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摘要：随着经济不断发展，轻钢结构的使用越来越普遍，并且已经积累了一定的结构设计经验，这让我国结构型式具有更大的选择性与创新性。本文从建筑结构的角度出发，针对轻钢结构的基本理论，对轻型门式钢架结构设计过程中遇到的几点问题进行探讨与思考，对于轻钢结构更好地设计及创新，具有一定的借鉴价值。
关键词：轻钢结构设计；常见问题；分析
1 建筑结构中轻钢结构的主要特点
1.1节能环保且经济效益好
轻钢结构综合经济效益好，施工速度快，工期短，可大大降低施工成本，提前投入使用，具有较好的投资价值。如果采用彩色压缩钢不仅可以获得经济效益，而且还可以改善周围的生态环境。轻钢结构本身重量轻，也节省了建筑工程的整体投资，具有较好的耐久性和耐久性。就我国轻钢市场而言，轻钢结构的成本远低于钢筋混凝土结构。
1.2工期短，造价低
由于轻钢结构的工业建筑建设施工所需的构件均在工程制作和拼接安装，所以小规模的工业厂房一般1到2个月就能完成，但是采取钢混结构就需要花费0.5到1年，因此工期只是普通工程的1/6，正是由于工期较短，所以造价就会降低，虽然结构面积小，但是能增加使用面积。由于轻钢结构的工业建筑在含钢量方面远远低于钢混结构的含钢量，一般低于10%到20%之间，这就会降低10%到30%的造价。例如24米到48米为一跨的工业厂房和仓库，若不设置吊车，那么每平方的含钢量只有40到50千克，而所设置的吊车为五吨以下的吊车梁时，那么其每平方的含钢量也只有50到60千克，一旦投资决策完成，就能在短期内将其使用，不仅能在最短的时间内取得投资效益，而且还能降低企业的资金压力。
2刚度及稳定设计
2.1 刚度设计
有重级及多层框架的工作厂房的变形监控，《钢结构设计规范》中做了具体的要求。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》对普通单层结构做出了明确的规定。
适用性问题是结构变形所涵盖的问题，相对于安全性其考虑的并不深。笔者认为，单层钢结构厂房的变形在设计是可以放宽标准，变形控制的建筑中，放宽变形容许条件可以降低经济成本。通过比较已经建成的轻钢结构厂房，在檐口的高度小于9m的单层厂房，强度条件是唯一考虑的因素，刚度变形不在考虑范围。这种做法同美国标准一致。
2.2 稳定设计
在设计时，屋面梁柱外翼缘和上翼缘由檩条约束，但是轻钢结构屋面相对质量轻，内力的方向容易被风载荷改变，由此柱内翼缘和梁下翼缘都有受到压力的可能，此时，可通过设置隅撑来解决，下翼缘的整体稳定有隅撑连接下翼缘与檩条，行成侧向约束解决。
设计采用Z型和C型檩条时，搭接连续性檩条，此时的连续梁的计算模式相对简支梁为模式效果更好一些。此时简支梁模式相对连续梁模式刚度小，稳定性也不如连续梁。美国钢结构图纸和技术中，他们的连续梁中反弯点之间的长度作为计算稳定的自由长度。此种方法比我国采用的自由长度小，稳定性也相对较好。
2.3保温隔热
钢材具有非常好的导热性能，其导热系数达到50W／（m°C），对于钢结构建筑，如果保温做法处理的不当，势必会造成大量能源浪费。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过市场调研，目前常用的钢结构屋面保温做法有两种：
双层彩色压型钢板内夹保温棉，这种做法较为常用，造价相对低廉。但是对于屋面单坡较长，地区温差较大的厂房，彩钢板经热胀冷缩会产生过大的变形，因此极易造成屋面板自攻螺钉松动，孔洞增大，脱胶、板变形、局部积水、搭缝处水倒流等一系列的问题，很难解决。
复合柔性钢屋面系统，此种做法从里至外分别由屋面彩钢板内板、隔汽层、保温层及卷材防水层组成。由于最外层铺设柔性卷材，整个屋面形成一个密闭系统，因此缓解了温差对钢板的影响。但因此种做法造价较高，因此还未被广泛采用。
3轻钢结构设计的几点问题
3.1风荷载体型系数取值
对于风荷载体型系数取值的问题，可以参照的规范存在有两类，一类是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》，另一类是《建筑结构荷载规范》，这两种规范在实际中具有不同的适用性。门式钢架技术规范中设计到的风荷载体型系数主要适合范围为低矮的房屋建筑，其主要特征是梁上的风荷载敏感性较大，这个方面主要是从美国金属房屋制造的《低层房屋体系手册》中借鉴的。而结构荷载规范中涉及的风荷载体型系数则是对于高而窄的建筑结构而言的，这种体型中柱的风荷载敏感性较大。具体而言在实际的轻钢结构设计中按照哪种规范进行相关体型系数的选取，则需要依据实际情况而定。当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《建筑结构荷载规范》选用；当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》选用。
3.2计算风荷载体型系数取值问题
到底按哪个规范取值，首先须知道两本规范体型系数是怎么来的。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）的风荷载体型系数是针对低矮房屋的，特点是梁的风荷载敏感性大，借鉴了美国金属房屋制造商协会MBMA《低层房屋体系手册》，这些系数来源于加拿大风洞试验室做得试验，是比较详尽的，而且在MBMA中有檐高18m的算例。而《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中的体型系数针对的是较高而窄的体型，这种体型柱的风荷载敏感性更大。按哪本规范的体形系数取，在设计时应进行进行判别。判别可参考中国有色工程设计研究总院魏利金编著的《建筑结构设计常遇问题及对策》一书中提供的方法：
当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）选用。
当跨高比L/H不大于4时，门式钢架结构的计算应按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）选用。
3.3经济方面的问题
轻钢结构工业建筑经济的控制，最根本的在于建筑方案的优化设计。应根据企业的要求和生产的特点在包括项目的选址、总图位置的规划、单体规模的控制、建筑耐久年限和耐火等级的确定、防火分区的划分、建筑造型设计和建筑材料的选择等方面狠下工夫。除了结构上多方案比较得出最优的断面和柱距外，应结合建筑保温隔热、美观等要求选择强度高的夹心板，适当增大檩距减少用钢量；配合建筑、水、电、暖通、工艺等专业的要求适当增加吊挂荷载，有利于降低用钢量。
3.4柱脚刚接铰接选用问题
柱脚按其与基础的连接方式不同，分为铰接和刚接两种。前者主要承受轴力，后者用于承受轴力和弯矩。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）规定：“门式刚架宜采用平板式铰接柱脚，也可采用刚接柱脚。”工程设计时由于铰接柱脚构造简单，施工方便，无吊车时候会优先选用铰接柱脚，门式钢架如果有吊车，钢柱横向荷载偏大，如柱脚采用铰接，柱顶位移、应力较大，为控制柱顶位移和应力要增大梁柱断面，增加用钢量，如果柱脚设计成刚接截面，柱子的计算长度系数是铰接情况下的0.8倍左右，柱顶位移和柱子应力小很多。笔者认为柱脚设计成铰接还是刚接，不光看有无吊车还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较大而风荷载也较大，即使无吊车，也建议设计成钢接，以控制位移并节省材料。
结语
综上所述，在工业事业不断发展的今天，工业建筑的建设规模已经远超以往任何时代，而且轻钢结构的工业建筑正在替代传统的钢混建筑。这主要得益于我国在这方面的大力投资和快速发展的工业市场所推进的，作为设计人员，必须切实在设计过程中掌握轻钢结构特点，并结合特点，切实加强对其的设计，认真分析和总结在设计过程中可能遇到的问题，尤其是安全和经济方面的问题，才能更好地确保整个轻钢结构工业建筑的设计水平，从而更好地确保工程质量得到提升和优化，并为此而不懈的努力。
参考文献：
[1]门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB51022-2015.北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2]钢结构设计规范 GB 50017-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.
论文作者:张硕
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月上
论文发表时间:2018/9/7
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