淺談輕鋼結(jié)構(gòu)

1、1. 輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)一般分為普通鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)，它們之間并無明顯的界限。其計(jì)算規(guī)則都是一樣的。所謂輕鋼結(jié)構(gòu)，一般是結(jié)構(gòu)荷載較小，結(jié)構(gòu)桿件也較小，構(gòu)件壁厚較薄的一類結(jié)構(gòu)，一般采用門式鋼架、屋架和網(wǎng)架為主要承重結(jié)構(gòu)。正因?yàn)檩p鋼結(jié)構(gòu)上作用的荷載較小，所以，使得結(jié)構(gòu)效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)力一般較小，這就使得結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度往往不成問題，而由于構(gòu)件斷面較小，截面慣性距較小，使得結(jié)構(gòu)的剛度也隨著減小，結(jié)構(gòu)的整體和局部穩(wěn)定成為在設(shè)計(jì)中必須引起重視的主要問題。這就是輕鋼結(jié)構(gòu)自己的特點(diǎn)。了解了這個特點(diǎn)，我們就可以采取相應(yīng)的措施，比如可以采用增加支撐和拉條，以滿足桿件的長細(xì)比要求，增設(shè)加勁肋以滿足構(gòu)件的局部穩(wěn)定等。2.x

2、x 架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)下面講一下我們常見的門式剛架結(jié)構(gòu)。門式剛架輕型房屋，其結(jié)構(gòu)一般由主骨架和支撐系統(tǒng)構(gòu)成，主骨架包括： 1）主受力構(gòu)件門式剛架； 2）墻架；3）檁條等；支撐系統(tǒng)包括：1）剛架柱之間的垂直支承；2）剛架梁之間的水平支撐； 3）剛性系桿、拉條；4）隅撐等；從以上的構(gòu)成可以看出，支撐系統(tǒng)占有很大的比例，這也是輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。門式剛架房屋上作用的荷載一般有：豎向荷載（結(jié)構(gòu)自重，雪荷載，積灰荷載，）和水平荷載（風(fēng)荷載，吊車剎車力） ,還有地震荷載（水平和豎向）。由于輕鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，所以對地震的反應(yīng)也較輕，這一點(diǎn)對抗震非常有利。 3. 門式剛架各構(gòu)件的作用門式剛架，建筑物上的各種荷載主要由它

3、承擔(dān)并將其傳給基礎(chǔ)，剛架與基礎(chǔ)的連接有剛接和鉸接兩種形式，一般宜采用鉸接，當(dāng)水平荷載較大，房屋高度較高或剛度要求較高時，也可采用剛接。剛架柱與斜梁為剛接。剛架的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度較大而平面外剛度很小，這就決定了它在水平荷載作用時，可承擔(dān)平行與剛架平面的荷載，而對于垂直剛架平面的荷載卻無能為力。墻架，主要承擔(dān)墻體自重和作用于墻上的水平荷載（風(fēng)荷載），并將其間接傳給主體結(jié)構(gòu)。楝條，承擔(dān)屋面荷載，并將其傳給剛架。楝條還通過螺栓與每根剛架連接起來，與墻架梁一起與剛架形成空間結(jié)構(gòu)。由于檁條和墻架梁之間都是由螺栓連接的，連接點(diǎn)近似于鉸接，又由于檁條和墻架梁的長細(xì)比都較大，在平行于房屋縱向荷載的作用下，其傳力

4、剛度有限，所以有必要在屋面的各剛架之間設(shè)置一定數(shù)量的剛性系桿。我們剛才說了，剛架平面外的剛度很小，這樣，我們必須設(shè)置剛架柱之間的柱間支撐和剛架梁之間的水平支撐，使其形成具有足夠剛度的結(jié)構(gòu)；由于檁條和墻架的平面外剛度小，所以，有必要設(shè)置拉條（增加支撐），以減小在這個方向的長細(xì)比；對于剛架斜梁，一般是上翼緣受壓，下翼緣受拉，上弦由于檁條相連，一般不會出現(xiàn)失穩(wěn)，但當(dāng)屋面風(fēng)荷載吸力作用時斜梁下翼緣有可能變號受壓從而 失穩(wěn)，因此，設(shè)置隅撐就十分必要了。另外門式剛架與基礎(chǔ)是通過地腳螺栓連接的，當(dāng)水平荷載作用形成的剪力較大時螺栓就要承擔(dān)這些剪力，我們一般不希望螺栓來承擔(dān)這部分剪力，在設(shè)計(jì)時我們也沒考慮它的作

5、用，而是設(shè)置剛架柱腳與基礎(chǔ)之間的剪力鍵來承擔(dān)這 部分剪力。4 .判斷結(jié)構(gòu)是否適合用輕鋼結(jié)構(gòu)是否為輕鋼，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)承受荷載的大小，以及結(jié)構(gòu)類型來定的。 1、 樓、屋面結(jié)構(gòu)體系：如果是鋼筋混凝土樓、屋面板，荷載較大就不能用輕鋼結(jié)構(gòu)；5 、吊車荷載：如果有較大噸位的吊車就不符合輕鋼結(jié)構(gòu)的要求；3 、結(jié)構(gòu)體系：要是建筑物為多層，或是比較高的單層結(jié)構(gòu)也不宜按輕鋼設(shè)計(jì)。6 .判斷結(jié)構(gòu)是否適合用輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS10：2 2002 的適用范圍適用于主要承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或僅有起重量不大于20t的中、輕級工作制橋式吊車或3t?懸掛

6、式起重機(jī)的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)。7 .鋼材的分類1 、按建筑用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼（普通及優(yōu)質(zhì)）、焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼）、高耐候性結(jié)構(gòu)鋼、橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。2、按化學(xué)成分的碳及合金元素分類碳素鋼：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼合金鋼：低合金鋼、中合金鋼及高合金鋼3、按化學(xué)成分的硫及磷含量分類普通鋼：SW 0.05% PW 0.045%;優(yōu)質(zhì)鋼：S< 0.045% PW 0.04%;高級優(yōu)質(zhì)鋼：S< 0.035% PW 0.03%4、按煉鋼爐爐種分類平爐鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼及電爐鋼。5、按澆注時脫氧程度及方法分類沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼。7.Q235及Q345鋼的質(zhì)量等級和保證項(xiàng)目

7、Q235鋼的質(zhì)量等級分為A、B、C、D四級。1 、 Q235A 鋼號的力學(xué)性能保證項(xiàng)目：屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度及伸長率三項(xiàng)。2、Q235的B、C、D級鋼的力學(xué)性能保證項(xiàng)目：有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性、冷彎性能五項(xiàng)，其中沖擊韌性的試驗(yàn)溫度，對B、C、D級鋼分別為200c 00C級200C,D級試驗(yàn)溫度屬負(fù)溫 試驗(yàn)。Q345鋼的質(zhì)量等級分為A、 B、C、D、E五級。1 、 Q345A 鋼的力學(xué)保證項(xiàng)目：屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長率和冷彎性能四項(xiàng)。2、Q345的B、C、D、E級鋼的保證項(xiàng)目：有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性及冷彎性能五項(xiàng)，其中沖擊韌性的試驗(yàn)溫度，對B、C、D、E級鋼分別為200c

8、 200C級400CQ E級試驗(yàn)溫度屬負(fù)溫試驗(yàn)。8.材料用于承重的冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼和鋼板,?應(yīng)采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T 700規(guī)定的Q235和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T 1591規(guī)定 的Q345鋼。門式剛架、吊車梁和焊接的楝條、墻梁等構(gòu)件宜采用Q235B級或Q345A及以上等級的鋼。非焊接的檁條和墻梁等構(gòu)件可采用 Q235A 鋼。門式剛架輕型房屋的檁條和墻梁宜采用本規(guī)程附錄 B 規(guī)定的卷邊Z 形冷彎型鋼或附錄C規(guī)定的卷邊梢形冷彎型鋼。9 .優(yōu)化目標(biāo)在進(jìn)行輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，使結(jié)構(gòu)的用鋼量最省、造價最低。這也就是我們采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化目標(biāo)。而在實(shí)際設(shè)

9、計(jì)中，輕鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量和造價又是由結(jié)構(gòu)桿件的截面尺寸決定的。因此,我們的優(yōu)化目標(biāo)可以直接簡化為如何選擇經(jīng)濟(jì)合理的截面尺寸，使其在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等要求的前提下，截面面積最小。10 .優(yōu)化方法與網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法相似，門式剛架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法也采用漸近滿應(yīng)力法，即門式剛架結(jié)構(gòu)桿件通過多次計(jì)算分析選擇修改其截面尺寸，使其達(dá)到或盡量接近滿應(yīng)力狀態(tài)，直到門式剛架結(jié)構(gòu)的全部桿件的截面尺寸不需修改為止，使門式剛架結(jié)構(gòu)的用鋼量最小，以達(dá)到造價最低的優(yōu)化目標(biāo)。構(gòu)件截面尺寸的修改，也就是截面尺寸的優(yōu)化，其方法是選取的截面尺寸力求其在平面、出平面兩個方向的截面抗彎抵抗力矩最大，而其截面面積最小，即在外荷載作

10、用下，截面尺寸的選擇既要能滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定驗(yàn)算中構(gòu)件材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，又要使材料用量最省。11 .檁條的設(shè)計(jì)檁條的形式及特點(diǎn)1 、實(shí)腹式檁條：槽鋼檁條、高頻焊接輕型H 鋼檁條、卷邊槽形冷彎薄壁型鋼檁條、卷邊Z 形冷彎薄壁型鋼檁條。2、空腹式檁條：由角鋼的上下弦和綴板焊接組成。3、格構(gòu)式檁條：平面桁架式、空間桁架式、下?lián)问綑_條。2 、截面高度實(shí)腹式楝條的截面高度H, 一般取跨度的；桁架式楝條的截面高度H, 一般取跨度的。2、截面寬度實(shí)腹式楝條的截面寬度B,由截面高度H所選的型鋼規(guī)格確定，空間桁架 式楝條上弦的總寬度B,取截面總高度的檁條荷載3 、 xx 荷載屋面材料重量、支撐及檁條結(jié)構(gòu)自重2、活

11、荷載屋面均布活荷載、雪荷載、積灰荷載和風(fēng)荷載，當(dāng)采用壓型鋼板輕型屋面時，屋面豎向均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值（按水平投影面積計(jì)算）應(yīng)取0.50KN/m2。檁條的布置、連接與構(gòu)造檁條在屋架（剛架）上的布置和擱置1 、為使屋架上弦桿不產(chǎn)生彎距，檁條宜位于屋架上弦節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)采用內(nèi)天溝時，邊檁應(yīng)盡量靠近天溝。2、實(shí)腹式檁條的截面均宜垂直于屋面坡面，對槽鋼和Z 型鋼檁條，宜將上翼緣肢尖（或卷邊）朝向屋脊方向，以減小屋面荷載偏心而引起的扭距。3、桁架式檁條的上弦桿宜垂直于屋架上弦桿，而腹桿和下弦桿宜垂直于地面。4、脊檁方案：一般應(yīng)采用雙檁方案，屋脊檁條可采用槽鋼、角鋼或圓鋼相連。檁條與屋面的連接檁條與屋面應(yīng)可靠連接

12、，以保證屋面能起阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)的作用，這對一般不需要驗(yàn)算整體穩(wěn)定性的實(shí)腹式檁條尤為重要。檁條與壓型鋼板屋面的連接，宜采用帶橡膠墊圈的自攻螺釘。檁條與剛架的連接檁條端部與剛架的連接應(yīng)能阻止檁條端部截面的扭轉(zhuǎn)，以增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性。1 、實(shí)腹式檁條與剛架的連接處可設(shè)置角鋼檁托，以防止檁條在支座處的扭轉(zhuǎn)變形和傾覆。檁條端部與檁托的連接螺栓應(yīng)不少于 2 個，并沿檁條高度方向設(shè)置。螺栓直徑根據(jù)楝條的截面大小，取 M12M16。2、桁架式檁條一般用螺栓直接與屋架上弦連接檁條的拉條和撐竿1 、拉條的設(shè)置：檁條的拉條設(shè)置與是否主要和檁條的側(cè)向剛度有關(guān)，對于側(cè)向剛度較大的輕型H 型鋼鋼和空間桁架式檁條一般

13、可不設(shè)拉條。對于側(cè)向剛度較差的實(shí)腹時和平面桁架式檁條，為了減小檁條在安裝和使用階段的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，保證其整體穩(wěn)定性，一般需在檁條間設(shè)置拉條，作為側(cè)向支撐點(diǎn)。當(dāng)楝條跨度W4m<,可按計(jì)算要求確定是否需要設(shè)置拉條；當(dāng)屋面坡度 i>,楝 條跨度>4時，宜在楝條的跨中位置設(shè)置一道拉條；當(dāng)跨度> 6m時，宜在楝條 跨度三分點(diǎn)處各設(shè)一道拉條或撐竿，在檐口處還應(yīng)設(shè)置斜拉條和撐竿。拉條的直徑為812mm,根據(jù)荷載和楝距大小取用。2、撐竿的設(shè)置檁條撐竿的作用主要是限制檐檁和天窗缺口處邊檁向上或向下兩個方向的側(cè)向彎曲。撐竿的長細(xì)比按壓桿要求 入w 220可采用鋼管、方管或角鋼做成。目前也

14、有采用鋼管內(nèi)設(shè)拉條的做法，它的構(gòu)造簡單。撐竿處應(yīng)同時設(shè)置斜拉條。3、拉條和撐竿的連接斜拉條與檁條腹板的連接處一般應(yīng)予彎折，彎折的直段長度不宜過大，以免受力后發(fā)生局部彎曲。斜拉條彎折點(diǎn)距腹板邊距宜為1015mm,如條件許可，斜拉條可不彎折，而采用斜墊板或角鋼連接。12 .屋面支撐與柱間支撐的大小如何定13 、支撐的作用主要是保證結(jié)構(gòu)體系成為空間體系，有足夠的空間剛度，2、支撐所受力主要是風(fēng)載和地震作用，溫度作用；3、計(jì)算支撐內(nèi)力時一般假定節(jié)點(diǎn)為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮，所以，一般適宜雙向布置。1 . 屋面支撐屋面支撐受力較小，桿件截面通?？砂慈菰S長細(xì)比來選擇。交叉斜桿

15、和柔性細(xì)桿按拉桿設(shè)計(jì)，可采用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿以及剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)，可采用雙角鋼組成十字形或 T 形截面。當(dāng)屋架跨度較大、房屋較高且基本風(fēng)壓也較大時，桿件截面應(yīng)按桁架體系計(jì)算出的內(nèi)力確定。計(jì)算支撐桿件內(nèi)力時，可假定在水平荷載作用下，交叉斜 桿中的壓桿退出工作，僅由拉桿受力。2 .柱間支撐對廠房來說：分為上層支撐和下層支撐上層支撐計(jì)算時，為避免由于支撐剛度過大而引起較大的溫度應(yīng)力，支撐腹桿按柔性拉桿計(jì)算。交叉體系的下層支撐當(dāng)?shù)踯囕^小時一般用圓鋼，較大時通常采用角鋼或槽鋼。交叉斜桿常按拉桿設(shè)計(jì)，但為了提高廠房的縱向剛度， 當(dāng)?shù)踯囕^大時，應(yīng)按壓桿設(shè)計(jì)。13 .隅撐的作用與設(shè)置隅撐的作用

16、主要是阻止梁的下翼緣及柱的內(nèi)側(cè)翼緣失穩(wěn)。并在設(shè)計(jì)計(jì)算中 作為減少梁柱的平面外計(jì)算長度的最不利側(cè)向支撐間的最大間距。隅撐之所以要設(shè)，是因?yàn)閯偧苄绷旱氖芰Φ淖兓?。在恒荷載和活荷載等荷載組合作用下，一般的梁受力是上翼緣受壓，下翼緣受拉，這樣檁條與鋼梁的有效連接為梁上翼緣的穩(wěn)定提供了可靠的支撐。所 以一般情況下梁的平面外計(jì)算長度取兩倍的檁條間距。上翼緣的穩(wěn)定可以保 證。但是在受到風(fēng)吸力荷載作用時時，下翼緣受壓，上翼緣受拉，這樣下翼緣的穩(wěn)定性沒有可靠的平面外支撐，因此在梁的下翼緣上加設(shè)隅撐給鋼梁的下翼緣提供支撐。隅撐一邊與梁的下翼緣連接，一邊與檁條連接。隅撐的做法可以 詳見門式剛架的規(guī)范。14 .隅撐的作用與設(shè)置門剛6.1.6.4 條規(guī)定，當(dāng)實(shí)腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側(cè)面布置隅撐作為斜梁的側(cè)向支撐，隅撐的另一端連接在檁條上。門剛6.4.4.3條規(guī)定，當(dāng)外側(cè)設(shè)有壓型鋼板的實(shí)腹式剛架柱的內(nèi)側(cè)翼緣受壓時，可沿內(nèi)側(cè)翼緣設(shè)置成對的隅撐，作為柱的側(cè)向支承。隅撐應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)15 .隅撐的作用與設(shè)置研究表明，門式剛架的破壞和倒塌在很多情況下是由受壓最大的翼緣屈曲引起的，而斜梁下翼緣與剛架柱的相交處壓應(yīng)力最大，是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。本規(guī)程規(guī)定