浅谈轻钢结构的特点，建筑设计及施工中常见问题
关键词：轻钢结构；结构特点；建筑设计；质量控制
轻刚结构在我国已进入快速发展时期，已在工业建筑中得到广泛的应用，轻钢住宅已成为轻钢结构应用的新领域和新的增长点，但与国外的发展水平相比，无论在建筑设计、结构设计，还是在制作安装技术方面，都还存在一定的差距。以下针对轻钢结构的特点和设计施工中的一些问题进行探讨。
1.轻钢结构的特点
所谓轻钢结构通常是指由钢材所构成的结构：冷弯薄壁型钢结构；热轧轻钢结构；焊接或高频焊接轻钢结构；轻型钢管结构；板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。
轻钢结构的主要优点是轻便、精确，成型方便、快速，便于工业化生产、运输，施工和安装均较方便，可大量使用非专业人员，工期短、造价低。用材上与通常热轧型钢截面相比，在同样截面积下，薄壁型钢截面具有较大的回转半径和惯性矩，用作受弯和受压构件时，可提高构件的承载能力和刚度，可节约钢材。轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，比混凝土结构至少缩短一半工期。由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；因为建筑物本身的自重轻，可以节省基础投资；由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后，使保温、隔热和隔章等效果良好。轻钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。
2.轻钢结构的建筑设计
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9m～36m,高度在4.5m～9m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6m～12m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。
轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构，其基本计算理论和后者基本相同。这里着重强调两点：1）对厚度为17～40mm的Q235钢的设计指标比现行GBJ17-88《钢结构设计规范》中的规定值提高5Mpa，焊缝强度也作了相应调整；2）考虑了技术进步因素，将主要受力构件的壁厚调小了，即在现行GBJ18-97《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的主要受力构件的壁厚不小于2mm调整为不小1.5mm，框架梁柱构件不小于3mm。
轻钢结构允许采用塑性设计，但仅适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结构。采用塑性设计的结构或构件，按承载能力极限状态设计时，应采用荷载的设计值，考虑构件截面内塑性的发展及由此引起的内力重分布，用考虑P-△效应的塑性铰理论或简单的塑性铰理论进行内力分析。按塑性设计时，钢材和连接的强度设计值应按规程的有关条款规定的数值乘以折减系数0.9。塑性设计截面板件的宽厚比也应符合有关规定。
3.轻钢结构施工中常见问题
3.1柱脚的制作安装
1）预埋地脚螺栓与混凝土短柱边距离过近。在预埋螺栓时,钢柱侧边螺栓不能过于靠边,应与柱边留有足够的距离。
2）往往容易遗忘抗剪槽的留设和抗剪件的设置。柱脚锚栓按承受拉力设计,计算时不考虑锚栓承受水平力。
3）柱脚底板与混凝土柱间空隙过小,使得灌浆料难以填入或填实。一般二次灌料空隙为50mm。
4）若工程地脚螺栓位置不准确,为了方便刚架吊装就位,应该在现场对底板进行二次打孔。
3.2梁、柱连接与安装
1）多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计,而实际工程却把中柱与斜梁焊死,致使实际构造与设计计算简图不符,造成工程事故。所以,安装要严格按照设计图纸施作;
2）翼缘板与加厚或加宽连接板对接焊缝时,未按要求做成倾斜度的过渡。
3）端板连接面制作粗燥,切割不平整,或与梁柱翼缘板焊接时控制不当,使端板翘曲变形,造成端板间接触面不吻合,连接螺栓不得力,从而满足不了该节点抗弯受拉、抗剪等结构性能。
4)拼接接头时,翼缘板和腹板的接头一定要按规定错开，不要把拼接接头放在同一截面上，以免造成工程隐患。
5)刚架梁柱构件受集中荷载处未设置对应的加劲肋,容易造成结构构件局部受压失稳。
6)连接高强螺栓不符合相关规定。高强螺栓拧紧分初拧、终拧,对大型节点还应增加复拧。拧紧应在同一天完成,切勿遗忘终拧。在结构安装完成后,应对所有的连接螺栓逐一检查,以防漏拧或松动。
7)必须按照设计要求的连接面抗滑移系数去处理高强螺栓在连接处构件接触面，使得抗滑移系数满足该节点处抗剪要求。
8)应设计有针对性的吊装方案,吊装刚架时,采用临时措施保证刚架的侧向稳定,避免造成刚架安装倒塌事故。
3.3檩条、支撑等构件的制作安装
1）为了安装方便,随意增大、加长檩条或檩托板的螺栓孔径。若檩条或檩托
板孔径过大过长,隅撑就失去了应有的作用。
2）隅撑角钢与钢梁的腹板直接连接,当刚架受侧向力时,使腹板在该处局部受到侧向水平力作用,容易导致钢梁局部侧向失稳。
3）有的工程采用电镀檩条,造成工程尚未完工,檩条早已生锈。檩条宜用热镀锌带钢压制而成,且保证一定的镀锌量。加设计范围以外的荷载。
4)取消将檩条和墙梁用钢板支托的侧向加劲肋,这将影响檩条的抗扭刚度和墙梁受力的可靠性。
5)设计檩条时,都会考虑屋面压型钢板与冷弯型钢檩条牢固连接,可以阻止檩条侧向失稳并起到整体蒙皮作用。屋面板若未按要求设置,将固定式改为浮动式,会使檩条侧向失稳。
6)刚性系杆与风拉杆构成水平支撑体系,其设置高度在同一坡度方向应保持一致，从而保持刚架的整体稳定性。
4.轻钢结构的质量控制
4.1要切实做好钢结构制作及安装单位的评价与选择工作
钢结构工程的施工要经过工厂制作和现场安装两个阶段。应实地考察制作工厂、安装现场和已建工程,收集、审核企业资质和有关证明文件,选择合格的制作单位和安装单位(包括分包单位)。
4.2严格审查承包单位提交的钢结构制作工艺及安装施工组织设计
施工组织设计是承包单位编制的指导工程施工全过程各项活动的重要综合性技术文件,认真审查施工组织设计是监理工作事前控制和主动控制的重要内容。应对施工组织设计严格审查,审批同意后才允许工程施工。
4.3要充分重视制作阶段的监理工作
要充分重视制作阶段的监理工作,要像其他类型工程的监理工作一样,切实搞好事前控制和事中控制,对各工序、各分项都要做到认真检查、及时验收。要避免那种放松工厂制作过程的监理,仅靠构件完成后进场验收的错误工作方法。
4.4安装阶段的监理
应加强现场巡视检查、平行检验和旁站监督,尤其是在目前部分钢结构施工单位素质偏低,施工仍欠规范的情况下,切实做好现场巡视和旁站,对于确保钢结构工程的施工质量,更有现实意义。
4.5关于钢结构工程的试验检测工作
钢结构工程的制作及安装施工的多项试验检测工作是一般土建工程所没有的。监理工程师必须坚持原则,态度明确,立场坚定,及时督促承包单位落实这些工作,这是确保钢结构制作与安装质量及施工进度的必要措施,也是国家现行钢结构工程施工质量验收规范规定的“主控项目”。
4.6钢结构工程的重要质量控制点
应该特别重视的主要质量控制点有：1）地脚螺栓的预埋；2）焊接工程质量控制；3）高强度螺栓连接工程；4）钢结构吊装工程；5）钢结构除锈及涂装工程；6）压型金属板工程；
结束语
多年来，中国经济保持着高速增长，国内住宅市场的增长势头持续强劲。国产钢材性能与产量为钢结构产业化提供了基本条件。在国家产业政策的推动下和房产商开发理念转变的影响下，钢结构已突破工业建筑和高层办公楼的狭小范围，成功地进入了庞大的住宅领域。轻钢结构在建筑行业中的应用势必越来越广泛，新的机遇和挑战已经来临，我们应该做好充分的准备。
参考文献
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