轻钢结构设计中的常见问题探讨

摘要：近些年来，我国经济不断的发展，综合实力也不断的增强，社会的发展为建筑行业的快速发展提供了条件。而建筑分为工业建筑和民用建筑两类，除去一些重型厂房外，轻型钢结构由于本身的高强度、重量轻、施工快和装配简单等特点，广泛的适用于各种建筑建设中。轻钢结构的优势明显，在建筑设计中能够为企业节省材料，加快施工进度，推动建筑企业的快速发展，本文通过对轻钢结构在设计过程中存在的各种问题进行剖析，分析成因并提出有效的措施，以保障施工建设的顺利进行。

关键词：轻钢结构设计；常见问题；措施

中图分类号：S611 文献标识码： A

引言

很多先进的建筑技术己经随着我国建筑业的发展被应用其中，轻钢结构作为其中的一员，因为其独有的优势特点，已经被广泛的、大规模的用于各地的建筑工程项目当中。作为绿色环保产品的他，随着首都国际机场等大项钢结构项目的建成，预示着建筑钢结构正向着低碳节能、环保抗震的方向发展。但凡事都有利弊，轻钢结构因为构件手工作业较多，所以对于材料额制作精度要求也很高，无形中加大了施工的难度，设计的过程中就需要考虑这方面的问题。

1轻型钢结构建筑的概念

最早的轻型钢建筑是以单层为主的实腹式刚架轻型钢结构金属面板建筑，后来被引进工业建筑中，主要是因为轻型钢结构建筑的重要优点―――重量轻。随着时间的推移，越来越多的厂房、车库，特别一些中小型工厂采用轻型钢结构作为其主要的结构形式，轻型钢结构建筑的应用范围也不断的扩大。结合轻型钢结构建筑在实际应用中的现状以及其自身的特点，可以说轻型钢结构建筑是指在充分运用轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、轻型热轧型钢等基础之上的一种新型的受力构件。

2轻型钢结构在工业建筑中的应用优势

轻型钢结构主要应用在不需要承受大载荷的建筑中，目前轻型钢结构已经在工业建筑设计得到了应用，这是由其本身诸多的优势性决定的，例如抗风性、抗震性、保温性、耐久性、健康性、隔音性以及环保性等等。轻型钢结构在应用中特点较为突出，其特点主要表现在三方面：

首先，轻型钢结构具有自重轻的特点。自重轻是支撑轻型钢结构得以广泛应用的重要因素。轻型钢结构之所以自重轻是因为该结构在制作中采用的是轻型焊接的H型钢，其具有较高的截面利用系数，在一定程度上可以节省钢材。

其次，轻型钢结构工业化程度高。轻型钢结构整体构造比较简单，并且在制作中所使用的材料也较为单一，因此与其他结构相比更容易实现自动化与标准化生产。不论是从生产角度来说还是从安装使用的角度来说，利用轻型钢结构所建造的建筑一般都具有较高的工业化程度，符合工业建筑要求。

最后，轻型钢结构在建筑现场施工速度快，所使用的工期较短，所以在工业建筑中应用该结构可以有效降低施工成本以及生产成本，并且轻型钢结构本身质地较强，对技术要求标准也不是很高，因此在工业建筑中应用较为便捷经济。

3轻钢钢结构的设计过程中需要注意的问题

3.1不确定性因素

在钢结构体系设计中，有许多不确定性因素会影响设计的稳定性，比如物力、几何不确定性因素，包括材料（弹性模量、屈服应力等）、杆件尺寸、截面积、残余应力和初始变形等。在确定与稳定性有关的几何量和物理量时，大多会根据以往经验分析问题，而不结合实际情况。另外，设计人员在分析钢结构时，所提的假设、数学模型、边界条件与目前的技术发展水平不相符，难以将其反映在计算中，导致理论值与实际承载力有差异等。目前，结构随机影响分析所处理的问题大多局限于确定的结构参数、随机荷载输入的格局范围内，而在实际工程中，由于参数的不确定性，会引起结构响应的明显差异。

3.2轻钢材料的选择

在建筑设计的过程中，往往会根据构建功能进行钢材的选择，不同的功能需要不同型号的钢材。比如在钢架构建筑施工过程中门式刚架、吊车梁、焊接的檩条及墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A或者是以上等级的钢材；非焊接的檩条和墙梁等构件，因为其所处位置的不同，可采用Q235A等较低强度钢材。钢材的选择除了需要考虑其位置外，还需要考虑经济性、荷载以及施工温度等。

3.3轻钢结构尺寸设计

轻钢结构的经济效益会受到结构设计的诸多因素影响，例如，跨度、柱距、檫距、结构檐口高度、屋面坡度、构件截面形式等因素。一般设计中设计人员除了考虑经济性之外，会将自己的注意力放在结构应力比的控制上，但对于前面提到的几个因素却忽略不计。所以，因此，轻钢结构再设计的时候需要考虑以下条件：根据使用要求的不同老驴其他因素，在充分考虑结构截面强度或刚度控制的条件下，在进行相应的结构设计。

3.4建筑稳定性设计

钢结构稳定性是建筑设计中很关键的问题，钢结构如果出现了失稳，会造成很大的经济损失，最重要的是影响到居住者的使用安全，给生命财产带来严重的影响，就目前钢结构建筑中，出现的事故主要原因由于设计者经验不够丰富，对于钢结构的特性不完全掌握，对于相关的设计要点没有进行反复的研宄，从而造成钢结构的失稳。

3.5网架结构设计

很多设计人员在设计钢结构中的网架结构时候，采取的是网架和下部结构分开的方式，就是先进行上部的设计计算，在进行下部结构的设计。但这样会出现一个问题，就是往往下部的刚度差别大。分开设计会导致网架上下刚度出现与实际的情况不符的现象，对于建筑整体钢结构来说是存在问题的。因此，在网架设计时，要下部结构和网架同时进行。网架内部结构决定着网架与钢结构的刚度有关系，分开设计虽然不会造成很大的问题，但是这样的设计时违背机构和受力理论的，不能因为没有出现问题，就不按照规范施工，作为设计人员，一定要严格规范设计行为，不断提升自身专业知识水平。不断去研宄探索钢结构建筑设计的稳定性，为建筑钢结构设计的不断完善做出努力。 3.6建筑围护结构设计

风力影响在钢结构建筑设计过程中最不应该被忽视。风力会影响到钢结构中的檩条，让檀条出现失稳现象。在檩条间设置拉条和撑杆可以使使钢结构稳定性不受影响。在有些建筑设计中，设置了檩条，拉条、斜拉条，但忽视了在墙面增设拉条。这样的话会给后期埋下安全隐患。所以设计人员在设计的时候，不要忽略对细节的设计，千里之血溃于蚁穴。

4有效措施

针对钢结构稳定性设计中存在的问题，在实际设计中，应找出科学、合理的解决问题的方法，尽量减少影响稳定性的因素，这样才能够降低由钢结构设计稳定性而引发事故的概率。

4.1减小不确定性因素影响

不确定性因素对钢结构稳定性设计造成的影响是难以避免的，但是，可以利用一些方法来减小这种影响，提高钢结构稳定性设计的可靠性。比如，可以为钢结构进行力学性能分析和设计，或者从设计的众多实验中选择一个较为合理的方案等。

4.2合理地运用梁―柱理论

梁―柱理论是当前钢结构稳定性设计中最基础的理论，也是最重要的理论。在钢结构设计中，要实际考察钢结构工程的场地、材料、设计方案等相关事项，合理地运用梁―柱理论分析钢结构设计中细部构造和构件之间的稳定性、整体结构和组成部分之间的稳定性等，达到提高钢结构设计稳定性的目的。

4.3完善预张拉结构理论体系

预张拉结构理论体系对钢结构稳定性的设计是极为重要的。建立一套科学、完善、合理的预张拉结构体系理论，根据这个理论体系分析预张拉结构，最终得出准确的结果，这样能够确保达到钢结构稳定性设计的要求。

4.4注重钢结构的防护性

在钢材料的防护过程中， 防腐蚀和隔热是其中非常重要的两个方面。钢结构中埋入地下的部分需要进行一定的包装，提高钢材的抗腐蚀性。 除此之外，钢材料在生产的时候要进行相应的耐火测试，以此有效防护措施的重要依据。 焊接球与螺栓球节点连接详图如图 1 所示。

4.5 注重钢结构的抗震性设计

钢结构在房屋结构设计的应用过程中，需要全面考虑钢结构材料自身的结构形式、能够承受的地震强度以及房屋的特点等重要影响因素。 同时将这些因素之间的区别作为设计的重要依据，通过设计不同的钢结构类型来达到不同程度的抗震效果。 设计基本地震加速度对结构侧移的影响如图 2 所示。

4.6 承重墙结构的设计

钢结构房屋的平面结构为矩形， 因而在设计时的纵向刚度要大于横向的，这就要求必须要有足够的横墙，才能有效保证房屋建筑结构的抗震性能。 从地震灾害可知，房屋墙体一般都是剪切破坏。 因此，在进行房屋建筑设计时，必须要提高建筑的抗剪强度，以提升房屋横墙的抗震能力，以提高建筑的抗剪强度.横向框架主要尺寸如图 3 所示。

结束语

综上所述，轻钢结构在建筑工程中得到了广泛应用，对建筑结构的设计起着重要作用，在设计中突出轻型钢结构的特点，不断优化，对其所产生的问题及时采取有效措施，保障建筑施工的顺利进行。