广州钢结构：探讨轻型钢结构房屋设计问题

    随着建筑轻钢结构技术的迅速发展和机械化程度的日益提高，轻型金属板材及其配套的门式刚架等系列轻型轻钢结构已得到了较为广泛的应用。与此同时，建筑钢材、连接技术及加工、安装技术也进一步达到了系列配套的要求。然而，当今轻钢结构专业队伍素质良莠不齐，时有“家庭作坊”式的轻钢结构队伍充斥其中，对一般轻钢结构加工及安装知识了解甚少，致使在一些工程中发生工程质量隐患和质量事故。加强轻钢结构专业队伍素质的提高，已成为一项紧迫的任务。
　　1、荷载
　　一般情况下，单层轻型轻钢结构的风荷载体型系数按《门式刚架轻型房屋轻钢结构技术规程》(ECS102：2002)取用被认为是安全的，对于对风荷载较为敏感且有吊车的建筑应引起高度的重视。比较《门式刚架轻型房屋轻钢结构技术规程》(ECS102：2002)和《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)两本规范计算所得风荷载效应，不能简单从两本规范的体型系数上进行比较，应将两者的弯矩组合设计值进行比较，选择比较合理的结果作为刚架截面设计的依据。对于檐口、雨篷和屋面局部凸出部分的风荷载的取值应按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)第7.3.3的取值来验算。设计中恒荷载应按实际情况进行取值，不能偏小，也不应任意加大。恒荷载偏小引起结构不安全，这是大家都知道的，故一般情况下极少出现这种情况。而任意加大恒荷载同样会引起结构的不安全，在风荷载参与组合的情况下，由于风荷载的作用方向一般与屋面荷载作用方向相反在风荷载工况下框架梁常出现上部翼缘受拉、下翼缘受压的情况，不按实际情况任意加大恒荷载反而会偏于不安全。
　　2、屋面板及檩条设计
　　屋面板和檩条的设计，现在通常是檩条等间距布置，檩条对屋面板是等跨支座，例如跨度15 m以上的刚架多为双坡，每坡屋面板在7.5 m以上。根据檩条布置，屋面板多按5跨等跨连续梁设计，其结果是屋面板端跨的跨中弯矩比中跨的跨中弯矩大很多，按端跨跨中弯矩选用屋面板，则中跨屋面板不能充分发挥作用。对檩条的线荷载又以屋面板的第二支座反力为依据，第二支座反力是5跨连续板中反力最大的支座，以此反力设计檩条，此时只有屋面板第二支座的檩条能充分发挥作用，中跨支座檩条承载力富裕很多，不能充分发挥作用。
　　为此建议檩条采用不等跨布置，檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大使屋面板的端跨弯矩和中间跨弯矩比较接近，或由于檩条不等跨布置使屋面板支座反力比较接近，这样能充分发挥屋面系统的材料性能，降低单位用钢量，降低造价。一般工程的屋面系统用钢量占总用钢量的比例较大，所以这样处理效果较好。檩条采用不等跨布置，相应的檩托布置不等距，檩条拉杆长度也会不等，只要认真施工，是可以满足设计要求的。
　　3、柱间支撑设计
　　关于柱间支撑的设置，一些轻型轻钢结构厂房中的柱间支撑多为角钢剪刀撑，每一肢均同时满足受压和受拉的长细比要求，因此设计的柱间支撑截面较大。轻型轻钢结构厂房的墙体围护结构多为压型钢板加保温材料，对厂房的柱顶位移限值放得很宽，并且吊车吨位不超过20 t，纵向水平刹车力也较小，尽管还有风载，个别地区还有地震作用，设剪刀式钢筋拉杆代替角钢剪刀撑，剪刀式钢筋拉杆，只承受拉力，不考虑承受压力。钢筋直径由纵向水平力之和设计确定，但要求必须设法将钢筋拉紧，真正能够传递纵向水平力。至于在一个结构单元中设几道剪刀式钢筋拉杆，由纵向水平力及钢筋直径确定，这样给制作和安装带来很大方便。
　　4、高强度螺栓的选择
　　轻轻钢结构采用高强度螺栓，不少工程技术人员的概念中，一提及高强度螺栓就是摩擦型、承压型。在轻钢结构梁柱连接中，如楼面屋面荷载较大使螺栓连接处受剪切力较大时，利用摩擦型、承压型高强度螺栓连接面处的摩阻力承受节点处的剪切力是有效的办法。但在轻钢门式刚架厂房中。由于屋面较轻，梁、柱连接处剪切力较小，其跨中的节点剪力往往更小，螺栓主要承受梁截面受弯时在螺栓轴向产生的拉力，而剪力往往较小。
　　5、主钢构材质的选择
　　关于轻型刚架材质问题，在建设单位的招标文件上，经常见到要求刚架材质为Q345，而且这种要求高强度材料的标书也越来越多，建设单位认为材质的设计强度越高就越省钢材，就会降低工程造价。这种认识有局限性，不是普遍规律。因为刚架的结构设计，不仅要进行强度设计，还要进行刚度设计及稳定性设计，而影响设计的因素也较复杂，例如跨度、高度、地震烈度、风载、静载、是否有吊车、吊车吨位等，所以材料强度越高就越省钢，这种认识是不全面的。
　　6、结语
　　要做好轻型轻钢结构房屋的设计工作，必须从概念设计、结构计算、构造措施等各方面考虑，做到方案正确、模型合理、措施得当，以保证结构的安全性和经济性。以上仅为设计中的几点体会，愿起到抛砖引玉的作用，从大局着眼，从细处入手，把轻型轻钢结构设计做得更合理。

    了解更多信息详情请资讯：广州宏威钢结构 广州网架