1.Pre-engineered metal building system是建筑行業(yè)內(nèi)一個高度發(fā)達的部門，是從二次世界大戰(zhàn)時起源的，很多細節(jié)已經(jīng)研發(fā)得完美無缺，多一點嫌多，少一點嫌少。不過引進相關(guān)技術(shù)并本地化，轉(zhuǎn)為簡體中文版本的時候，特別要小心，不要變了味；

2.鋼結(jié)構(gòu)過重的原因往往是由于以往工程經(jīng)驗導致(象故宮的金鑾殿的大柱一樣，采用的是經(jīng)驗斷面)，雖然通用結(jié)構(gòu)分析軟件會給你一個0.000幾的UNITY CHECK RATIO，但是由于CAD軟件及制造工藝的限制，你會無從下手改善；

3.輕鋼結(jié)構(gòu)這個描述雖然中國大陸幾十年來較為通用，但仍然是不確切不科學的，建議淘汰。改為低層鋼結(jié)構(gòu)，高層鋼結(jié)構(gòu)似更為妥當；

4.實際上，采用目前的主流技術(shù)后，低層鋼結(jié)構(gòu)，住宅鋼結(jié)構(gòu)，多層鋼結(jié)構(gòu)，高層鋼結(jié)構(gòu)，超高層鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)電廠，鋼結(jié)構(gòu)橋梁，鋼結(jié)構(gòu)鐵塔，鋼結(jié)構(gòu)海洋鉆井平臺，...經(jīng)過優(yōu)化都會比教科書上寫的較為詳細；

5.目前簡體中文版本的鋼結(jié)構(gòu)教科書老化比較嚴重，建議響應(yīng)朱榮基的號召，在高等院校廣泛采用英文版本教科書；

6.學習的時候請注意如下幾點：

1.盡量采用變截面剛架(帶隅撐)，剛架連結(jié)采用端板，截面高度經(jīng)過適當優(yōu)化，盡量多考慮制造運輸安裝的便利性；

2.盡量采用兩端鉸接的搖擺柱，中柱太高時改為方管；

3.柱底盡量鉸接；

4.支撐盡量采用Tension Only Rod；

5.檁條盡量采用Z型，連續(xù)跨，必要時支座處尚可加強(多伸出來一點就可以了)；

6.檁條盡量標準化；

7.收邊泛水盡量標準化；

8.建筑柱網(wǎng)要考慮模數(shù)化，控制線位于次結(jié)構(gòu)外沿；

9.屋架檁條拉桿目的是為了風吸力作用下反彎時下翼緣失穩(wěn)；

10.墻架檁條與彩色鋼板協(xié)同作用，一般拉桿是沒有必要的，施工時需加木方臨時支撐，端墻檁條必要試可以加小拉條(偏鋼)；

11.盡量少在墻架上開孔，屋面采光板比墻面窗幅采光效率要高很多很多；

12.屋面鋼板盡量采用Structural Standing Seam Metal Roof;

13.屋面密封不要用硅膠；

14.夾層梁柱穩(wěn)定由主剛架保證；

二.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單步驟和設(shè)計思路

（一）判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)

　鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點相一致的。

（二）結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置

　此處僅簡單介紹。 詳請參考相關(guān)專業(yè)書籍。由于結(jié)構(gòu)選型涉及廣泛,做結(jié)構(gòu)選型及布置應(yīng)該在經(jīng)驗豐富的工程師指導下進行。

　在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程中都應(yīng)該被強調(diào)的是“概念設(shè)計”,它在結(jié)構(gòu)選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學關(guān)系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設(shè)計思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細部措施。運用概念設(shè)計可以在早期迅速、有效地進行構(gòu)思、比較與選擇。所得結(jié)構(gòu)方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結(jié)構(gòu)分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個分體系間的相互力學關(guān)系和簡化近似設(shè)計方法。[20]

　鋼結(jié)構(gòu)通常有框架、平面(木行)架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結(jié)構(gòu)型式。

　其理論與技術(shù)大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設(shè)計方法，比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。

　結(jié)構(gòu)選型時，應(yīng)考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架。基本雪壓大的地區(qū)，屋面曲線應(yīng)有利于積雪滑落（切線50度內(nèi)需考慮雪載 ），如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網(wǎng)殼。總雪載釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經(jīng)濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構(gòu)件受拉為主的懸索或索膜結(jié)構(gòu)體系。高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應(yīng)單純?yōu)榱私?jīng)濟去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型src柱，核心為支撐框架的結(jié)構(gòu)體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。[19]

結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征,荷載分布情況及性質(zhì)等綜合考慮。一般的說要剛度均勻。力學模型清晰。盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍,使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。 柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻。其形心要盡量靠近側(cè)向力(風震)的作用線。 否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。 結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線。 比如有支撐框架結(jié)構(gòu),柱子至少應(yīng)能單獨承受1/4的總水平力。

框架結(jié)構(gòu)的樓層平面次梁的布置,有時可以調(diào)整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消，此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。

（三）預(yù)估截面

結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

　鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接h型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復雜計算，這種方法很受歡迎。 確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。

　柱截面按長細比預(yù)估。 通常50<λ<150, 簡單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或h型鋼截面等。

　初學者需注意，對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)，規(guī)范中對截面的構(gòu)造要求有很大的不同。 如鋼結(jié)構(gòu)所特有的組成構(gòu)件的板件的局部穩(wěn)定問題。在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)別。

　除此之外，構(gòu)件截面形式的選擇沒有固定的要求，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇安全經(jīng)濟美觀的截面。

（四）結(jié)構(gòu)分析

　目前鋼結(jié)構(gòu)實際設(shè)計中,結(jié)構(gòu)分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮p－Δ,p－δ。

　 新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能。這為更精確的分析結(jié)構(gòu)提供了條件。并不是所有的結(jié)構(gòu)都需要使用軟件:

　　典型結(jié)構(gòu)可查力學手冊之類的工具書直接獲得內(nèi)力和變形。

　　簡單結(jié)構(gòu)通過手算進行分析。

　　復雜結(jié)構(gòu)才需要建模運行程序并做詳細的結(jié)構(gòu)分析。

（五）工程判定

　要正確使用結(jié)構(gòu)軟件，還應(yīng)對其輸出結(jié)果的做“工程判定”。比如，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)“工程判定”選擇修改模型重新分析,還是修正計算結(jié)果。

　不同的軟件會有不同的適用條件。初學者應(yīng)充分明了。此外,工程設(shè)計中的計算和精確的力學計算本身常有一定距離, 為了獲得實用的設(shè)計方法,有時會用誤差較大的假定, 但對這種誤差, 會通過"適用條件、概念及構(gòu)造"的方式來保證結(jié)構(gòu)的安全。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,“適用條件、概念及構(gòu)造”是比定量計算更重要的內(nèi)容。

　工程師們不應(yīng)該過分信任與依賴結(jié)構(gòu)軟件。美國一位學者曾警告說：“誤用計算機造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個時間的問題。”

注重概念設(shè)計和工程判定是避免這種工程災(zāi)難的方法。

（六）構(gòu)件設(shè)計

　構(gòu)件的設(shè)計首先是材料的選擇。 比較常用的是q235(類似a3)和q345(類似16mn)。通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。 經(jīng)濟考慮,也可以選擇不同強度鋼材的組合截面。 當強度起控制作用時,可選擇q345; 穩(wěn)定控制時,宜使用q235。

　構(gòu)件設(shè)計中,現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的彈性方法并不匹配。

　當前的結(jié)構(gòu)軟件,都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術(shù)的進步,一些軟件可以將驗算時不通過的構(gòu)件，從給定的截面庫里選擇加大一級。并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設(shè)計功能之一。它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量。 但是，初學鋼至少應(yīng)注意兩點：

1、軟件在做構(gòu)件(主要是柱)的截面驗算時,計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(guī)范的規(guī)定。目前所有的程序都不能完全解決這個問題。所以,尤其對于節(jié)點連接情況復雜或變截面的構(gòu)件,結(jié)構(gòu)師應(yīng)該逐個檢查。

2、當上面第(三)條中預(yù)估的截面不滿足時，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對待。

　 (1) 強度不滿足,通常加大組成截面的板件厚度，其中,抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。

　 (2) 變形超限，通常不應(yīng)加大板件厚度，而應(yīng)考慮加大截面的高度，否則，會很不經(jīng)濟。

使用軟件的前述自動加大截面的優(yōu)化設(shè)計功能，很難考慮上述強度與剛度的區(qū)分，實際上，常常并不合適。

（七）節(jié)點設(shè)計

　連接節(jié)點的設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前,就應(yīng)該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是,最終設(shè)計的節(jié)點與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致,這必須避免。 按傳力特性不同,節(jié)點分剛接,鉸接和半剛接。 初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。常用的參考書[2]有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式。

　連接的不同對結(jié)構(gòu)影響甚大。比如,有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題,但會產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動, 不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定。 會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。

　連接節(jié)點有等強設(shè)計和實際受力設(shè)計兩種常用的方法, 初學者可偏安全選用前者。設(shè)計手冊[2]中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設(shè)計者查用,比較方便。 也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來自動完成。

　具體設(shè)計主要包括以下內(nèi)容:

1、焊接: 對焊接焊縫的尺寸及形式等,規(guī)范有強制規(guī)定,應(yīng)嚴格遵守。 焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng)。e43對應(yīng)q235,e50對應(yīng)q345。 q235與q345連接時,應(yīng)該選擇低強度的e43,而不是e50。

　 焊接設(shè)計中不得任意加大焊縫。 焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近。其他詳細內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定。

2、栓接:

　 鉚接形式,在建筑工程中，現(xiàn)已很少采用。

　 普通螺栓抗剪性能差, 可在次要結(jié)構(gòu)部位使用。

　 高強螺栓,使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個強度等級。根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型。兩者計算方法不同。高強螺栓最小規(guī)格m12。 常用m16～m30。 超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定,設(shè)計中應(yīng)慎重使用。

　 自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。 國外在低層墻板式住宅中,也常用于主結(jié)構(gòu)的連接。

3、連接板: 可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm。 然后驗算凈截面抗剪等。

4、梁腹板: 應(yīng)驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪。承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。

5、節(jié)點設(shè)計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運到現(xiàn)場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。

6、節(jié)點設(shè)計還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平。 比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設(shè)備才能完成。

（八）圖紙編制

　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖分設(shè)計圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計圖為設(shè)計單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計圖編制，有時也會由設(shè)計單位代為編制。由于近年鋼結(jié)構(gòu)項目增多和設(shè)計院鋼結(jié)構(gòu)工程師缺乏的矛盾，有設(shè)計能力的鋼結(jié)構(gòu)公司參與設(shè)計圖編制的情況也很普遍。

　1、設(shè)計圖: 是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù)。 深度及內(nèi)容應(yīng)完整但不冗余。 在設(shè)計圖中,對于設(shè)計依據(jù)、荷載資料（包括地震作用）、技術(shù)數(shù)據(jù)、材料選用及材質(zhì)要求、設(shè)計要求（包括制造和安裝、焊縫質(zhì)量檢驗的等級、涂裝及運輸?shù)龋⒔Y(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面選用以及結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點構(gòu)造等均應(yīng)表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設(shè)計的意圖。主要材料應(yīng)列表表示。

　2、施工詳圖:又稱加工圖或放樣圖等。深度須能滿足車間直接制造加工。不完全相同的另構(gòu)件單元須單獨繪制表達，并應(yīng)附有詳盡的材料表。

設(shè)計圖及施工詳圖的內(nèi)容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設(shè)計單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。初學者可參考他人的優(yōu)秀設(shè)計并參考相關(guān)的工具書[3]，并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制。

三.門式剛架工程中一些技術(shù)問題的探討

（一）檁條在向上風吸力下的下翼緣失穩(wěn)

1.問題的提出

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范及手冊的檁條規(guī)定都未考慮風向上的下翼緣失穩(wěn)，拉條都是按圖1布置的，當時屋面還未采用彩鋼板屋面，坡度比較大，屋面比較重，拉條主要是平衡屋面荷載的水平力和對彎曲中心的扭轉(zhuǎn)，拉條也只要求在屋檐加水平支撐拉住。目前，屋面已很輕很平，幾次風災(zāi)中都有屋面被掀起，有一些是由于受風吸力作用檁條下翼緣失穩(wěn)而引起的，因此應(yīng)引起關(guān)注。

2.屋面的蒙皮作用

對檁條在風吸力作用下的下翼緣失穩(wěn)的驗算，薄壁型鋼規(guī)范是不考慮屋面蒙皮作用，計算結(jié)果很不經(jīng)濟。屋面蒙皮作用國內(nèi)外都在研究。蒙皮作用會提高門式剛架的承載力。如波蘭做的雙層網(wǎng)架(12m×12m，24m×24m)的足尺試驗，屋面波形板蒙皮作用可提高上弦承載力10%，提高下弦、腹桿承載力6%，對門式剛架承載力將會有更大的提高。但國外研究表明，準確計算蒙皮作用是不易的，計算參數(shù)對結(jié)構(gòu)的形式和構(gòu)造細部很敏感，必須進行足尺結(jié)構(gòu)試驗才能確定這些參數(shù)。屋面蒙皮作用對檁條下翼緣失穩(wěn)承載力影響很大，國外正致力于考慮在檁條下翼緣失穩(wěn)時利用屋面蒙皮作用，但計算公式還不成熟。

彩板屋面蒙皮的抗剪能力對檁條上翼緣提供側(cè)向支撐是不成問題的。根據(jù)試驗，只有當屋面抗剪能力Q值小時才會因Q增加而增加檁條下翼緣的失穩(wěn)承載力；而Q值達一定數(shù)值后，Q值增加不會使檁條承載力有明顯變化，屋面抗剪能力一般能達到此要求。因此屋面蒙皮作用對檁條下翼緣扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的約束是影響檁條承載力的重要因素。

另外，屋面蒙皮作用也可用于門式剛架的平面外穩(wěn)50定，即平面外穩(wěn)定計算時，其平面外支點可以采用檁條之間距，而不是采用水平支撐的間距，由于此假定不同，各種程序會有不同的計算結(jié)果。墻板的蒙皮作用也是討論的問題，國外設(shè)計墻擦不考慮自重，不設(shè)拉條，比較簡單，應(yīng)該說墻體蒙皮作用是可以考慮的，但絕不能省去柱間支撐，而且不宜采用圓鋼。

3.計算理論

關(guān)于檁條翼緣失穩(wěn)的計算理論模型，國外主要有二種，一種是有限元法；另一種是將屋面板和受拉翼緣及部分腹板簡化為彈性地基，剩余的檁條腹板及受壓翼緣被簡化為支撐在彈性地基上的壓彎構(gòu)件。國內(nèi)門式剛架規(guī)程也是采用歐洲規(guī)范EC3-ENV-996規(guī)定的彈性地基的經(jīng)典模型。目前，考慮風的吸力作用，檁條下翼緣穩(wěn)定設(shè)計的方法有四種：

(1)按照薄壁型鋼規(guī)范計算，由于該規(guī)范未考慮屋面蒙皮作用，因此計算結(jié)果很保守，不適用。

(2)參考BHP、奧多Strimat公司的檁條設(shè)計手冊，這些手冊基本一樣，承載力用W01表達，其中下角0表示風向上，1是中間一個支點，二個支點即以W02表達，承載力為標準荷載，考慮了屋面蒙皮作用心這些澳大利亞設(shè)計手冊均是計算與試驗的結(jié)果，又經(jīng)國外工程應(yīng)用，我認為是可以參考的。

(3)按澳大利亞AS/NZS4600：1996規(guī)范計算，由于本規(guī)范在國內(nèi)無法律效應(yīng)，很不普及也難以應(yīng)用。

(4)門式剛架規(guī)程是按照歐洲規(guī)范EC3-ENV-1996規(guī)定的，也考慮了屋面蒙皮作用，假定為彈性地基的典型模型，又具有法律效應(yīng)，比較合理，應(yīng)該采用。但我們對照ENV1993-1-2：1996/AC提出以下問題，有些檁條計算程序也存在這些問題。

①規(guī)程[1]附錄E中規(guī)定Ct1=130n是有特定條件的，根據(jù)文獻[2]，只有在b =55~57，螺釘3~4個/m，而連接件(即板與檁條連接件)間距e =2br，屋面與檁條的連接剛度又因采用的隔熱材料而削弱時，公式才適用。如果情況發(fā)生改變應(yīng)按照etl=C100(b/100)來修正，C100取值參考表1。這里，b為屋面板翼緣寬度，br為波距(最大為185mm)，螺釘直徑￠=6.3mrn，面板厚≥0.66mm。

②對失穩(wěn)承載力影響最大的還是計算長度。根據(jù)文獻[2]，門式剛架規(guī)程中計算長度ey為拉條之間距離，應(yīng)改為檁條自由翼緣承受壓應(yīng)力之長度，對于簡支模條來說等于跨長l。這兩種說法對模條失穩(wěn)承載力影響十分大，ey=l時，門式剛架規(guī)程中針對拉條對檁條下翼緣失穩(wěn)公式考慮屋面扭轉(zhuǎn)約束的作用非常小，而從其他理論分析以及BHP設(shè)計手冊和試驗可知，拉條作用非常大。我們參考澳大利亞規(guī)范中的檁條計算，其ey 也是取拉條之間的距離。因此我們認為ey用拉條之間距離是合理的。

扭轉(zhuǎn)系數(shù)C100 表1

連接件間距e

C100（N··m/m）

btmax（mm）

e=br

e=2br

2 600

1 700

40

40

注:表中考慮有隔熱層

③規(guī)程CECS102：98關(guān)于抗扭彈簧剛度Ct的式（E.0.4-1）來自ENV1993-1-3：1996，存在明顯的印刷錯誤，正確的表達應(yīng)為下式：

　　　　　　　　　　　　　　　　Ct=1/（1/Ct1+1/Ct2）

④拉條的構(gòu)造非常重要，根據(jù)BHP設(shè)計手冊，拉條只用于>10。的屋面，且應(yīng)拉在下翼緣邊，并每隔一個問距用C形壓桿頂住防止扭動，較平屋面只要求二個檁條之間用C形壓桿頂住即可。因此檁條拉條布置絕不能按鋼結(jié)構(gòu)手冊的布置，一定要保證拉條不動。為了驗證拉條的作用，我們與天津大學在奧多公司資助下做了檁條下翼緣失穩(wěn)的整體試驗，試驗中檁條間距2.5m，檁條跨度5.0m，中間加一根拉條。采用雙跨屋面板帶3根檁條做整體試驗，得到扭轉(zhuǎn)系數(shù)：有拉條時，F(xiàn)=l.22KN·cm/Cm.rad，F(xiàn)=Ph2/￠b，￠=δ/h;無拉條時，F(xiàn)=0.7 KN·cm/Cm·rad。說明拉條對扭轉(zhuǎn)約束影響很大。

試驗加載到23KN/m時由于檁條的拉條未拉住而提前破壞，破壞處正在拉條附近，扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)破壞跡象明顯，拉條的作用很明顯，如果拉條不變形，承載力將提高很多。

我們根據(jù)以上4種設(shè)計方法進行計算對比，選用C254×76×20.6×2.4，跨度4.75m，間距2.5m的簡支檁條(中間加拉桿)，鋼材屈服應(yīng)力G450MPa，設(shè)計屈服應(yīng)力0.9×450MPa，反算檁條標準線荷載q。

BHP、奧多、Stramit公司的檁條設(shè)計手冊中選用c250×2.4，按l =4.8m查得：單跨q=5.07KN/m，雙跨q=5.09 KN/m門式剛架規(guī)程計算結(jié)果：q=4.18KN/m；澳大利亞規(guī)范計算結(jié)果：q=4.21 KN/m；薄壁型鋼規(guī)范計算結(jié)果較為保守。

以上計算結(jié)果說明，門式剛架規(guī)程及設(shè)計手冊均是可以采用的，但希望盡快做足尺整體試驗，不斷積累數(shù)據(jù)，進一步提出合理公式。對于跨度較大的檁條，選用上海大通鋼結(jié)構(gòu)有限公司的高頻焊接輕型H型鋼來解決下翼緣失穩(wěn)是經(jīng)濟合理的。

（二）屋面板的選用

1.屋面板的抗風措施

近年來連續(xù)幾次發(fā)生臺風掀起屋面，如1996年湛江，1999年廈門14級臺風。這些臺風都已超出規(guī)范限定的范圍，值得注意。臺風掀起屋面板的主要原因之一是屋面板的搭接問題。板的橫向搭接主要有穿透式、暗扣式(EP一個扣件與檁條連接，板則與扣件扣上)和咬邊式(見圖4)。穿透式的缺點主要是螺栓穿透處易滲漏；暗扣式雖然避免了螺栓穿透，但必須用高強鋼材并用專用的高強鋼材軋機成型，保證形狀準確并富有彈性，才能達到扣緊吻合，使搭接處能留一個防止毛細現(xiàn)象的空槽。

臺風掀起屋面更主要的原因是不注意門窗的抗臺風設(shè)計，臺風中門被吹開，尤其卷簾門強度更差。有的窗玻璃靠膩子固定，風向外吹，膩子根本頂不住，門窗大開，向上的風力大大超過設(shè)計所考慮的。有的屋面被掀起也可能是風吸力下檁條失穩(wěn)所致。

當然屋面板本身也有加強和改進的必要，如暗扣式屋面被掀起的原因，有的是扣件未采用高強鋼材，扣不住板；有的是扣件邊上未用螺栓與檁條連接，使扣件受彎破壞；有的在邊區(qū)約1/6房屋寬度范圍內(nèi)未加抗臺風螺栓，或抗臺風螺栓墊圈面積太小，結(jié)果被拔出。

采光板更是暗扣式滲漏與可能被拔起的重點，因為采光板與屋面板橫向搭接處由于二者膨脹不同，很易形成縫，而采光板剛度又比較小，附加檁條不夠，采光板更柔更易形成縫，大風大雨即灌進去:采光板強度又不如面板，更易使螺栓拔出。所以建議在面板與采光板橫向搭接處上面再壓一根鋁條，下墊膠條用螺栓及大墊圈牢牢壓住，采光板跨度應(yīng)不大于1.0m?？傊悼凼接糜诳古_風時應(yīng)特別注意防掀起與漏雨，應(yīng)采取上述加強措施。

咬邊式從外形看對防漏與防掀起會有利些，但也要注意采用的咬邊形式，如層層卷邊比較可靠，但加工安裝較麻煩；圖4單層咬邊處剛度不夠，不吻合又松動，很難加膠粘結(jié)，大風大雨就會漏進去，咬不好也會被掀起。而國外有些產(chǎn)品用得很好，咬邊式一般只能是沒有彩色涂層的鋼板，彩色涂層在咬邊時會剝落，咬邊式在返修時也有困難，不能小面積拆換，只能整個翻修。

2.彩板的優(yōu)選

高強鋼的板材硬度大，不易變形，能保證搭接尺寸的吻合，使防水可靠，進口板多數(shù)用G550。

熱鍍鋁鎊合金進口板大多采用55%鋁，43.5%鋅，15%矽的合金成份，合金平均含量在200g/m2以上。鋁合金化表面有一層不溶解于水的非活性氧化膜，防止氧化，其性能比鐵活潑，比鋅遲飩，電化學作用比鋅慢，鋁表面的致密氧化鋁比鋅耐蝕2倍，十分穩(wěn)定，有陽極保護作用。國外也有熱鍍鋅鋁，即5%鋁，95%鋅，認為雖裸板耐蝕不如鍍鋁鋅，但在剪板成型保護方面較優(yōu)，總之這二種合金化均比熱浸鋅要耐蝕。國產(chǎn)板目前均不具備生產(chǎn)熱鍍鋁鋅合金的條件，仍為熱鍍鋅板或熱鍍鋅合金化板。

涂層目前有聚脂、硅改性聚脂、聚偏二氟乙烯PVDF(或叫氟碳PVF2)和塑料溶膠，一般國產(chǎn)均為聚脂，進口板有聚脂、聚偏二氟乙烯。目前關(guān)于耐久性尚無統(tǒng)一說法，但從退色看，聚偏二氟乙烯15年后退色20%，而聚脂7年后退色50%，可說明聚偏二氟乙烯的質(zhì)量。但聚偏二氟乙烯一定要占70%，其余30%為丙烯酸。有的進口板聚偏二氟乙烯只占50%，這樣性能就比聚脂好不了多少。塑料溶膠介于聚脂與聚偏二氟乙烯中間，用得不多。

3.彩板的防漏

屋面滲漏水吸人保溫層，使荷載會危及結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計應(yīng)予以注意。

板的縱向搭接有的認為用長板不搭接最好，根據(jù)我們的經(jīng)驗也不能越長越好，太長，由于溫度影響板的伸縮引起螺栓擴孔，也會滲漏，另外也擔心現(xiàn)場軋制，有的會減少軋制次數(shù)，或損傷涂層，不能保證質(zhì)量。我們現(xiàn)在工程中用到35m一個搭接，效果很好，但建議搭接處高低錯開，并填以厚50mm的硅膠。

最近我們處理工程中發(fā)現(xiàn)冷凝水造成滲漏，正確的做法是保溫層用鋁箱作隔汽層隔絕水汽，而有的工程錯誤地取消了隔汽層，并錯誤地將保溫層鋪在下板上，而下板搭接方向又錯誤地使冷凝水滲下。

曲面彩板尤其是球殼的彩板是防滲的難題，特別是在球的頂部，現(xiàn)在比較多的工程均用BHP的脊板做法，即橫向搭接邊是切成斜邊在凹橫向板部分彎折成堤，然后上加蓋板，在球頂部分則用三道防線即板彎折成堤，得泰復式町膠，封口板PE上加脊板。我們在珠海體育館第一次采用了上述做法，效果尚可，但圓頂做法還是相當復雜，處理不好很易滲漏?，F(xiàn)在比較好的辦法是用夾心板做成平坦屋面，上鋪瑞士獨資生產(chǎn)的防水材料(在濟南)，可以有各種顏色。香港會展大廳用了效果很好，是比較可靠美觀的防水做法。

（三）門式剛架的承壓型高強螺栓

我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定，摩擦型高強螺栓要求測定扭矩系數(shù)、摩擦系數(shù)以控制預(yù)拉應(yīng)力?？讖揭蟊嚷菟ㄖ睆酱?mm。承壓型高強螺栓除保留上述要求外，還要求孔徑比螺栓直徑不得大于0.5~1.0mm，減少孔徑，可以在非動力荷載下允許螺栓有極小滑動，并在摩擦與頂緊共同作用下使承壓型高強螺栓承載力比摩擦型的提高30%，但國內(nèi)實際工程從未用過承壓型高強螺栓。日本也取消了承壓型高強螺栓。德國雖用承壓型高強螺栓，但制定了專門驗收標準，以免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

門式剛架規(guī)程參考了美國經(jīng)驗，采用了承壓型高強螺栓或摩擦型高強螺栓。但美國門式剛架所謂的承壓型高強螺栓內(nèi)涵與我國不同。美國要求孔徑比螺栓直徑不大于1.5mm，不要求試驗扭矩系數(shù)及摩擦系數(shù)，只要求螺栓用人工擰緊，然后再轉(zhuǎn)l/4圈即可，目前不少美國公司在我國也是如此做法。這說明可能美國習慣于不用扭短系數(shù)，因為扭短系數(shù)與預(yù)拉力也只是間接關(guān)系，并不一定可靠；更主要的可能還是對門式剛架的高強螺栓要求并不需太高，與大跨重型鋼結(jié)構(gòu)及橋梁的高強螺栓應(yīng)有所區(qū)別。因為門式剛架畢竟是輕鋼結(jié)構(gòu)，跨度小，受力小，尤其門式剛架是受彎構(gòu)件，高強螺栓不是靠摩擦傳遞很大的拉壓力。螺栓主要是受拉并承受一些剪力，在拼接處一般剪力很小，僅在支承處剪力稍大。斜支座本身可承受很大的剪力，直支座一般上面還有蓋板或在下面加托板承受剪力，即使沒有這些輔助件，剪力也都比較富裕，對門式剛架高強螺栓顯然不需要象現(xiàn)在這樣與大跨度鋼結(jié)構(gòu)要求一樣。

（四）門式剛架設(shè)計中的幾個小問題

1.拼接點的位置要不要在計算前定下來

拼接點是為了拼裝分段，拼接點處剛度與其他斷面一致，計算時根本不需考慮拼接點，但構(gòu)造中卻應(yīng)該在拼接點處將二塊拼接板伸出斷面外，并在斷面外布置一排拼接螺栓，這樣的構(gòu)造其剛度基本與截面接近，但也要注意將拼接板加厚。

2.腹板縱向肋

有的工地反映，設(shè)計院已滿足規(guī)程5.2.l .3集中力下的腹板穩(wěn)定要求，不需設(shè)縱向肋，但為了安全仍加了縱向肋，給加工增加了很多麻煩。設(shè)計方面可能認為門式剛架對腹板高厚比放寬太多，所以不太放心，加之門式剛架規(guī)程條文說明又加了“具體設(shè)計應(yīng)根據(jù)制造廠的技術(shù)條件采用適當高原比”，估計這些說明使設(shè)計者更加保守。門式剛架規(guī)程腹板高厚比是參照歐洲規(guī)范EC3-ENV-1993-1-l及美國規(guī)范AISC一1986/89，規(guī)范考慮屈曲后強度只是形式上與我國冷彎薄壁型鋼規(guī)范GBJ18-87表達一致，不必要加縱向肋只要加橫向肋即可，因為腹板應(yīng)力場要求豎桿。條文說明中所提制造廠技術(shù)條件是指板很薄時，如3mm，對于焊接及平整的技術(shù)有一定難度，國內(nèi)公司技術(shù)水平又不具備，因此就提醒一下應(yīng)根據(jù)具體條件在腹板很薄時要適當選用寬厚比并不是要加縱向肋。

梁柱節(jié)點區(qū)滿足不了規(guī)程(7.2.10.1)，(7.2.10.2)的要求需要設(shè)置斜加勁肋時(圖6)，規(guī)程中對斜加勁肋的算法是不明確的，文獻[2]推薦了以下算法，斜加勁肋的面積Ast=(1.2M/hbf一fvtchc/f)/cosθ(mm2)，公式是假定斜加勁肋相當于斜腹桿來加強腹板承受剪力。式中，M為彎矩(kN·m)，f為強度設(shè)計筐(N/mm2)，fv為剪力強度設(shè)計值(N/ mm2)。

3.門式剛架的計算長度

門式剛架規(guī)程5.2.4側(cè)移計算時，計算長度L =2s；而在6.1.3穩(wěn)定計算時，計算度L =s。因此有的人不理圖解，弄不清楚。

規(guī)程5.2.4計算長度指側(cè)移時搖擺柱不起作用，因此L即為全跨，四跨時L =4s。規(guī)程6.1.3計算長度指柱的穩(wěn)定，搖擺柱使約束梁彎曲，且對柱的穩(wěn)定有幫助，因此不論二跨還是四跨均取L =s(圖7)。

4.支座節(jié)點

門式剛架規(guī)程未給出支座節(jié)點詳圖，有的工地仍按網(wǎng)架(殼)做成過渡板，孔加大并加墊板。門式剛架支座可以簡單些，孔不加大，不加過渡板，因為網(wǎng)架(殼)剛度較大，有尺寸誤差后很難調(diào)整，而門式剛架柱是柔性結(jié)構(gòu)，尺寸差了可以調(diào)。但要注意的是平板網(wǎng)架的支座螺栓僅是構(gòu)造要求，不考慮承受的水平力與彎矩，而門式剛架支座螺栓是承受彎矩的，門式剛架支座即使假定為鉸接，根據(jù)試驗實測，由于柱中間所加螺栓也能由于構(gòu)造產(chǎn)生彎矩，約為固接彎矩的一中，必須驗算。

（五）門式剛架的合理跨度及吊車噸位

門式剛架由于輕巧簡潔、施工方便而發(fā)展迅速，跨度越用越大，吊車噸位也越來越重。我們認為任何結(jié)構(gòu)均有最經(jīng)濟合理的使用范圍，對于跨度大于50m及大面積建筑，網(wǎng)架(殼)還是有其優(yōu)越性，抗震好眾所周知，火災(zāi)時網(wǎng)架可能不倒塌，如陜西體育館等，而門式剛架遭受局部火災(zāi)時會成片倒塌，有些機庫采用門式剛架也犧牲了懸掛吊車的使用功能，不盡合理。在地震地區(qū)，在所費不多的情況下，大跨度結(jié)構(gòu)還是宜用網(wǎng)架(殼)。

我們在處理工程時也發(fā)現(xiàn)吊車噸位為30t的門式剛架結(jié)構(gòu)由于搖晃以致不能使用。門式剛架規(guī)程4.1.8規(guī)定不大于20t吊車，但在總則1.0.2又放寬到間距6m不大于30t。我們認為主要是門式剛架柱頂位移按國外標準比鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范放寬很多，而我國安裝水平又往往達不到國外水平，如吊車安裝誤差引起卡軌，據(jù)實測其吊車水平力將比規(guī)范的大3~4倍，上述工程設(shè)計很摳，完全按規(guī)程最低標準，門式剛架就會晃動，但有的工程大噸位吊車仍按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范控制側(cè)移就沒有問題。所以建議15t以上吊車應(yīng)該對側(cè)移從嚴控制，不能按門式剛架規(guī)程，并要增加屋面的縱向水平支撐及吊車梁的水平制動措施。

四.結(jié)構(gòu)建筑中外比較系列談---結(jié)構(gòu)比較

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：98的頒布和國內(nèi)開發(fā)了兩套鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件（3D3S、STS）以及國外設(shè)計軟件（STADD、MBS等）的引進，拉近了國內(nèi)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計和制造水平與國外的差距，甚至在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，理論上已沒有太大的差別（除個別設(shè)計院仍采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB17-88或仍采用傳統(tǒng)經(jīng)驗設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)除外）。我們可以在一些重要的相同的方面進行比較：

1.用鋼量

　　這是決定鋼結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)濟性能的第一大要素。目前，國內(nèi)設(shè)計的輕鋼結(jié)構(gòu)，只要是采用《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：設(shè)計或用3D3S、STS及國外軟件哪怕采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB17-88設(shè)計的，用鋼量一般都比較經(jīng)濟，較之傳統(tǒng)方法設(shè)計的用鋼量至少減少50%以上。這主要是由于使用計算機設(shè)計采用了科學的優(yōu)化方式，使結(jié)構(gòu)在滿足荷載的前提下，冀緣板變窄和板厚變薄，同時使用變截面梁柱的原因。

2、結(jié)構(gòu)形式。

　　結(jié)構(gòu)形式無論國內(nèi)外都是兩絞或三絞門式剛架，截面均是焊接H型鋼，橫梁和立柱都大多采用變截面，結(jié)構(gòu)的使用功能和視覺效果相同。

3、剛架節(jié)點。

　　門式剛架的各節(jié)點基本相同，都是采用經(jīng)過摩擦面處理地高強度螺栓連接。高強螺栓的分布比之手工計算結(jié)果要合理的多，同時也開始使用節(jié)點冀緣外螺栓地方式。

4、維護系統(tǒng)。

　　我們引進的彩板及EPS板生產(chǎn)技術(shù)，幾年來得到迅速發(fā)展，彩板和EPS板的基本連接方式如搭接、咬和、暗扣、隱藏等已與國外基本相同。

　　通過以上地比較，我們可以認為，國產(chǎn)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑正在與國外地鋼結(jié)構(gòu)建筑宿短差距。在我想來，就目前材料（Q235同A441、Q345同A36）、設(shè)計規(guī)范（CECS102：98與MBMA接近）、設(shè)計手段（軟件）基本相同的情況下，結(jié)構(gòu)的差異表現(xiàn)最大的可以概括為標準化的差距和制作工藝的差距。

　　國外的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)一般都非常注重結(jié)構(gòu)的標準化，因為標準化可以使設(shè)計十分便捷，降低制造成本，大幅度提高安裝的進度和精確度。我們的差距主要表現(xiàn)在以下方面：

　　1）設(shè)計標準化的機制。

　　國外企業(yè)一般是企業(yè)設(shè)計制造一體化，即企業(yè)自身具備設(shè)計能力。標準化設(shè)計一方面取決于設(shè)計工程師隊伍的經(jīng)驗和穩(wěn)定，另一方面取決于企業(yè)的加工制造設(shè)備的情況。他是一個企業(yè)經(jīng)過長期積累的結(jié)果。所以在標準化設(shè)計方面國外企業(yè)要容易的多。而我們的情況卻相反，更多的情況是某個設(shè)計院進行設(shè)計。設(shè)計院是獨立的設(shè)計院，他一方面不是專業(yè)的輕鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)，另一方面他面對的是眾多的生產(chǎn)廠家，不可能專門為某個企業(yè)做設(shè)計的標準化工作，即便是已經(jīng)有不少鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)已具備了一定的設(shè)計能力，但由于時間短，從業(yè)人員的經(jīng)驗等各方面不具備條件，因此標準化工作還相對薄弱。我們在這一方面的工作，與國外企業(yè)差距最大。

　　2）剛架節(jié)點的標準化。

　　門式剛架的節(jié)點主要是地腳板、端頭板。由于沒有設(shè)計的標準化，使得同一企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)基本相同的建筑都可能出現(xiàn)不同的地腳板和端頭板，包括地腳螺栓、高強螺栓等。從全面的觀點看，這無疑會影響制造和安裝的周期。

　　3）檁條和墻檁的節(jié)點標準化。

　　檁條和墻檁的設(shè)置，不同的建筑千差萬別，不同的企業(yè)和不同設(shè)計院其設(shè)計的結(jié)果也不同，但其基本的連接可以作到企業(yè)標準化。國外的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)在這方面的標準化作的相當完善，不管結(jié)構(gòu)多麼復雜的建筑，檁條和墻檁都作的井井有條。對于復雜的結(jié)構(gòu)，我們多數(shù)情況*技術(shù)工人在現(xiàn)場憑經(jīng)驗解決。

　　4）墻板、屋面板和泛水收邊的標準化。

　　墻板、屋面板和泛水收邊的連接是輕鋼結(jié)構(gòu)建筑十分重要的部分，這方面國外已經(jīng)形成了相當完善的體系，而我們這方面設(shè)計水平很低，同墻和條一樣，很多情況要依*技術(shù)工人的個人經(jīng)驗在現(xiàn)場進行處理。

　　5）配件的標準化。

　　輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的一大特點是其擁有相當多的建筑配件。配件的標準化是國外鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)最完善的體系，也是我們鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)普遍最薄弱的環(huán)節(jié)。比如，咬口式采光板、單玻放置的屋面通風器等設(shè)備的屋面開洞等比較復雜的配件，我們都還在用很原始的方法處理，還處在學習和摸索階段。其他如不同的板型配置的不同自攻釘、拉桿支撐用的斜墊片、鋼制落水管等，都是一樣的情況。所以，整個建筑過程和建筑效果完全不同。

　　制作工藝的差距主要來源于制造設(shè)備的不同。這方面的差距一般較小，但比較突出的有：

　　1）單面焊工藝。

　　《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：98規(guī)定了δ≤4mm的冀緣板和腹板可以采用單面焊。單面焊不但可以降低成本，而且可以提高生產(chǎn)效率，但至今很少有國內(nèi)企業(yè)采用這一工藝，而國外的企業(yè)絕大多數(shù)都采用了這一工藝。這主要是設(shè)備的原因（當然也有認為單面焊不可*的落后的觀念的原因）。我們的焊接H鋼主要焊接設(shè)備是埋弧焊，而埋弧焊接4mm以下的鋼板性能不好，而國外企業(yè)普遍采用CO2或混合氣體保護焊。設(shè)備的不同阻礙了單面焊這一先進工藝的推廣。

　　2）低合金高強鋼和斜卷邊Z型檁條。

　　長期以來，由于低合金高強鋼的冷彎沖擊壓性能不如普碳鋼，因此，在條材料選擇時很少用到，但在國外卻普遍應(yīng)用低合金高強鋼做條。這一方面是因為國產(chǎn)低合金高強鋼確實冷彎沖擊性能不如普碳鋼，但更重要的還是設(shè)備的原因，因為現(xiàn)在就有美國合資企業(yè)用國產(chǎn)Q345做條，其設(shè)備為國外提供。斜卷邊Z型條可以實現(xiàn)條的搭接，這在國外已普遍存在，但國內(nèi)企業(yè)的Z型條普遍是直卷邊Z型條，不能實現(xiàn)搭接，因此很大程度上限制了Z型條的應(yīng)用。開發(fā)斜卷邊Z型條制造設(shè)備，可以圓滿地解決這一問題。

　　3）泛水收邊的制作。

　　泛水收邊是表現(xiàn)建筑效果的重要材料。國外鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的泛水收邊是用專用設(shè)備制作，其制作精良，而我們鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的泛水收邊普遍用普通的折彎機人工劃線制作，制作水平明顯不如前者。

輕鋼建筑定義

由輕剛結(jié)構(gòu)作骨架，多層組合的輕體墻作外圍護結(jié)構(gòu)，經(jīng)裝飾和裝修而成的房屋，簡稱輕鋼建筑 。

特點

輕便、精確，成型方便、快速，便于工業(yè)化生產(chǎn)、運輸，施工和安裝均較方便，可大量使用非專業(yè)人員，工期短、造價低。用材上與通常熱軋型鋼截面相比，在同樣截面積下，薄壁型鋼截面具有較大的回轉(zhuǎn)半徑和慣性矩，用作受彎和受壓構(gòu)件時，可提高構(gòu)件的承載能力和剛度，可節(jié)約鋼材。

輕鋼建筑主要支承構(gòu)件

由厚度1.5－5mm的薄鋼板經(jīng)冷彎或冷軋成型的薄壁型鋼及其制品所構(gòu)成。型鋼的同一截面各部分的厚度都相同，截面各轉(zhuǎn)角處呈圓弧形。薄壁型材還包括厚度1.2mm以下各種型式的壓型薄鋼板，它的制品往往具有支承和圍護兩個方面的功能。另外，采用小截面型鋼如角鋼、管鋼、槽鋼、扁鋼和圓鋼等組成的構(gòu)件，或與薄壁型鋼組成的構(gòu)件，亦經(jīng)常用作輕剛結(jié)構(gòu)的支承構(gòu)件

國外行業(yè)發(fā)展

國外主體結(jié)構(gòu)主要采用高強度，冷扎彩板、鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板；國外圍護結(jié)構(gòu)主要采用鍍鋁鋅板或不銹鋼板

國內(nèi)行業(yè)發(fā)展

輕剛結(jié)構(gòu)在我國已進入快速發(fā)展時期，已在工業(yè)建筑中得到廣泛的應(yīng)用，輕鋼住宅已成為輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的新領(lǐng)域和新的增長點，但與國外的發(fā)展水平相比，無論在建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是在制作安裝技術(shù)方面，我們都有很大的差距。但是由于現(xiàn)在鋼材供應(yīng)充足，價格較低，輕鋼結(jié)構(gòu)已不再是造價比混泥土貴的結(jié)構(gòu)型式。其用鋼量一般在20%－50%每平方米，綜合造價已和混泥土結(jié)構(gòu)持平，且多數(shù)情況下還低于傳統(tǒng)的混泥土結(jié)構(gòu)，并具有施工快、建筑美觀的競爭優(yōu)勢。越來越多的建設(shè)單位已認識到輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，逐漸成為工業(yè)建筑首選的結(jié)構(gòu)形式，在多層民用建筑中也已得到了認同。

應(yīng)用范圍

高新技術(shù)企業(yè)、倉儲、輕型工業(yè)廠房、商場、展廳、體育館、候車室等大跨度公共建筑，多層工業(yè)廠房、學校、醫(yī)院、辦公、娛樂等多層公共建筑以及超市、零售、百貨等改擴建建筑

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)

定義

門式剛架是指采用門式剛架為主承重結(jié)構(gòu)，壓型鋼板為圍護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系。

特點

造價低、重量輕、安裝方便、施工周期短

應(yīng)用范圍

廠房、倉庫、超市、體育及娛樂設(shè)施等大跨度建筑

主要建筑材料

焊接h型鋼、彩色壓型鋼板

行業(yè)政策

國家已經(jīng)頒布了《門式輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（cecs102：l98）

現(xiàn)狀及前景展望

我國已建成的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)房屋已達800多萬m2，而且以每年約100 m2的速度增加。

工程實例

72m北京西郊機庫

68m沈陽桃仙機場機庫

60m江南造船廠倉庫

60m大連北糧糧庫

60m長沙長途汽車站

72m大連南關(guān)嶺糧庫

薄壁鋼板拱殼屋面結(jié)構(gòu)體系

定義

薄壁鋼板拱殼屋面結(jié)構(gòu)體系是一種采用彩色鋼板現(xiàn)場雙向滾壓成型的屋面結(jié)構(gòu)體系，　　　　

這種屋面是將單層彩色鋼板滾壓成有折皺槽形板帶，二次滾壓成設(shè)計跨度的弧形板帶，板帶之間通過機械咬合鎖邊形成整體屋面。

特點

無梁、無拄、無鉚釘螺栓，施工速度快，用鋼量省，集承重和圍護于一體

雙向抗力，受力形式比較合理。拆裝方便。

應(yīng)用范圍

廠房、倉儲、商業(yè)、農(nóng)業(yè)和機庫

行業(yè)政策

空。 　

主要建筑材料

彩色涂層熱鍍鋅鋼板帶

現(xiàn)狀及前景展望

這種結(jié)構(gòu)形式于90年代初期傳入國內(nèi)，國內(nèi)已有多個廠家開發(fā)了專利產(chǎn)品和成型機組，屋面結(jié)構(gòu)主要采用圓弧拱體系，有落地和非落地兩種形式，多采用無窗封閉式屋面，已建成壓型鋼板拱形結(jié)構(gòu)工程的建筑面積約２５０萬平方米，年增長量達１００萬平方米以上。

目前還沒有統(tǒng)一的設(shè)計方法，對設(shè)計和施工中存在的問題認識不足，工程事故不斷，有關(guān)部門正組織編制相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程。

　　但由于該結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟效益，因此仍有廣闊的應(yīng)用前景。

目前問題

　　拱形屋面結(jié)構(gòu)所要考慮的主要問題，是拱殼的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性分析。由于拱殼的內(nèi)力分布狀態(tài)和變形特征對缺陷極為敏感，工程實踐表明，截面折皺雖然加強了局部穩(wěn)定性，但對整體失穩(wěn)影響很大，特別是受半跨雪載及在風吸力作用時整體穩(wěn)定性更突出，此外拱腳報力對下部結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求，拱形屋面與下部結(jié)構(gòu)的相互作用也對拱的穩(wěn)定性有很大影響，拱形屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析計算理論還有待于進一步研究和完善。

多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)

定義

多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)主要是指采用焊接或熱軋Ｈ型鋼為主要承重框架結(jié)構(gòu)，由壓型鋼板組合樓蓋、輕質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔斷配套組合而成的結(jié)構(gòu)體系，優(yōu)勢設(shè)置支撐提高側(cè)向穩(wěn)定性。

特點

布局靈活，凈使用面積大

外型設(shè)計自由美觀

設(shè)計制造安裝周期短

結(jié)構(gòu)抗震能力強，采用＋組合樓蓋可保證鋼梁的整體穩(wěn)定性，提高梁的剛度和承載力

應(yīng)用范圍

住宅

多層工業(yè)廠房

學校、醫(yī)院、辦公、娛樂等公共建筑

超市、零售、百貨等商業(yè)建筑

舊建筑加層、改擴建等

主要建筑

材料

主結(jié)構(gòu)采用熱軋或高頻焊接Ｈ型鋼或方、圓管構(gòu)件

樓面結(jié)構(gòu)采用壓型鋼板－現(xiàn)澆混凝土組合樓板

圍護體系采用彩色金屬夾芯鋼板、玻璃幕墻及各類輕質(zhì)填充砌快

行業(yè)政策

標準規(guī)范

國家鼓勵發(fā)展多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)及其配套建材,《國家建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)“十五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃綱要(草案)》中指出，“十五”期間，應(yīng)以多層鋼結(jié)構(gòu)房屋為突破點。使我國鋼結(jié)構(gòu)登上一個新的臺階，當前條件已經(jīng)具備，問題在于引導。

多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)為《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(gbjl7_88)，中國工程建筑標準化協(xié)會組織編制的《輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》正在報批中。

技術(shù)要點

　　多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)按空間剛架分析設(shè)計，無柱間支撐按有側(cè)移框架設(shè)計，柱截面采用h形或箱形，梁為工形實腹梁，主梁和柱間剛接或鉸接，主次梁間宜鉸接；組合樓蓋可采用壓型鋼板或預(yù)制板疊合樓蓋。樓層粱宜按組合梁設(shè)計，栓釘?shù)瓤辜艏臄?shù)量和大小應(yīng)按受力要求布置，如不考慮組合作用，可按構(gòu)造要求布置栓釘?shù)瓤辜艏?。采用蜂窩梁即能提高截面利用率也為設(shè)備管道提供通過空間，關(guān)于蜂窩梁的設(shè)計和計算，國內(nèi)尚無明確規(guī)定，但有國內(nèi)外試驗研究資料可供設(shè)計參考。柱間支撐、墻面支撐和屋面支撐傳遞吊車縱向力及應(yīng)按抗風、抗震和構(gòu)造要求設(shè)計。新型壓型鋼板密肋組合樓蓋支承在梁的加寬下翼緣(s1imdek)，梁肋之間可布置設(shè)備管道，梁板總體結(jié)構(gòu)高度僅300mm，也改善了梁的防火性能，但需要解決梁的抗扭設(shè)計問題。

現(xiàn)狀及前景展望

1997年和1998年馬鞍山鋼鐵股份有限公司、萊蕪鋼鐵股份有限公司和鞍山第一軋鋼廠建成三條生產(chǎn)線開始生產(chǎn)h型鋼，設(shè)計能力為140萬噸，規(guī)格為h＝100mm_700mm。2000年產(chǎn)量預(yù)計達到40多方噸。上海大通公司于1997年5月開始生產(chǎn)高頻焊接輕型h型鋼，并投放市場，已在新疆庫爾勒市金風信用社住宅樓試點工程中應(yīng)用。結(jié)合我國的國情，增大國內(nèi)需求，增加人民的住宅條件，輕型多層鋼結(jié)構(gòu)房屋輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅，成為我國目前鋼結(jié)構(gòu)的熱點。

五.輕鋼結(jié)構(gòu)住宅B.U.B.體系介紹

　　多年來，中國經(jīng)濟保持著高速增長，國內(nèi)住宅市場的增長勢頭持續(xù)強勁。國產(chǎn)鋼材性能與產(chǎn)量為鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化提供了基本條件。在國家產(chǎn)業(yè)政策的推動下和房產(chǎn)商開發(fā)理念轉(zhuǎn)變的影響下，鋼結(jié)構(gòu)已突破工業(yè)建筑和高層辦公樓的狹小范圍，成功地進入了龐大的住宅領(lǐng)域。

　　上海同基鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)有限公司憑借在鋼結(jié)構(gòu)及住宅領(lǐng)域設(shè)計、施工與軟件開發(fā)的多年經(jīng)驗，借鑒吸收國外的工業(yè)化住宅體系技術(shù)，研究完成了適合我國國情的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系：B.U.B.。該體系已成功運用于廣東、浙江、上海、江蘇等多個大型項目。目前，相關(guān)軟件的開發(fā)也正在展開。

　　B.U.B.體系作為一種新型輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系有著許多特點：

第一， 實現(xiàn)了模數(shù)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、標準圖構(gòu)件、裝配式施工

第二， 作為全螺栓輕鋼框架的結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)防腐抗火、建筑耐久性能上優(yōu)于北美的墻板式體系，并滿足中國的規(guī)范要求。

第三， 無混凝土濕作業(yè)、無現(xiàn)場焊接作業(yè)，大大降低了現(xiàn)場手工作業(yè)的強度，并有利于控制施工質(zhì)量和更快速的施工。

第四， 大幅提高得房率，顯著增加住宅的內(nèi)在價值。

第五， 抗震、保溫、隔音等性能優(yōu)于普通住宅結(jié)構(gòu)體系。

第六， 建筑裝飾性強，室內(nèi)外裝飾效果高于磚混結(jié)構(gòu)建筑。且具有多樣性。

第七， 經(jīng)濟適宜性強，可適用高、中、低檔次的住宅建筑。

　　B.U.B.與其它結(jié)構(gòu)的性能對比：

（一）鋼結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)對比

1.鋼結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)越性

1，結(jié)構(gòu)材料各向同性，符合力學假定，提高了設(shè)計精度。

2，建筑布置靈活。輕質(zhì)高強，簡單實現(xiàn)大跨度與復雜結(jié)構(gòu)。在梁高相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)開間可比混凝土大50%。

3，抗震性能好。建筑總質(zhì)量小，地震力小，且延性好。歷次大地震都證明了這一點。

4，質(zhì)量易于保證。由于工廠化加工制作，精度高，與混凝土相比，更易符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

5，得房率高。因為構(gòu)件截面小，建筑面積中，結(jié)構(gòu)占用的部分少。

6，容易變更。房屋設(shè)計建造中，業(yè)主要求的變化容易實現(xiàn)。

2.經(jīng)濟性能的優(yōu)越性

1，鋼結(jié)構(gòu)自重輕，可降低基礎(chǔ)造價，在軟土地區(qū)優(yōu)勢尤其明顯。

2，強度高，相應(yīng)梁柱等構(gòu)件截面小，可增加建筑有效使用面積5~7%。增加房屋內(nèi)在價值。

3，施工速度快，工期縮短40%以上?？墒菇ㄖ缤度胧褂?，使房產(chǎn)開商的資金周轉(zhuǎn)加快接近1倍，同時資金使用成本也大大降低。

4，同樣樓層凈高條件下，鋼結(jié)構(gòu)維護墻體面積小，節(jié)約空調(diào)所需能源。減少維護費用。

5，干式施工，避免污染環(huán)境帶來的風險。

6，鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕，建筑材料綜合運輸費用低。

（二）B.U.B.梁柱體系與美式墻板體系對比

1，建筑自由度

梁柱式：建筑立面、平面布置自由，輕易實現(xiàn)空曠與大跨空間。

墻板式：開孔、開窗等限制多。

2，結(jié)構(gòu)受力

梁柱式：經(jīng)典力學模型，傳力途徑單純清晰，不限制建造層數(shù)。

墻板式：力學模型含糊，最高可建造2層。

3，構(gòu)件截面

梁柱式：管截面是抗火、防銹性能優(yōu)良的截面。

墻板式：冷彎C型鋼是易銹不耐火截面。

4，規(guī)范滿足

梁柱式：滿足中國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范和住宅規(guī)范。。

墻板式：板件厚度小，不滿足現(xiàn)行中國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范。

5，防腐性能（在同等防護條件下）

梁柱式：合適的鍍、涂層材料，防銹可達50年以上。

墻板式：最大設(shè)計使用年限不超過20年。

6，建筑裝飾性

梁柱式：可完全做到其它磚混結(jié)構(gòu)建筑能達到的裝飾效果。

墻板式：建筑裝飾性差。

7，經(jīng)濟適宜性

梁柱式：可適用不同檔次建筑。

墻板式：適應(yīng)性差。

　　上海同基鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)有限公司的B.U.B.的研發(fā)成功結(jié)束了我國沒有裝配式梁柱輕鋼住宅完整體系的歷史。改變了鋼結(jié)構(gòu)建筑在傳統(tǒng)認識中的單調(diào)、冰冷感覺。它充分尊重建筑設(shè)計師的自由發(fā)揮，實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅的人性化居住。作為一種完全環(huán)保的住宅體系，它已成功應(yīng)用于多個大型項目。

六.輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展探討

摘要：本文概述了輕鋼建筑的結(jié)構(gòu)方案、特點、用途，并介紹了國內(nèi)外輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展

輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑是相對于普通鋼結(jié)構(gòu)建筑而言的，主要是指以輕型冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻焊接型鋼、薄鋼板和薄壁銅管、輕型熱軋型鋼為主要受力構(gòu)件的低層和多層建筑。

　?。ㄒ唬≥p鋼建筑的結(jié)構(gòu)方案

　　1.1　輕鋼建筑的分類

　　1.1.1　低層輕鋼建筑低層輕鋼建筑指兩層或兩層以下的輕鋼建筑，主要有實腹式門武剛架或排架，也可采用格構(gòu)式構(gòu)件。其各根剛架靠墻梁、模條和各類支撐連接，構(gòu)成空間的承力體系。門式剛架輕型建筑是我國當前最常見和最受歡迎的輕鋼建筑形式，在國內(nèi)低層金屬建筑中占壟斷地位，也是人們通常印象中的輕鋼建筑。門式剛架可布置為柱底鉸接、柱底剛接。單跨、多跨、高低跨、屋面單坡、多坡、無夾層、有夾層等結(jié)構(gòu)形式，不受尺寸限制，布局靈活，使用空間大。低層輕鋼建筑的主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)、支撐體系。維護體系形成一個空間三維的承力體系而共同工作，空間剛度好，適宜于建造工業(yè)廠房、商業(yè)樓、綜合樓、倉庫、機庫、候車室等大空間建筑。

　　1.1.2　多層輕鋼建筑多層輕鋼建筑為12層及12層以下的居住建筑、高度小于24m的公共建筑和高度小于20m的工業(yè)廠房、抗震設(shè)防烈度為6－8度的乙類及丙類的鋼結(jié)構(gòu)建筑。目前，多層輕鋼住宅尚處于開發(fā)研究階段，公共建筑，如工業(yè)廠房類和綜合樓類多層輕鋼建筑則較為常見。多層輕鋼建筑適宜采用三維框架體系，亦可以采用平面剛架體系，采用平面鋼架體系需要加強各報剛架的連接與支撐。輕鋼建筑自重輕，自振周期較長，對地震作用不敏感，但框架體系側(cè)向剛度較小，須設(shè)置各種側(cè)向支撐，或結(jié)合電梯井的布置，采用抗剪級架結(jié)構(gòu)、抗剪網(wǎng)架墻體、抗剪鋼板剪力墻、鋼混剪力墻體系等，確保對結(jié)構(gòu)水平位移的嚴格控制。多層輕鋼建筑主要選用高頻焊接和熱軋H型鋼。普通或輕型熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、薄鋼板焊接件等構(gòu)件。

　　1.2　輕鋼建筑的樓面結(jié)構(gòu)

多層輕鋼建筑的樓板或門式剛架低層輕鋼建筑的夾層樓板必須有足夠的剛度、強度和整體穩(wěn)定性，同時宜采用技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重，提高施工速度。常用的樓板有如下形式：鋼筋混凝土平板樓蓋。預(yù)應(yīng)力平板樓蓋、梁板式樓蓋、壓型鋼板組合樓蓋。

　　1.3　輕鋼建筑的支撐體系、

　1.3.1　門武剛架結(jié)構(gòu)中的支撐體系門式剛架結(jié)構(gòu)需要采用各種可靠的支撐結(jié)構(gòu)以加強穩(wěn)定性及力的可靠傳遞。支撐形式主要有：

（1）對角支撐：設(shè)置于屋面、側(cè)墻以及端墻，用于抵抗風力和吊車荷載，采用兩端帶螺紋的抗拉圓鋼，也可以采用角鋼。

（2）連系梁：剛架受壓翼緣的平面外剛度較小，采用角鋼或模條連接主剛架受壓翼緣，防止受壓翼緣平面外局部失穩(wěn)。

　　1.3.2　多層輕鋼結(jié)構(gòu)中的支撐體系多層框架鋼結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度較弱，為了抵抗水平地震作用，減少層間位移，應(yīng)在墻體內(nèi)布置槽鋼或角鋼結(jié)構(gòu)的垂直支撐，并按拉桿進行設(shè)計。為了開設(shè)門窗的方便或滿足特別的需要，可以采用靈活的支撐形式，如X型、單斜杠型、K型、M型、W型、V型、人型支撐等。為了抗震，一般多采用偏心支撐。

　　1.4　輕鋼建筑的圍護體系

輕鋼建筑的墻體應(yīng)采用輕質(zhì)材料。墻體主要有2類：（1）非承重式輕型墻體，如壓型彩鋼板加輕型保溫隔層墻體、壓型彩鋼夾芯板、玻璃纖維增強水泥外墻板以及玻璃幕墻等。（2）承重式輕型墻體，主要采用各類輕質(zhì)填充材料，如空心砌塊、加氣混凝土塊、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土多孔板、壓型鋼板、鋼網(wǎng)塑料墻板、輕鋼龍骨加面板墻體等，底層墻體也可以采用普通的新土磚砌體。屋蓋結(jié)構(gòu)一般采用有植條體系，也可采用輕型折皺波紋鋼板蓋、輕型網(wǎng)架、輕型組架加鋪輕質(zhì)保溫層和壓型彩鋼板。

　　1.5　柱腳基礎(chǔ)形式

輕鋼建筑較一般磚混建筑輕，所以，基礎(chǔ)可以做得較小，以柱下獨立基礎(chǔ)為主。荷載較大時，采用條型、十字型甚至片筏基礎(chǔ)，盡量避免柱下打樁?；A(chǔ)梁采用現(xiàn)澆或預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用鋼梁時，可外包防水混凝土。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)中，柱腳可設(shè)計為鉸接，也可為剛接；多層框架輕鋼結(jié)構(gòu)中，為增加側(cè)向剛度，柱腳宜設(shè)計為剛接形式。

　　1.6　節(jié)點構(gòu)造

　　梁柱和梁的節(jié)點可以做成剛接、鉸接和半剛接3種形式，由于半剛接難以控制，故應(yīng)結(jié)合實驗才能采用。以焊接和高強螺栓連接為主，螺栓連接時，可采用端板連接、拼板連接、角鋼夾片連接等形式，并盡量保證梁和柱在截面強軸方向采用剛接形式、弱軸方向采用鉸接形式。

（二）輕鋼結(jié)構(gòu)的特點

　　2.1　批量生產(chǎn)

輕型門式剛架被稱為工業(yè)化全裝配式結(jié)構(gòu)，從屋面、墻面、墻架、保溫層和承重結(jié)構(gòu)，形成完整的體系，具有高度的系列化和裝配化，可以像其它商品一樣批量生產(chǎn)。有完善的報價、設(shè)計系統(tǒng)和制作上的程序管理，供貨迅速。

　　2.2　方便靈活

輕型建筑外型設(shè)計和彩鋼板的色彩選擇自由，外形美觀，內(nèi)部空曠，可以隨意布置大開間、大跨度或大柱距的建筑平面，非承重墻體的設(shè)計靈活，室內(nèi)分區(qū)更符合實用要求，可以任意分隔。

2.3重量輕

輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的重量是混凝土結(jié)構(gòu)的1／8 ～1／10，是普通鋼結(jié)構(gòu)的1／2～1／3；圍護結(jié)構(gòu)采用壓型金屬板，用鋼量為3～15kg／m2，節(jié)省材料；對基礎(chǔ)要求低，造價相對低廉，特別對輕型廠房和倉庫類建

筑，有較好的經(jīng)濟效益；對地震區(qū)、地質(zhì)條件差和運輸不便的地區(qū)，其優(yōu)越性更為明顯。

　　2.4　安裝方便，施工速度快

輕鋼建筑從設(shè)計、安裝到投人使用周期很短，使得投資者可以較快地得到回報。不需大型起重設(shè)備，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和圍護結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場采用螺栓、自攻螺絲、拉鉚釘連接，焊接工作量少，無濕作業(yè)，不受季節(jié)影響?，F(xiàn)代輕鋼建筑的設(shè)計、制造和安裝惜助于計算機技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)手段，具有極高的效率和精確度。優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件容許設(shè)計師按用戶定制的概念設(shè)計產(chǎn)品，輕鋼結(jié)構(gòu)的每一個部件都被細化到基本單元并適當?shù)貥藴驶?，大量的標準部件的出現(xiàn)使得優(yōu)化設(shè)計也可以進行。

　　2.5　能夠更好地利用自然光線

輕鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大量使用采光帶，既滿足生產(chǎn)中對光線的要求，又降低了造價。

?。ㄈ≥p型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍

　　3.1　單層工業(yè)廠房

用輕型鋼結(jié)構(gòu)建造單層工業(yè)廠房，結(jié)構(gòu)輕巧、明亮，美觀大方，一改過去工業(yè)廠房笨重、呆板的模式。用輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架建造大、中型廠房，可設(shè)置1－3t的懸掛吊車，或起重量小于20t的中輕級工作制的單梁或橋式吊車，可滿足一般生產(chǎn)需要。

　　3.2　單層庫房

利用門式鋼架建造的庫房外形美觀，庫內(nèi)空間大，適用于碼頭倉庫和工廠的各種庫房。

　　3.3　現(xiàn)代商業(yè)、文化娛樂設(shè)施和體育館

各種商業(yè)建筑如超級市場、貿(mào)易中心、農(nóng)貿(mào)綜合市場以及各種商業(yè)城，要求建筑物跨度大，視野開闊。這些建筑最合理的結(jié)構(gòu)形式就是輕型門式剛架，它具有興建快、改建或轉(zhuǎn)向容易、造價低和適應(yīng)性強等特點。

　　3.4　多層工業(yè)廠房

受工藝條件限制，多層工業(yè)廠房大多具有以下特點：體型復雜不規(guī)則；活荷載大，并伴有動力荷載，而且分布不均勻；層高變化大，不均勻；樓板開洞率高。這些都給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來一定難度。輕鋼結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)“輕”這一特點，且抗震性能好，在多層工業(yè)廠房中發(fā)展和應(yīng)用輕鋼結(jié)構(gòu)，將是今后的發(fā)展趨勢。

　　3.5　輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅

在住宅建設(shè)中采用鋼結(jié)構(gòu)承重，可使住宅建設(shè)用材更趨多樣化。鋼結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件更適于系列化、標準化和工廠規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品成本低、建設(shè)周期短。鋼結(jié)構(gòu)住宅更能節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材，提高住宅功能質(zhì)量，優(yōu)化居住環(huán)境，能促進我國住宅建設(shè)工業(yè)化水平的提高。

　　3.6　舊建筑的翻修改造與加層

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，舊建筑的翻修與改造業(yè)務(wù)將不斷增加，如輕質(zhì)隔墻、高級裝修的內(nèi)外墻面、在原建筑物上加層等，都離不開輕鋼結(jié)構(gòu)。

　?。ㄋ模鴥?nèi)外輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展及現(xiàn)狀

　　4.1　國外輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展概況

國外輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展較早，最初用于建造私人汽車庫等簡易房屋。第二次世界大戰(zhàn)時期，由于戰(zhàn)爭的需要，一些營房和庫房用輕鋼結(jié)構(gòu)建造。上個世紀60年代以來，國外建筑鋼材的發(fā)展有了很大突破，色彩豐富而耐久的彩色壓型鋼板的出現(xiàn)，H型鋼和冷彎型鋼的問世，極大地推動了輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。業(yè)主不是帶著圖紙委托加工，而是向承包商定購某種輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，承包商可在短時間內(nèi)按業(yè)主要求建成，并交付使用。這種高質(zhì)量的快速供貨方式，使業(yè)主感到十分滿意，輕鋼結(jié)構(gòu)得以迅速發(fā)展。目前，歐美各國建造的非居住單層建筑物中，輕鋼結(jié)構(gòu)約占50％以上，日本新建的1－4層建筑大多采用輕鋼結(jié)構(gòu)。外國輕鋼公司大部分都具有自己的輕鋼結(jié)構(gòu)系列，各公司的輕鋼結(jié)構(gòu)系列大同小異。

　　4.2　我國輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀

我國輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑起步于上世紀50年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，取得了長足的進步，但由于各種原因，我國輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展受到制約。改革開放以來，我國鋼產(chǎn)量大幅度增加，品種質(zhì)量不斷提高，各種壓型金屬板的出現(xiàn)為輕型鋼結(jié)構(gòu)提供了色彩豐富。輕質(zhì)而耐久的材料。尤其是建筑用金屬壓型板具有工業(yè)化生產(chǎn)、快速施工、安裝維修方便以及防水。耐久等特點，適應(yīng)不同氣候條件和多種功能需要，為發(fā)展輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了必要條件。與輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑配套使用的輕質(zhì)高效保溫材料也有較快的發(fā)展，品種不斷增加，質(zhì)量逐步提高。上個世紀80年代以來，我國已能生產(chǎn)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑所需的各種連接件、零配件、密封和嵌縫材料等，這些也為鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展提供了條件。1998年前后，建設(shè)部標準定額司陸續(xù)下達了國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的修訂任務(wù)，目前已完成征求意見稿，并在進行試設(shè)計工作，估計年內(nèi)可以完成規(guī)范送審稿，并召開規(guī)范審查會議。與此同時，輕型鋼結(jié)構(gòu)委員會正在編制國家推薦性標準《輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《金屬拱型波紋屋蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，《冷彎薄壁型鋼應(yīng)力蒙皮設(shè)計規(guī)范》和《矩形鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，為輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展提供了技術(shù)規(guī)范。自1998年起，國內(nèi)開始對鋼結(jié)構(gòu)住宅進行研究，調(diào)查了國外鋼結(jié)構(gòu)住宅的工程實例，對住宅鋼結(jié)構(gòu)體系進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，綜合我國材料供應(yīng)、勞動力價格以及我國居住建筑現(xiàn)狀、未來預(yù)測和政策導向等多方面因素，把多層結(jié)構(gòu)體系選定為熱軋H鋼框架和鋼筋混凝土剪力墻的組合結(jié)構(gòu)，樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板（可以以壓型鋼板為模板）或預(yù)制多孔板。該結(jié)構(gòu)體系的特點是水平力（地震或風荷載）大部分由鋼筋混凝土剪力墻承擔，發(fā)揮了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗側(cè)向力性能好的優(yōu)勢，而垂直荷載大部分由鋼框架承擔，這可使鋼框架內(nèi)力較小，鋼構(gòu)件截面較小，用鋼量較少，建筑及裝修比較容易，為多層及小高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)提供了良好的思路?？傊?，我國輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展正面臨著前所未有的大好機遇，必將帶動建筑業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進建筑結(jié)構(gòu)向輕型化、系列化發(fā)展。輕鋼結(jié)構(gòu)的普及將提高我國鋼結(jié)構(gòu)建筑總體水平，是我國現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

參考文獻：

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〔3］李國強．我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要問題［J］．建筑結(jié)構(gòu)學報，1998，19（1）：24－32．

［4］宿明彬，周槐松．輕鋼結(jié)構(gòu)房屋屋面系統(tǒng)概述〔J］．鋼結(jié)構(gòu)，1999，14（2）：43－48．

七.大跨輕鋼結(jié)構(gòu)廠房降低用鋼指標的措施

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　　某單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房,平面尺寸48×80m,設(shè)計要求室內(nèi)空間盡量簡潔,室內(nèi)盡量少設(shè)柱少阻滯,以便于工藝流程的安排,并盡量降低用鋼量,突出個"輕"字。在充分研究國內(nèi)外工程實例后,我們決定采用兩跨連續(xù)　　架結(jié)構(gòu),每跨24米,柱間采用12米間距,柱間不設(shè)托架或托梁,而直接采用12米跨度的S型冷彎鋼檁條,屋面采用大型壓型夾心鋼板(自重為36kg/m2),檁條間距2米。(廠房平面和剖面如圖1所示)。

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　　2.1 采用12米大柱距,大跨度檁條

　　與6米柱距相比,室內(nèi)柱數(shù)量減少了一半,一方面在使用功能上提供更加靈活的室內(nèi)空間;另一方面,由于　　架數(shù)量減少了將近一半,雖然每榀　　架的構(gòu)件截面和重量有所增加,冷彎S型檁條的重量也有所增加,但總用鋼量卻有所減少。表1列出了6米柱距和12米柱距兩種情況下用鋼量的比較。從表中可以看出,即使采用簡支檁條,12米柱距方案總用鋼量仍略低于6米柱距方案,而檁條采用連續(xù)接點后,總用鋼量下降了13%。

　　2.2 檁條節(jié)點的連續(xù)化處理

　　一般情況下,檁條都是在屋面梁或屋架上弦做鉸結(jié)點,這種結(jié)點做法十分方便,但檁條跨中彎矩峰值和變形都較大,如圖—2所示。為了降低彎矩峰值和變形,設(shè)計中將檁條連接點設(shè)于跨中1/4處(考慮到連續(xù)梁適當?shù)乃苄哉{(diào)節(jié)作用,設(shè)計時即假定該點的彎矩為零點)。檁條分為梁上檁條(長4米)和跨中檁條(長8米)兩種,其連接構(gòu)造、彎矩分布如圖2所示。S型冷彎檁條是在工廠加工后運到現(xiàn)場安裝的,在加工過程中已鉆好連接孔,現(xiàn)場安裝時,先將梁上檁條就位,再安裝跨中檁條,然后用螺栓鎖定即可。為使檁條在跨中連接點能承受少量的彎矩,采用了兩點螺栓連接。與12米長度的簡支檁條相比,每段8米和4米的長度在運輸方面要方便許多。

　　2.3　門架之間梁結(jié)點的連續(xù)化處理

　　本工程剛架之間的屋面梁跨度較大,設(shè)計中用高強螺栓通過柱頂端將屋面梁處理成為連續(xù)梁,同時又為內(nèi)排水放置天溝 提供了位置(柱頂上),高強螺栓連接同時為今后邊跨的擴建提供便利的連接孔和排水天溝(擴建后外天溝成為內(nèi)天溝),從而使廠房能不斷順利"生長"。

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　　本工程設(shè)計強調(diào)了"連續(xù)化"的概念,正是由于"連續(xù)化"的處理方法,為廠房的設(shè)計帶來了使用上方便和用鋼量的降低。(見表1)隨著計算技術(shù)的不斷提高和設(shè)計經(jīng)驗的不斷增長,連續(xù)的超靜定結(jié)構(gòu)應(yīng)進一步地被引入到廠房的設(shè)計中來。