面层较薄又没配筋, 收缩的过程中就会开裂, 开裂后水通过裂缝渗进面层就会起鼓。两层一起浇捣, 统一配筋能较好的解决开裂、空鼓现象发生。对于大面积的地面、楼面, 规范要求按一定距离分缝, 缝按缩缝考虑。《建筑地面设计规范》要求混凝土垫层“纵向缩缝应采用平头缝或企口缝, 其间距可采用3 m～6 m”“横向缩缝宜采用假缝, 其间距可采用6 m～12 m”, 面层要求“细石混凝土面层的分格缝, 应与垫层的缩缝对齐”。规范只规定了一般情况下的分缝要求, 但对于配筋地面、楼面如何做, 并没详细说明。我认为无论地面还是楼面, 如果分两层浇筑, 配筋层可以设后浇带来解决混凝土收缩问题, 面层设缝;如果是一体浇筑的, 后浇带自然必不可少, 纵横两向还要设置假缝, 但假缝不要切断钢筋, 并在钢筋表面留出一定厚度保护层, 缝中填弹性材料。

下面谈一下地面平整度问题, 《建筑地面工程施工质量验收规范》规定:水泥混凝土面层是每2 m可偏差5 mm。但由于工业建筑工艺要求, 特别是一些高架库, 货架比较高, 地面稍有不平就会影响其稳定性, 所以应根据不同使用功能对地面平整度做出限定, 适当高出规范值, 以避免不必要的损失。

5 立面设计

工业建筑平面一般都方方正正, 立面造型也不会有太多变化, 这实际上是给建筑师提出了一个难题, 如何将立面做的既简洁又不简单, 并能体现时代精神。有的建筑师对于工业建筑设计不重视, 总是说做得再好也就是个厂房, 而我觉得不然, 能将简单的东西做好才是水平。这些年, 我一直想摆脱老厂房立面设计的呆板, 让它们拥有轻钢结构独特的气质。我刚参加工作时做的一个厂房, 甲方资金比较紧张, 我做了3个方案, 最终选定在墙面上画色块的效果, 并用大写M来体现公司名称的第一个字母。还有一次, 和日本一家立面公司合作, 厂房平面很简单, 立面公司并没有做夸张的造型处理, 只是用材很精致, 建成后效果不错。

6 防火问题

工业建筑的防火措施与民用建筑有所区别, 主要有4个特点:

1) 厂房不单有耐火等级的分类, 还有火灾危险性分类, 从甲到戊共5类, 其中甲类是易燃易爆的厂房或仓库, 戊类的定义是“常温下使用或加工不燃烧物质的生产”。

2) 从使用性质不同, 工业建筑分为厂房、仓库两种。工业厂房一般流水线比较长, 人员比较稀疏, 防火分区面积、疏散距离的要求相对宽松。例如:丙类单层厂房, 耐火等级二级的防火分区面积可以做到8 000 m2。库房由于长时间堆放货物, 易引起火灾, 要求比较严格。

3) 轻钢结构厂房主结构、墙体、屋面等都是钢质的, 钢的耐火极限仅有0.25 h, 远远不能满足防火要求, 所以主要钢构架均应喷涂防火涂料或做其他防火措施。

4) 一般来说, 防火墙与墙面屋面相交处应用防火材料进行封堵, 然而对于轻钢结构来说, 即使堵实火焰也会烧破钢板窜到另一个防火分区, 况且由于板是波形的还有檩条、支架的存在, 封堵本身都很难。规范明确规定, 对于这种情况防火墙应凸出屋面、外墙面至少0.4 m, 在设计中应给予充分重视。

总之, 轻钢结构工业建筑在设计和施工中有其自身的特点, 它并不如公共建筑复杂, 但也并不简单、乏味, 其实重要的是用心, 用心体会、用心理解、用心学习、用心创新, 只要用心去做建筑, 再简单的房子也能创造出亮点, 焕发生机。

参考文献

轻钢结构工业建筑设计 篇4

一、多层轻钢结构施工技术具有的优点

1.1 自重很轻，抗震性能强。轻钢结构的材料要求是很高的，一般都是由一种很轻的高效材料组合而成，其构建性质也十分的特别，承载能力也是特别强，再加上自身较强的受力因素，进而保障了多层轻钢结构的综合刚度很大，同时具备很强的抗震基础，这样最大限度的节约了许多的施工材料，最有效的降低了结构自身的重量，此外还降低了基础，这样就为运输提供了方便，节省了大量的安装费用，是一种经济适合性结构。因此，对于时常发生地震、交通运输条件不是很方便的地区、地质条件较差的地区提供了选择。

1.2 具有优美的外观。多层轻钢结构具有外观简单但是丰富的特点，整个结构的尺寸较小，这样有效的节约了土地使用面积，因为轻钢具有很强的刚度，这样就有了柱网的空间，为工作人员施工操作提供了便利，可以将楼板进行组合，这样就提升了净高。该种建设方式的优点之一就是建筑结构较为开放，建筑大师可以充分在中间发挥自己的设计才能，同时又可以最大限度的满足业主对空间的需求。

1.3 施工周期不长。由于轻钢结构材料便于运输，运材料供应较快，安装也较为简单和便利，因此，和钢筋混凝土相对，整个施工周期起码要节约二分之一以上。当前金融结构在持续的提升贷款利率，所以这种结构具有短投入早汇报的特点，在可能的范围内控制了项目的造价成本，进而让投资效益最大化。

1.4 环境保护能力强。轻钢结构在建设的过程中，与钢筋混凝土相比，其所需要的材料较少，能源需求也更少，在建造过程中产生的粉尘以及施工垃圾都很少，施工过程中产生的噪音等也很小，剩余材料的二次利用性能也较高。因此，多层轻钢结构是一种既环保同时又高效的方式。

二、多层轻钢结构在建造时容易出现的问题以及解决举措

2.1 在设计方面。在目前的国内，多层轻钢结构建筑在应用方面还有许多地方需要加强，很多关键性技术依然处于初级阶段，很多技术还没有规范，还需要进一步的完善，此外，多层轻钢结构在设计、建造等方面的问题都还很多，还有许多的问题需要去处理，比如：多层轻钢结构的施工、多层轻钢结构的承重结构体系、以及后续的结构维护维修等等，这些问题目前都还处于技术人员研究试验阶段。在这个设计部分，最主要的问题就是组合楼盖和杆件节点的环节，下面就对设计问题进行详细的浅析：（1）支座计算简图。在设计多层轻钢结构建筑的过程中，设计人员时常将整个框架结构的支座设计为固定的链接，然后，在多层轻钢结构建筑的施工实践中，钢筋混凝土那样的结构到是很容易进行链接，但是，普通钢结构是很难就这么好的特性的。此外，钢材都是有腐蚀性的，并且钢材的腐蚀性是不容易预防和控制，所以，在设计时，要想将钢柱锚埋入地基中基本是不可能的，通常的处理方式是，将钢筋锚安置在地势较高一点的混凝土地基上，将二者链接起来，但是，这种方式很难保障其稳定性，整个链接不那么容易接住，通常会因为施工过程中出现松动，此外，部分混凝土浇筑、养护工作不科学，地基又出现下沉等，使得整个桩基的相接处无法固定在一起。（2）混凝土与压型钢板组合楼盖设计。参照施工规范要求可以看出，组合楼盖在选择材料时，一般都会选择压型钢板，因为选择压型钢板可以不需要设计链接钢筋，而叠合面上产生的纵向剪力可以借助该剪力直接达到钢板上。但是，在实际的施工实践中，钢板是不会透水的，在加上外围有一层防护层，这就极大的削弱了接触面的作用，此外，在该位置上，混凝土的高水灰比也会出现下降。与此同时，参照组合楼板的特性，可以将永久模板利用起来，因此，压型钢板时常会被作为模板加以利用，让材料得到了多重利用。

2.2 多层轻钢结构建筑的施工。（1）在多层轻钢结构建筑中，构建节点是很多的，其中最为主要都有主梁、框架柱、连续次梁节点等等。按照施工设计要求，以上节点全部都是刚性节点，在设计时，基本都是设计的按照焊接的方式或者用螺栓的方式作为连接点的，只是焊接可以在工厂进行操作，施工现场只需要不螺栓上好便可，这样就有效的保障了施工的质量。多层轻钢结构的跨度必须控制在一定的范围之内，通常是在八米上下，从经济利益的方面来说，是能直接焊接的，也就是将组合工字钢焊接成为H型钢，而板面通常会打几个孔，从而上好螺栓，然后，通常会因为下料的时候出现误差，或者是材料放线的时候出现了误差，造成焊接口出现了很大的缝隙，从而不能保证整个焊缝的质量，最后出现了各种各样的焊缝问题需要解决，以至于次节点钢接基本不能形成，从而为结构埋下了安全性的缺陷。由此可见，在施工的过程中，需要保证构建的位置准确无误。（2）关于抗剪栓钉施工。在进行抗剪栓钉施工施工时，必须严格执行施工规范要求，在这个过程中，焊接时间和焊接电流必须做好相应的选择，栓钉伸出去的长度必须要做好相应的控制，而且最后必须进行检验，在合格以后才能保障整个栓钉的焊接质量过关。以上这些问题只要有一个出现，可以立即采取相关措施进行补救，对于尚未焊接到位的栓钉，可以进行打掉，重新施工焊电流，同时对焊钉的高度进行加高，并且对施焊面打磨平整，如果有凹面，应当采取焊填的方式进行修补，施焊必须控制在规定的时间范围内，如果出现焊接问题，通常都是因为焊接时间过长或者焊接电流过大等造成的，而一旦出现了情况，对组合板不产生影响的，也必须采取措施进行修补，但是必须对每一个环节的检查到位，如果发现有会造成不良后果的，需要立即采取措施进行处理。

总结

综上所述，在目前的国内，多层轻钢结构建筑已经进入了一个快速发展的时期，特别是在多层房屋建筑中应用得已经较为广泛，但是，一些崭新的问题在不断的出现，相关的施工人员必须对这些问题进行分析和总计，努力创新施工技术，让该结构房屋在设计环节和施工环节的更进一部，让国内的多层轻钢结构房屋建设赶上国际水平。

参考文献

[1]王钰.轻钢农宅的标准化设计与多样化应用研究[D].清华大学，2012.

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[3]徐家麒.预制装配式建筑精细化设计研究[D].吉林建筑大学，2013.

轻钢结构建筑及应用 篇5

关键词：轻型钢结构,门式钢架,轻钢住宅,维护结构

1 概述

在我国, 传统意义上的轻钢结构主要是指由圆钢、小角钢组成的小型或小跨度屋架、刚架结构、多用于小型厂房、仓储或临时性建筑。随着以变截面门市刚架和色彩压型钢板为标志的新型钢结构体系的出现和应用, 轻钢结构的概念发生了根本性变化。现代轻钢结构除具有传统钢结构的所有优点外, 更加突出了“轻”的特征, 主要体现在:采用轻质维护结构, 恒荷载及地震作用大幅度减小, 基础也因此得以轻量化;采用先进设计理论、高强度钢材、新型结构体系, 因而优化了承重构件的截面, 使得结构用钢量更轻;采用标准化、工厂化制作、小型机具吊装, 因而劳动强度轻, 综合施工费用轻;建筑造型轻巧美观, 建筑表现能力更强。

目前国内常用的轻钢结构承重体系包括:焊接门市刚架体系、金属拱型波纹屋盖体系等。相关技术部门及施工单位已在轻钢结构的设计、制作和安装方面积累了一定的经验。另外钢结构无粉尘的干施工工艺及可回收并重复利用的特点, 非常符合环保及可持续发展的时代主题, 因此轻钢结构在我国显示出非常广阔的应用前景。

2 轻型房屋钢结构体系及特点

2.1 门市刚架钢结构体系

在我国门市刚架结构设计的主要依据有《钢结构设计规范》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和《门市刚架轻型房屋钢结构技术规程》等。钢架构件多采用焊接工字形实腹截面, 板厚一般在16mm以下, 腹板高厚比较大, 允许腹板局部失稳并按有效截面特性验算构件的强度和稳定性, 变截面构件多通过改变腹板高度来实现截面变化。空腹或格构件在工程中也有应用。刚架的梁柱节点和斜梁的现场拼接点常采用高强度螺栓端板连接, 采用外伸式端板, 而且应有足够的端板厚度 (20mm以上) , 以保证节点的刚度。檩条或墙梁采用C过Z形冷弯薄壁型钢镀锌檩条, 檩 (梁) 距1.5~2.5m, 多采用普通螺栓与主刚架连接, 可采用简支或连续体系, 檩条 (墙梁) 的承载力, 也可加强横梁 (立柱) 的侧向稳定性分析。支撑的布置原则与普钢厂房 (屋架) 类似, 屋面和柱间支撑常采用由张紧的圆钢组成的柔性支撑, 有吊车厂房的下柱支撑则需设计成钢性支撑。屋面板、墙板可采用单层或双层夹芯板、复合板或加保温层的单层板, 并通过自攻螺钉或扣件与檩条及墙梁相连。

门式刚架属于平面受力体系, 非常适宜于跨度在18~36m之间、柱距7~9m、平面尺寸狭长的建筑, 使其成为国内外大规模现代化工业厂房首选结构形式。

2.2 多层房屋钢结构体系

多层房屋钢结构体系具有比钢筋混凝土结构施工结构施工劳动强度低、施工速度快的优越性, 因此在一些发达国家, 二至八层公共或居住建筑主要采用轻型钢框架结构。框架梁、柱主要采用热轧或焊接H型钢或方、圆钢管, 整个结构的用钢量在40-50kg/m2之间, 在很多情况下具有比混凝土结构更好的经济指标。

目前我国除正在编制中的《轻型房屋钢结构设计规程》外, 尚无这类结构的专用设计规程。现阶段的设计依据仍为《钢结构设计规范》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》。承重结构一般柱距在6~12m之间, 既可按平面框架也可按空间框架设计, 必要时布置柱间支撑来保证整体稳定性、减小侧向位移。

目前国内的一些多层厂房及超市开始采用上述结构。而多层住宅钢结构体系的开发必将为多层轻型房屋钢结构的应用提供巨大的潜在市场。

2.3 冷弯薄壁型钢结构体系

冷弯薄壁型钢主要由0.5~3.5mm厚普通钢板或镀锌钢板冷压或冷弯而成, 基本形状为C形、Z形和方形 (矩形) , 并可形成各种折皱和卷边、拼成I形或T形, 以提高截面刚度和承载力。

冷弯薄壁型钢结构体系的框 (刚) 架梁、柱一般采用双C或四C槽钢组成的I及T形截面。承重骨架为平面框架, 需布置柱间支撑保证整体稳定性。楼层采用主次梁体系及组合楼盖。不上人屋面则采用檩条和压型钢板。内墙为轻质隔断墙, 外墙则用轻质保温板。由于冷弯薄壁型钢结构体系构件较小, 构件之间全部采用螺栓连接, 且施工现场多为干作业, 以此其具有安装简便, 搬运重量少、仅需小型起重设备、施工快捷等优势, 在底层住在方面具有很大的发展潜力。

3 国内轻型房屋钢结构的现状和发展趋势

3.1 设计方法和理论研究的进一步完善

轻钢结构是近几年在国内刚发展起来的新型结构, 相应的技术规范、规程的编制工作相对滞后, 多数设计人员钢结构知识陈旧, 缺乏相关培训, 对轻钢结构设计理论和计算方法不熟悉, 且受传统钢结构设计思想束缚, 导致设计用钢量高于国内外同类结构。

3.2 新型材料的应用

国内主体结构的钢材仍以Q235和Q345等低强度钢为主, 围护结构所用的冷弯薄壁型钢和镀锌钢板也多为Q235钢, 而且大截面的冷弯型钢市场供货较少;而国外主体结构的钢材多采用高强度钢, 冷轧彩板、镀锌或镀铝锌钢板也采用高强钢材。

钢结构的防腐目前国内通行做法是采用防锈漆, 而且使用一定时期后要重新刷漆, 结构围护工作量相当大。另外对于非外露的部位, 重新刷漆也很困难。轻钢结构的防火处理一般都是在板件表面喷刷防火涂料或防火漆, 这无疑会增加建设成本 (占钢结构总成本的10%-20%) 。

在围护结构的应用方面, 还存在着彩色压型钢板耐久性和屋面漏水等方面的问题。国内彩色压型钢板多采用镀锌板, 虽然其涂层技术正不断完善, 但其使用寿命与主体结构 (一般为50年) 相比还是相差甚远;为避免屋面漏水, 目前通常的做法是采用无螺钉孔的屋面系统 (锁边板或扣板) 。

在建筑构造处理、建筑配件选用等方面, 目前国内多由各生产厂家自行处理, 这使得工程质量往往难以保证。建筑构造处理问题不仅牵扯建筑使用功能, 而且如果处理不当还会影响建筑物的安全。

3.3 建筑安装队伍的自动化与专业化

轻钢结构的制作安装是专业性很强的技术工作, 不仅需要专用生产线, 而且对从来人员的教育程度水平和操作技能有相当高要求, 这需要有一定的工程实践和经验积累, 而非普通工人经过简单培训就能胜任的。

我国的钢结构施工与验收规范不仅对制作和安装工艺及质量控制作出了明确的规定, 而且严格规定了对焊接人员的考核和资格认证要求。从事轻钢结构制作和安装的人员和单位必须具备国家技术监督部门和资质认证机构颁发的资质证书, 这是确保工程质量的基本要求。

随着人们环保意识的增强, 长期在多层建筑领域占统治地位的粘土砖将被节能环保建筑材料取代而逐渐退出历史舞台, 这无疑给多层钢结构在我国的大力发展提供了极佳机遇。目前国内多层钢结构商场及写字楼已有大量工程应用, 并积累了一定经验, 轻钢住宅也已有若干试点工程。随着结构体系研究的逐步伸入以及新型配套产品的研制开发, 在不久的将来多层轻钢民用建筑体系, 特别是轻钢住宅结构在我国的应用必将越来越广泛。

结束语

浅析轻钢结构住宅及设计 篇6

我国轻型钢结构经过20多年的发展历史, 虽然起步并不晚, 主要由于经济与技术的原因使得多层轻钢住宅的发展受到制约。国内最早出现的轻钢结构住宅是94年11月建于上海浦东北蔡的8层钢结构住宅, 采用冷弯成型的矩形钢管混凝土柱和U型冷弯型钢组合梁组成框架。其特点是采用稻草板作外墙和楼板的组件, 单位面积用钢量34kg/m2。

天津经济开发区太平村是我国住宅产业化的探索基地之一, 来自中国, 日本, 美国, 加拿大等15个国家和地区的95名参展商展示了各自的产品, 其中钢结构住宅均采用框架结构。楼板及墙体、屋顶均采用复合结构, 工厂预制, 现场安装, 缩短了施工工期。

长沙远大集团建造的8层钢结构公寓, 称之为集成化建筑。该建筑装有中央空调一体化机组, 整体浴室, “五表”远传系统等现代化设备。室内设计考究, 体现了钢结构住宅的风格和质量, 表明了钢结构住宅的良好发展前景。当前, 国家将住宅产业作为国民经济新的经济增长点。为居民提供高质量的符合市场需求的商品化住宅成为必然趋势。

2 轻钢结构住宅的优点

轻钢结构住宅相比于传统住宅, 有其突出的优点: (1) 轻钢结构配件制作工厂化和机械化程度高, 商品化程度高。 (2) 现场施工速度快, 主要为干作业, 有利于文明施工。 (3) 钢结构建筑是环保型的可持续发展产品。 (4) 自重轻, 抗震性能好。 (5) 综合经济指标不高于钢筋混凝土结构。

3 结构体系选型

对低、多层住宅, 目前国内外常用的结构体系主要有:

3.1 冷弯薄壁型钢体系

构件用薄钢板冷弯成C形、Z形构件, 可单独使用, 也可组合使用, 杆件间连接采用自攻螺钉。这种体系节点刚性不易保证, 抗侧能力较差, 一般只用于1～2层住宅或别墅。

3.2 框架

目前, 这种体系在多层钢结构住宅中应用最广。纵横向都设成钢框架, 门窗设置灵活, 可提供较大的开间, 便于用户二次设计, 满足各种生活需求。钢框架考虑楼盖的组合作用, 运用在低多层住宅中, 一般都能满足抗侧要求。但是由于目前框架柱以H型钢为主, 弱轴方向梁柱连接的刚性难以保证, 因此设计施工时须慎重处理。

3.3 框架支撑体系

在风载或地震作用较大区域, 为提高体系的抗侧刚度, 增加轴交支撑或偏交支撑效果很好。这种体系为多重抗侧体系, 而且梁柱节点, 柱脚节点可设计成铰接、半刚接, 施工构造简单, 基础主要承受轴力, 体形较小, 因此成为人们青睐的对象。

3.4 框架剪力墙体系

在低多层住宅中, 可以应用传统的剪力墙体系, 如钢筋混凝土剪力墙或钢板剪力墙。目前正在研究的空腔结构板是一种理想的抗侧结构。空腔结构板是一种新型的轻质板材, 采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架, 然后经浸渍而成。该板材与钢框架可靠连接, 便可形成新型剪力墙。另外美国, 澳大利亚等国还开发了交错桁架体系, 比较新颖。

4 主要构件的设计

4.1柱

前已述及, 钢结构住宅一般为大开间, 框架柱在两个方向都承受较大的弯矩, 同时应该考虑强柱弱梁的要求。而目前广泛使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面, 强弱轴惯性矩之比3～10, 势必造成材料浪费。因此对于轴压比较大, 双向弯矩接近, 梁截面较高的框架柱采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱是适宜的。对于方钢管混凝土柱, 不仅截面受力合理, 同时可以提高框架的侧向刚度, 防火性能好, 而且结构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。因此, 尽管平面受力结构中, 选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的但总体上, 箱形钢管柱尤其是方钢管混凝土柱应得到广泛应用。方钢管混凝土柱将是钢结构住宅发展的主要方向, 但由于缺乏相应的规范、规程, 目前在住宅中应用还很少。尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂, 不利于工厂制作和现场施工, 应加大力度开发研究。

4.2 楼盖

在多层轻钢房屋中, 楼盖结构的选择至关重要, 它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外, 更主要的作用是保证与抗侧力结构的空间协调作用;另外从抗震角度来看, 还应采用相应的技术和构造措施减轻楼板自重。常用的楼盖结构有:压型钢板-现浇混凝土组合楼板, 现浇钢筋混凝土板以及钢-混凝土叠合板, 而以第一种最为常用。目前, 在多层轻钢房屋整体分析时, 还普遍不考虑楼盖与钢梁的组合作用, 即使设置抗剪键, 也偏保守地假设钢结构承受全部荷载, 这样不仅增加材料用量和结构自重, 反而会造成强梁弱柱的不利情况。有一个6层算例, 考虑楼盖组合作用对梁刚度以及结构整体刚度的影响。算例表明, 考虑组合作用后主梁的刚度大大增加, 使得梁的挠度和地震作用下柱顶的侧移大为减少, 组合作用应予关注。为使楼层高度减到最小, 提供更大的空间, 组合扁梁楼盖也成为一种趋势。

4.3 支撑体系

支撑分轴交支撑和近年发展起来的偏交支撑两种, 前者耐震能力较差, 后者在强震作用下具有良好的吸能耗能性能, 而且为门窗洞的布置提供了有利条件, 目前国内用的还很少, 建议在高烈度区首选偏交支撑。剪切型耗能梁段, 加劲肋按以下公式设计:

式中, a———加劲肋间距, d———梁高, tw———腹板厚度, γp———塑性转角;弯曲型耗能梁段还需在梁段端点外1.5bf处加设加劲肋。

4.4 节点抗震设计

框架梁柱节点一般采用两种连接方法, 根据常用设计法, 即翼缘连接承受全部弯矩, 梁腹板只承受全部剪力的假定进行设计。震害表明, 这种设计不能有效满足强节点弱杆件的抗震要求, 在高烈度区隐患很大。改进的框架节点设计, 在梁端上下翼缘加焊楔形盖板或者将梁端上下翼缘局部加宽盖板面积或加大翼缘截面面积。

5 结论

通过以上的分析我们得出几点结论:

5.1 低、多层轻钢结构住宅考虑楼盖与钢梁的组合作用, 可显著减小主梁挠度和柱顶位移。

5.2 为改进框架节点的抗震性能, 可在梁端上下翼缘加焊楔形盖板或将梁端上下翼缘加宽。

5.3 设偏心支撑时, 梁应根据耗能梁段的受力类型设置加劲肋。

轻钢民用建筑结构体系分析 篇7

过去, 我国钢材年产量较低, 建筑行业一直限制钢材的使用, 提倡大力发展混凝土结构和混合结构, 因此民用钢结构一直发展缓慢。80年代以后, 随着经济发展的需要, 我国开始引进钢结构房屋, 以门式刚架为主, 主要用于工业厂房、库房和一些公共设施。多层轻钢结构采用钢骨架和轻质围护结构, 自重轻, 对地质条件要求低。

2 结构方案

2.1 结构体系的选择

结构体系的选择, 不仅要从满足建筑的使用功能出发, 节约投资考虑, 更主要的是取决于建筑的高度, 即取决于建筑层数的多少。建筑层数越多, 高度越高, 则由于风力或地震力引起的侧向力就越大, 建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。因此, 随着建筑层数的不断增加, 结构体系也就需要不断的发展。目前, 多层和小高层钢结构建筑常用的结构体系有以下几种。

(1) 纯框架结构体系。纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。框架结构的平面布置灵活, 可为建筑提供较大的室内空间, 且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大的延性, 自振周期较长, 因而对地震作用不敏感, 抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小, 由于侧向位移大, 易引起非结构构件的破坏, 因此不宜建的太高。

(2) 框支结构体系。纯框架在风、地震荷载作用下, 侧移不符合要求时, 可以采用带支撑的框架, 即在框架体系中, 沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。在这种体系中, 框架的布置原则和柱网尺寸, 基本上与框架体系相同, 支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置, 沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接, 形成一个支撑芯筒。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构, 能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度, 可以明显减小建筑物的层间位移。

(3) 框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系, 这种结构以剪力墙作为抗侧力结构, 既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点, 又有较大的刚度, 可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积 (如楼梯间、电梯间和卫生间) 周围设置, 就形成框架多筒体结构体系。这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度, 成为主要的抗侧力构件, 承担大部分水平荷载, 钢框架主要承受竖向荷载。

2.2 楼面结构

多层轻钢建筑楼板必须有足够的刚度、强度和整体稳定性, 同时应尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重, 并提高施工速度, 组合楼盖是常用的楼盖之一。到目前为止, 组合楼盖主要有以下三种形式: (1) 压型钢板组合楼盖, 其下表面凹凸不平, 在民用建筑中需做吊顶, 造价较高; (2) 现浇整体组合楼盖, 其整体性能好, 但需要支模板, 施工速度慢; (3) 钢-混凝土叠合板组合楼盖, 其整体性好, 还能节省支模和吊顶的费用。

在组合楼板的应用中, 为使楼层高度减到最小, 提供更大的无柱空间, 现在的趋势是把楼板和钢梁合为一体, 形成组合扁梁楼盖。

2.3 支撑和剪力墙形式

多层框架钢结构体系的侧向刚度较弱, 随着层数的增加, 为了抵抗水平地震作用, 减小层间错移, 常在墙体内布置垂直支撑, 为了方便门窗开洞, 支撑形式可以灵活采用, 如X型、单斜杆型、K型、M型、W型、V型和人型等。建议多采用偏心支撑, 因其在地震作用下具有较好的延性和耗能性能。

剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。钢筋混凝土剪力墙刚度较大, 地震时易发生应力集中, 导致墙体产生斜向大裂缝而脆性破坏。为避免这种现象, 可采用带缝剪力墙。钢板剪力墙是以钢板做成剪力墙结构, 与钢框架组合, 起到刚性构件的作用。

3 工程实例分析

3.1 工程概述

分析以典型的办公楼布置为基础, 平面尺寸为72m×14.4m, 基本柱网尺寸为8.4m×7.2m, 跨度为6m, 柱距为7.2m, 内走廊宽2.4m, 层高为3.2m, 层数考虑3至18层。采用钢框架结构体系, 若不满足侧移要求, 适当加一些支撑。主梁采用焊接工形截面, 柱采用焊接箱型截面。框架的横向和纵向梁柱按刚性连接设计, 现场采用摩擦性高强螺栓和焊接连接, 次梁为工字型截面单跨简支梁。外墙正立面为240厚瓷砖饰面的混凝土砌块, 主要隔断内墙为200厚混凝土砌块, 次要内墙为轻钢龙骨石膏板轻质隔墙。楼盖采用钢-混凝土叠合板组合楼盖, 设计主次梁时充分考虑楼盖与钢梁的组合作用。

3.2 计算参数及计算软件

本工程设计主要依据国家有关设计规程、规范, 如《建筑结构荷载规范》 (GBJ9-87) 、《建筑抗震设计规范》 (GBJ11-89) 、《钢结构设计规范》 (GBJ17-88) 、《混凝土结构设计规范》 (GBJ10-89) 、《建筑地基基础设计规范》 (GBJ7-89) 等。所有梁柱均采用Q345钢, 基础和负弯距受拉钢筋为Ⅱ级, 楼板及分布筋Ⅰ级, 楼板混凝土标号为C40。

结构上作用活荷载包括楼面活荷、风荷和地震作用, 横荷载包括楼板和墙体自重, 均按《建筑结构荷载规范》 (GBJ9-87) 取用, 梁柱自重按实际重量取用;基本风压按北京地区0.35k N/m2取用;设计地震烈度为8度, Ⅱ类场地。

计算软件采用通用有限元软件ANSYS, 它是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型软件包。主要利用ANSYS软件提供的结构静力分析模块, 采用三维beam4梁单元和shell93壳单元按空间模型进行计算载荷引起的位移和应力, 并按照《钢结构设计规范》验算构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定性。同时采用通用结构分析软件SAP93进行结构复验计算分析。

3.3 计算工况及说明

计算时考虑以下主要的3种工况:1.2恒荷+1.4活荷、1.2恒荷+1.4×0.85 (活荷+风荷) 以及地震作用。在计算地震作用时, 12层以下采用底部剪力法, 13至18层采用振型叠加法, 考虑前5个自振周期。

4 计算结果及分析

4.1 层数对结构体系及平面布置的影响

3至6层建筑物的设计是由竖向荷载控制着结构布置和构件截面尺寸的选择, 由于其侧移很容易满足, 为了节省钢材, 可以抽去靠近走廊的一排柱子, 每榀刚架布置3根柱子。

随着层数的增加, 尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响, 但水平荷载却起着决定性的因素, 控制着构件截面的选择。此时, 为了满足侧移要求, 要么保持3排柱子布置不变, 增大柱子截面尺寸;要么改3排柱子为4排。两种方案分析比较发现改为4排柱子更为经济。

当房屋层数达到15层时, 其顶点位移和层间位移已经非常大, 欲满足设计要求, 仅仅靠增大柱截面已经不经济了, 这时沿横向和纵向在边跨和中跨适当的布置一些支撑反而更节省钢材。

5 结论

本文通过对各种方案的分析比较发现, 3-6层设计由竖向荷载来控制, 采用三排柱布置纯框架比较经济;7-14层竖向荷载和水平荷载作用都很显著, 采用四排柱布置的纯框架用钢量较为节省;而对于15-18层, 水平荷载作用占主导地位, 适当增加一些支撑, 增大整个结构的抗侧力刚度, 比单纯靠梁柱的受弯来抵抗水平位移更为经济。

参考文献

[1]李科.地下工程结构耐久性分析与评价[D].郑州大学, 2010.

轻钢结构住宅设计实例分析 篇8

关键词：轻钢结构,住宅,优点,问题,发展前景

目前随着社会的不断发展, 人们对建筑结构要求也越来越高, 使建筑结构在保证自身质量的同时, 也对其使用功能有着严格的要求。而轻钢结构的应用不仅可以有效的提高了建筑结构的耐久性和强度, 改善人们的生活环境, 还有利于我国建筑行业的发展, 有着广阔的发展空间。下面我们就对轻钢结构设计的相应内容进行介绍。

1 发展轻钢结构住宅的优点和存在的问题

1.1 钢结构常识

所谓的钢结构就是指以钢板为主要的材料, 通过热扎、冷弯等方面的连接技术, 将钢材料牢固的连接在一起, 从而组成一个具有承载能力和荷载传统能力的结构形式。而且将钢结构材料和传统的建筑工程结构施工材料相比, 钢结构有着自重较轻、安装方便快捷、施工工期短、节能环保等方面的特点。目前, 在工程施工中钢结构采用的类型主要有轻钢结构、高层钢结构、空间钢结构以及桥梁钢结构等, 其中轻钢结构和高层钢结构应用得最为广泛。

1.2 轻钢结构的优点

轻钢结构在建筑工程实际应用中, 其优点主要突出在以下几个方面:

1.2.1 轻钢结构组成配件的规格, 在一般情况下都是固定的, 人们可以采用工业化生产的方法, 来对钢结构材料的商品化管理。

1.2.2 轻钢结构施工作期比较短, 而且它主要是通过工业的方法对

其钢结构材料进行连接, 这不仅降低了工程施工的难度, 还提高了工程施工的进度。

1.2.3 在轻钢结构建筑工程施工时, 对周围施工环境没有污染, 属于环保节能型施工材料。

1.2.4 自身重量较轻, 有着良好的抗震功能。

1.2.5 具有良好的经济价值, 有利于节省工程施工的成本。

1.3 发展轻钢结构住宅遇到的问题

虽然轻钢结构在建筑工程实际应用的过程中, 有着性能好、自重轻、耐久性好等方面的优点, 但是由于我国在轻钢结构住宅建筑设计方面还处于发展阶段, 其施工技术还不够成熟, 因此导致在实际应用的过程中轻钢结构住宅存着一定的质量问题。

1.3.1 轻钢结构在建筑工程中存在着许多方面的优点

轻钢结构有效的改善了人们的生活环境提高了人们的生活质量, 但是因为我国在轻钢结构住宅设计、施工方面起步的比较晚, 其施工技术还不够成熟, 所以在许多方面存在着问题。而且我国相关部门也没有在轻钢结构住宅设计上, 拟定相应的标准规范, 只能依靠技术人员的施工经验对其进行设计施工, 这也对轻钢结构建筑工程的施工质量带来了许多不利的影响。

1.3.2 轻钢结构住宅建筑属于一项新型的建筑体系

它主要是在我国木质结构的建筑的基础上发展而来的, 虽然目前在国外这种钢结构建筑体系的施工进行相关成熟, 但是在我国却应用的比较少。这就使得人们在使用的过程中, 对这种施工技术的认识还不够, 尤其是在施工材料上, 我国大多数施工企业都是采用国外进口的方法, 来对施工材料进行采购。这不仅较大了工程施工的成本, 还不利于我国建筑行业的持续发展。而出现这种情况的主要因素就是在于, 我国对这种新型的建筑结构体系还不够了解, 人们需要一个接受的过程。

1.4 钢结构住宅设计中若干值得注意的问题讨论

在选择了合适的结构体系、柱网布置以后, 在设计过程中还要有以下几个值得注意的问题。

1.4.1 节点设计

钢结构体系当中, 节点的设计和构件的设计具有同等的重要性, 因此必须给予充分的重视。钢结构的节点设计包括梁-柱节点、梁-梁节点、柱-柱节点、柱脚节点、柱帽节点等。设计时应确保节点的安全可靠, 并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺, 减少或避免现场的焊缝连接。钢节点的形式按传力特性大体可以分为三类:铰节点、半刚性节点、刚性节点。刚性、铰接节点的受力性能、施工工艺研究得比较成熟, 因此在工程中取得了广泛的应用。

1.4.2 墙体材料的选取

目前使用的比较多的是蒸压轻质加气混凝土板 (Autoclaved Lightweight Concrete) 简称ALC板 (块) 。这种材料质地较轻, 具有较好的防水, 防渗透能力, 保温性能好, 隔声效果与一般混凝土空心砌块相当, 自身的强度高, 施工方便、快捷。无论做外墙还是内隔墙效果都比较理想。

1.4.3 卫生间、厨房设计

卫生间和厨房的设计是钢结构设计过程中比较重要的环节。因为钢结构材料的防腐能力相对较弱, 而卫生间和厨房是住宅中用水最多的地方, 所以这两处的防水处理十分重要。在其它建筑体系中, 防水有两种方法:结构防水和材料防水。在钢结构中, 结构防水的效果比较好。

2 轻钢结构住宅前景分析

在我国大中城市中, 人多、土地资源少, 而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下, 较大范围应用钢结构住宅, 是我国生产力发展到一定阶段的必然产物, 它是符合国家产业政策的推广项目。

2.1 适合建筑用的特种钢将不断涌现

随着我国钢铁企业冶炼技术的提高, 为适应市场的需求, 适合建筑用的特种钢必将不断的涌现, 人们可以通过合适的技术, 使钢材含有特定的成分 (如加钼等) , 使钢材的表观结构及金相组织发生变化, 从而使钢材本身生成所需的耐火性和耐候性。多种新型建筑用钢的出现将大力推动钢结构住宅的发展。

2.2 国家将重点支持轻钢结构住宅的建设

轻钢结构住宅建设在我国才刚刚涉入, 我国现在是一个产钢大国, 年产量3亿多吨, 发展钢结构住宅有很大的潜力。

2.3 钢结构住宅建筑技术将不断发展

随着钢结构建筑的发展, 钢结构住宅建筑技术也必将不断的成熟, 大量的适合钢结构住宅的新材料也将不断的涌现, 同时, 钢结构行业建筑规范、建筑标准也将随之逐渐完善。相信不久的将来, 钢结构住宅必然会给住宅产业和建筑行业带来了一场深层次的革命。

2.4 发展钢结构住宅是我国住宅产业化的必由之路

钢结构住宅体系易于实现工业化生产, 标准化制作, 而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料, 它属绿色环保性建筑, 可再生重复利用, 符合可持续发展的战略, 因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展, 直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。

结束语

由此可见, 轻钢结构由于有着自重轻、耐久性强、强度高等方面的特点, 因此在建筑工程施工中得到了广大施工队伍的青睐。它不仅可以很好的改善人们的生活环境, 还可以有效的推动我国建筑行业的发展。但是由于轻钢结构住宅设计体系属于一种新型的建筑结构, 其设计技术和施工工艺在我国建筑工程中应用得还不够成熟, 因此在我国人们在对轻钢结构住宅设计存在着许多问题。于是, 我们还要在不断的实践中, 对其轻钢结构住宅设计的相关技术进行适当的改进和完善, 相信在未来轻钢结构在我国建筑行业中有着更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]余娟.轻钢结构住宅及经济分析评价研究[D].河北工程大学, 2010.[1]余娟.轻钢结构住宅及经济分析评价研究[D].河北工程大学, 2010.

轻钢结构工业建筑设计 篇9

目前, 我国内地建成和在建的高层钢结构建筑有近40幢, 总面积约320万平方米, 用钢量约30万吨, 投资约600亿人民币。与此相适应, 我国在高层钢结构的科学研究、设计软件的编制、设计能力及各项配套的工艺方面均取得较大的进展, 在钢结构的制作及安装方面的国产化已具有相当水平。多层钢结构多应用于住宅体系, 但其发展在我国仍处于起步阶段。国家为加快住宅产业现代化的步伐, 采取了一系列的政策措施, 不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用, 同时, 还明确规定了被淘汰建材品种及时间表等等。

2 多高层钢结构体系的优点

虽然制约钢结构推广的因素很多, 但是其中最重要的是其造价问题。要降低成本, 势必从减少结构用钢量、减轻结构自重着手, 除采用合理的设计方法之外, 还需要研究开发经济合理的结构体系以及轻质高强的楼板和墙板。减轻结构自重, 不仅可以节约大量建材, 降低工程造价, 还有利于抗震, 从而获得良好的经济效益和社会效益。多层钢结构的优点可以归结如下, 1) 设计制造周期短, 设计生产一体化。2) 大跨度、大开间, 有利于功能、空间的灵活布置。3) 钢结构体系具有良好的抗震性能。4) 自重轻, 降低基础造价。5) 工期短, 施工效率高, 采用钢结构体系可为施工提供较大的空间和较宽敞的施工作业面。6) 钢结构的质量容易保证。7) 管线布置方便。8) 节能环保, 钢材可以重复使用, 遗留的废料垃圾少, 其生产和使用中对自然环境的破坏小。

3 多高层钢结构体系简介

3.1 框架体系

框架体系是指沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧力的主要构件所形成的结构体系。框架节点是结构整体性的关键部位, 但同时又是应力集中的地方。许多震害表明:节点往往是导致结构破坏的薄弱环节。框架结构的侧向刚度小, 属柔性结构。框架结构的变形主要由剪切及整体弯曲变形构成。层数较少时, 大部分位移由剪力引起的梁柱弯曲产生。但随着层数增加, 框架尤如悬臂梁, 柱子轴向伸长和压缩, 使整体弯曲变形所占比例增加。

3.2 框架———支撑体系

框架———支撑结构体系是由纯框架体系变化而来, 即在框架体系中部分框架柱之间设置竖向支撑, 形成支撑框架, 属于双重抗侧力结构体系, 支撑框架是第一道防线, 框架是第二道防线, 支撑框架中的竖向支撑产生屈曲或破坏后, 由于支撑斜杆一般不承担竖向荷载, 所以不影响结构承担竖向荷载的能力, 不致危及结构的基本安全要求。在这种体系中, 框架的布置原则和柱网尺寸, 基本上与框架体系相同, 支撑大多数沿楼面中心部位服务面积的周围布置, 沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接, 形成一个支撑芯筒。一般而言, 钢框架-支撑体系用于非地震区40层以下的楼房是不会超出经济、有效的范畴的。地震区不超过12层的楼房, 可用中心支撑;超过12层的楼房, 8、9度时宜采用偏心支撑等消能支撑, 但顶层可采用中心支撑。

3.3 框架———墙板体系

框架———墙板体系是以钢框架为基础, 于框架间嵌置一定数量的带肋钢板或预制钢筋混凝土墙板所组成的结构体系。框架———墙板体系整个建筑的竖向荷载全部由钢框架承担。水平荷载引起的水平剪力由钢框架和墙板协同工作, 共同承担, 并按两类构件的层间抗推刚度 (侧向刚度) 的比例分配。由于墙板具有较强的抗推刚度和受剪承载力, 在风或地震作用下, 框架———墙板体系的侧移比框架体系减小很多, 因而可以用于层数更多的建筑。具有特殊构造措施的墙板, 其延性比普通现浇钢筋混凝土墙体大数倍, 因而能与钢框架更协调的同步工作。

3.4 框筒体系

框筒体系是指由建筑平面外圈的框架筒体和楼面内部的框架所组成的结构体系。因为框筒体系的抗侧力构件是沿房屋周边布置, 不仅具有很大的抗倾覆能力, 而且具有很强的抗扭能力, 所以框筒体系也适用于平面复杂的建筑。楼面内部的框架仅承受重力荷载, 所以, 柱网可以按照建筑平面使用功能要求随意布置, 不要求规则、正交, 柱距也可以加大。作为抗侧力立体构件的框筒, 具有很大的抗推刚度。框筒体系中的框筒, 将承担建筑全部水平荷载所引起的水平剪力和倾覆力矩。

3.5 交叉错列桁架体系

交叉错列桁架结构体系主要适用于住宅、办公楼、旅馆、公寓等中高层建筑, 平面布置最适宜采用矩形, 也可采用其它形状如L形、T形或半圆形, 但其计算较为复杂。交错桁架结构体系的基本组成是楼板、桁架和柱子。柱子仅在房屋周围布置, 不设中间柱。桁架的高度等于楼层高度, 跨度等于建筑全宽, 它的两端支承在房屋外围钢柱上, 在相邻柱轴线上为上、下层交错布置。而楼面板跨越桁架间距的一半, 一端支承在一桁架的上弦杆另一端则悬挂在相邻桁架的下弦杆, 因此, 每层楼面在两个相邻桁架之间可以获得一个较大的空间。

3.6 混凝土芯筒———钢框架体系

混凝土芯筒———钢框架体系是指由钢筋混凝土芯筒与外圈的刚接或铰接钢框架共同组成的混合结构体系。当建筑的楼层平面采用核心式建筑布置方案, 沿楼面中心部位的服务型面积周边设置钢筋混凝土墙体所形成的芯筒, 是一个立体构件, 在各个方向都具有较大的抗推刚度。混凝土芯筒是结构体系中的主要或唯一的抗侧力竖向构件。当楼面外圈为刚接框架时, 芯筒承担着绝大部分作用于整个建筑的水平荷载, 一小部分由钢框架承担。当楼面外圈为铰接框架时, 芯筒则承担楼房的全部水平荷载。

4 结语

本文回顾了国内外多高层钢结构体系的发展情况, 归纳了国内外常见多高层钢结构体系的优点, 同时总结了目前多高层钢结构体系楼板、墙板的类型及其性能特点, 以期为新型轻钢结构体系设计提供技术基础。

摘要：多层钢结构多应用于住宅体系, 但其发展在我国仍处于起步阶段。国家为加快住宅产业现代化的步伐, 采取了一系列的政策措施, 不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用, 同时, 还明确规定了被淘汰建材品种及时间表等等。

关键词：建筑设计,轻钢结构体系,现状

参考文献

[1]康昌平.多层钢结构住宅结构体系探讨[J].山西建筑, 2009.

[2]李显林, 孙玉宝.对钢结构住宅可行性分析及其设计思路的探讨[J].中国科技信息, 2005.