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    輕鋼結構綠色建筑設計特點全面解析
    
                                  
                    
    作者：建筑鋼結構網(wǎng)    					
    
					時間：2013-06-13 10:29:35					[收藏]
    
               
    
                
          自進入20世紀90年代以來，我國鋼結構建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標志性高層建筑的建成，為鋼結構在我國的發(fā)展揭開了新的一頁。如世界第三高的上海88層、高420m的金茂大廈業(yè)已竣工，現(xiàn)已投入運營。				
        關鍵詞：				
    

               
    
               
      
				      自進入20世紀90年代以來，我國鋼結構建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標志性高層建筑的建成，為鋼結構在我國的發(fā)展揭開了新的一頁。如世界第三高的上海88層、高420m的金茂大廈業(yè)已竣工，現(xiàn)已投入運營。據(jù)稱世界第一高度的上海浦東環(huán)球金融中心，95層高460m，建筑面積為31萬m2，現(xiàn)正在加緊建設中。由外商投資的大連總統(tǒng)大廈，正在加緊籌建之中，共95層，據(jù)稱建成后其高度將名列世界前茅。
      

      
    輕鋼結構的發(fā)展則更是如火如荼，特別在工業(yè)廠房的建設中則更為迅猛。從鋼結構制造加施工企業(yè)數(shù)量的大幅增長就可窺見一斑，如上海市的鋼結構制造和施工單位已由原來的幾十家一下子發(fā)展到現(xiàn)在的400多家，單上海的寶鋼地區(qū)就有近百家的鋼結構制造廠。大好形勢下，如何因勢利導，抓好設計和施工質量，這是當前一個十分迫切的問題。本文擬就輕鋼結構的優(yōu)點、材料選擇和設計中的注意點、塑性設計及腹板屈曲后強度的利用和蒙皮效應等作一概略介紹，利于讀者對輕鋼結構有一個比較全面的了解。
      

      
    輕鋼結構行業(yè)及其適用范圍
      

      
    所謂輕鋼結構通常是指由下列鋼材所構成的結構：①冷彎薄壁型鋼結構;②熱軋輕型鋼結構;③焊接或高頻焊接輕型鋼結構;④輕型鋼管結構;⑤板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構成的結構。
      

      
    一.適用范圍
      

      
    根據(jù)我國目前情況來看，這種結構由于其用度廣、優(yōu)勢明顯，已大量應用于單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房、辦公樓以及高層建筑中的非承重構件等。對單層工業(yè)廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接連接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統(tǒng)或樓面系統(tǒng)用壓型彩色鋼板作面層，上面可澆混凝土，壓型鋼板既可作為鋼筋，必要時也可以再配鋼筋。墻面圍護也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內(nèi)部可充填各種保溫層。
      

      
    二.主要優(yōu)點
      

      
    ⑴施工周期短：輕鋼結構的最大優(yōu)點是所有構件均可以由工廠制作現(xiàn)場拼接安裝，對一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房僅需45d至2個月，而若采用鋼筋混凝土建筑則要8～12個月左右。
      

      
    ⑵綜合經(jīng)濟效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益;更由于采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，美觀華麗，改善了周邊環(huán)境的動態(tài)感;因為建筑物本身的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節(jié)省投資;由于采用了聚苯已烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔章等效果良好。彩色鋼板是以鍍鋅為基板又用硅酮作為表面，經(jīng)兩除兩烘加工而成，耐久性也較好，根據(jù)目前我國的市場價格，輕鋼結構的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結構，當廠房的跨度越大時，其優(yōu)勢更為明顯，這也是它賴以競爭的一大優(yōu)勢。
      

      
    ⑶抗震性能好：由于鋼結構屬于柔性結構、自重輕，因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，極有利于抗震。我國是一個多地震區(qū)國家，在地震區(qū)建筑中應多多推廣應用鋼結構，必可大大減少地震災害和人員傷亡。唐山地震的慘痛教訓應予記起。目前，天津市已正式啟動輕鋼結構住宅。
      

      
    ⑷宜于拆卸搬遷：一旦業(yè)主對所造廠址不滿意或外界環(huán)境發(fā)生意想不到的變化，則整個建筑可在很短時間內(nèi)拆遷，損失極小，而所有這些是鋼筋混凝土建筑所無法具備的。
      

      
    正是由于輕鋼結構的諸多優(yōu)點，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，已較好地解決了輕鋼結構抗腐蝕性差的缺點，使得它在工業(yè)廠房以及民用設施中獲得了廣泛的應用。
      

      
    鋼結構一般分為普通鋼結構和輕鋼結構，它們之間并無明顯的界限。其計算規(guī)則都是一樣的。所謂輕鋼結構，一般是結構荷載較小，結構桿件也較小，構件壁厚較薄的一類結構，一般采用門式鋼架、屋架和網(wǎng)架為主要承重結構。正因為輕鋼結構上作用的荷載較小，所以，使得結構效應產(chǎn)生的內(nèi)力一般較小，這就使得結構的強度往往不成問題，而由于構件斷面較小，截面慣性距較小，使得結構的剛度也隨著減小，結構的整體和局部穩(wěn)定成為在設計中必須引起重視的主要問題。這就是輕鋼結構自己的特點。了解了這個特點，我們就可以采取相應的措施，比如可以采用增加支撐和拉條，以滿足桿件的長細比要求，增設加勁肋以滿足構件的局部穩(wěn)定等。
      

      
    A.門式剛架結構的特點
      

      
    下面講一下我們常見的門式剛架結構。門式剛架輕型房屋，其結構一般由主骨架和支撐系統(tǒng)構成，主骨架包括：1)主受力構件-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。
      

      
    從以上的構成可以看出，支撐系統(tǒng)占有很大的比例，這也是輕鋼結構的特點。
      

      
    門式剛架房屋上作用的荷載一般有：豎向荷載(結構自重，雪荷載，積灰荷載，)和水平荷載(風荷載，吊車剎車力),還有地震荷載(水平和豎向)。由于輕鋼結構自重較輕，所以對地震的反應也較輕，這一點對抗震非常有利。
      

      
    B.判斷結構是否適合用輕鋼結構
      

      
    是否為輕鋼，可以根據(jù)結構承受荷載的大小，以及結構類型來定的。1、樓、屋面結構體系：如果是鋼筋混凝土樓、屋面板，荷載較大就不能用輕鋼結構;2、吊車荷載：如果有較大噸位的吊車就不符合輕鋼結構的要求;3、結構體系：要是建筑物為多層，或是比較高的單層結構也不宜按輕鋼設計。
      

      
    C.《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002的適用范圍
      

      
    適用于主要承重結構為單跨或多跨實腹門式剛架、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懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。
      

      
    D.門式剛架各構件的作用
      

      
    門式剛架，建筑物上的各種荷載主要由它承擔并將其傳給基礎，剛架與基礎的連接有剛接和鉸接兩種形式，一般宜采用鉸接，當水平荷載較大，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，主要承擔墻體自重和作用于墻上的水平荷載(風荷載)，并將其間接傳給主體結構。
      

      
    檁條，承擔屋面荷載，并將其傳給剛架。檁條還通過螺栓與每榀剛架連接起來，與墻架梁一起與剛架形成空間結構。
      

      
    由于檁條和墻架梁之間都是由螺栓連接的，連接點近似于鉸接，又由于檁條和墻架梁的長細比都較大，在平行于房屋縱向荷載的作用下，其傳力剛度有限，所以有必要在屋面的各剛架之間設置一定數(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構;由于檁條和墻架的平面外剛度小，所以，有必要設置拉條(增加支撐)，以減小在這個方向的長細比;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)，但當屋面風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，設置隅撐就十分必要了。
      

      
    另外門式剛架與基礎是通過地腳螺栓連接的，當水平荷載作用形成的剪力較大時螺栓就要承擔這些剪力，我們一般不希望螺栓來承擔這部分剪力，在設計時我們也沒考慮它的作用，而是設置剛架柱腳與基礎之間的剪力鍵來承擔這部分剪力。                       			 				                        
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