钢结构设计及轻型钢结构应用

周庆权

杭萧钢构股份有限公司浙江杭州310000

摘要：在现代建筑的建设过程中，轻型钢结构由于其自重相对较轻，材质相对均匀，并且便于运输安装，因此受到了社会各界的广泛关注。轻型钢结构建筑，一般都包括主结构、次结构以及屋面和墙面等，因此需要对其设计及应用进行研究和分析。在本文当中，首先对轻型钢结构体系及其应用范围进行了概述；其次对轻型钢结构体系的设计原则进行了分析；最后对轻型钢结构的实际应用进行了研究。

关键词：钢结构设计；轻型钢结构；应用

随着我国经济建设的不断发展，生产水平的不断提高，轻型钢结构建筑体系在生产过程中逐渐得到了应用。但是值得注意的是，由于受到传统设计的理念约束和产量的双重影响，轻型钢结构建筑体系的应用依然不是很广泛。因此就需要对轻型钢结构的设计方法和制作方式进行研究和分析，最终实现轻型钢结构的不断发展和应用。

一、轻型钢结构建筑体系及应用范围

在现代建筑的建设过程中，轻型钢结构建筑体系已经得到了相当广泛的应用。在其建筑体系当中，也呈现出了不同的状态，在本文中分为以下几个方面来进行分析：

首先在承重结构体系方面，主要由门式钢架结构体系和多层多跨框架结构体系两部分共同构成。其中，门式钢架结构体系作为我国轻钢结构工业建筑中最主要的结构形式，可以分为单跨、双跨、多跨的单层门式钢架以及带挑檐的或带毗邻的单层门式钢架等形式。并且在其运行工作过程中，还需要和其他的支撑体系进行结合，从而形成整体的系统。门式钢架结构设计时，需要根据不同构件形式采用合适的截面来完成。比如，门式钢架的梁、柱可采用等截面或变截面的实腹焊接工字型截面或轧制H型截面。一般情况下，利用此种形式体系的结构主要可以应用在单层的工业厂区、超市、农贸市场等各种临时搭建的建筑当中。另外，在多层多跨框架结构体系当中，主要是由梁、柱及与之相连的楼面屋面结构、支撑和墙板或墙架结构来共同构成的。在进行设计的时候高度需要保持在6m以下的范围内，并且在材料方面一般都会利用高频焊接和热轧H型钢、普通或轻型热轧型钢、冷弯型钢等。在该体系的应用当中，由于其侧向刚度是相对较小的，因此需要与其他体系相结合，才能实现对结构水平位移的有效支撑。一般情况下，此种体系结构多应用于多层轻钢建筑当中，比如商业购物中心、办公大楼等。

其次，在支撑体系方面，需要最大限度的加强轻型钢结构当中的侧向刚度，从而对水平风荷载和地震作用实现有效的抵抗。因此，在设计支撑体系时，一般都会利用垂直支撑体系的方式，并且还要根据其实际情况来进行横向或者纵向的布置。在设计过程中，如果需要考虑门窗的位置，就必须从X型、单斜杆型、人字型、倒人字型、W型、倒W型、门式等形式中合理选择，以避开门窗洞口位置，同时还要保证建筑功能的正常使用。

另外，在楼盖体系方面，主要是由钢梁和楼面板组合而成。楼面进行建造的时候需要保证结构和楼面板的紧密联系，以此来实现钢梁的整体稳定性。一般情况下都需要根据实际情况来对楼板形式进行科学的选择，可以分为现浇钢筋混凝土楼板、预制轻质混凝土板、压型钢板、现浇钢筋混凝土组合楼板等。

二、轻型钢结构建筑体系的设计原则

建筑设计时，首先需要对平面设计进行确定，比如柱网的确定、交通通道布置等。建筑设计当中的结构部分是相当复杂的，因此在进行设计的时候需要对其设计的参数进行全方位的掌握。轻型钢结构的支撑是极其重要的构件，在一般情况下都可以设计成为X形，并且还要考虑到门、窗、通道等多方面的部位设计对于整体的支撑系统是否会造成影响。其次，在建筑的立面设计当中，需要充分的考虑到建筑轻型钢结构的特点，避免由于设计曲率较大的弧形墙面而破坏墙面次构件。在实际的工程建筑当中，弧形墙面的成本造价是相对较高的，并且受到各种因素的影响，其建筑效果也会存在一定程度的差异。在此种情况下，就需要根据建筑场地的实际情况来进行墙梁等相关部位的设计。

在建筑结构的设计过程中，需要对结构体系的完整性进行全方位的考虑，并且还要对外界因素影响下产生的荷载力进行传播。比如在工业厂房和商业建筑的设计时，需要对整体的功能进行全方位的了解，对结构中容易遭到破坏的方面采取有效的措施，最终实现建筑体系的整体稳定性。

三、实例应用

1、多层轻型钢结构厂房的设计工程概况

该工程为多层轻型钢结构厂房，总建筑面积达10782.0m2，平面呈矩形,总长为84.0m，宽27.9m。在该结构当中，主体结构为4层，局部结构为6层。主结构采用钢框架体系设计，梁柱截面选用焊接H型钢。屋面主要利用薄壁型钢C型檩条和双层保温彩钢板进行设计，外墙面主要采用外挂夹芯板的方式进行设计，内墙采用轻钢龙骨石青板轻质隔墙进行设计。

2、结构计算

在本工程的结构当中，第一层的高度为6.9m，第二层到第四层的高度分别是6m，6m，5.1m，采用钢框架的结构形式进行设计，实现柱和基础之间的刚性连接，楼面主要采用压型钢板组合楼盖的方式进行设计，结构图如图1所示

3、设计分析计算

在进行分析计算时，需要对建筑结构中的原材料进行计算，其中可以分为H型焊接钢梁、钢柱:Q345B,其它钢构件:Q235B、F钢，钢筋采用基础II级的钢筋进行设计和施工，并且采用C20的混凝土进行设计和施工。

对荷载能力的分析计算，可以分为多个方面，包括永久荷载、楼(屋)面活荷载、风荷载和地震作用。其中在永久荷载当中，还包括楼板自重和梁柱的自重(梁柱自重由结构分析程序自动生成)；并且该工程施工现场的基本风压为0.30kN/m2。计算过程中，需要将本工程中的框架附属结构进行简单的处理，再经过框架柱和基础的连接后，就可以实现刚性连接的效果。

4、计算方法

在进行计算的时候，需要利用有限元的分析软件，从而对其中存在的结构分析和前后处理功能进行充分的利用，在多种数据的交互和共享当中，实现数值的有效计算和设计研究，最终对该工程中结构的刚度和强度以及自振周期进行计算。

结语：综上所述，轻型钢结构体系的应用，可以在很大程度上降低原材料的用量，最终对施工生产企业的生产成本提供一个相当有利的条件。与此同时，在应用轻型钢结构的过程中，可以实现综合经济效益的最大化，对于市场的开拓发展也是有着一个相当良好的影响。因此，在今后的研究发展中，需要对轻型钢结构的生产应用做出全方位的了解，最终达到在提高建筑工程质量的同时，还可以最大限度的起到节约生产成本的效果。

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