摘要：通过对轻轻型钢结构的基本状况和发展轻轻型钢结构的特点了解，介绍了轻型轻型钢结构的设计原则，进而对轻轻型钢结构的刚度、整体稳定性、高强度螺栓连接、支撑、焊缝等方面的设计进行了论述。
关键词：轻型轻型钢结构设计；刚度；稳定性；连接
Abstract: based on the basic condition of steel structure gently and gently steel structure characteristics of the development of understanding, introduces the light of light steel structure design principle, and then to steel structure stiffness, gently overall stability, high strength bolt connection, support, and weld in design are discussed in this paper.
Keywords: light of light steel structure design; Stiffness; Stability; connection
中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：
引言： 轻型钢结构在高层建筑使用已经几十年。轻型钢结构建筑的许多优点,比传统的混凝土结构、砌体结构等,它具有性能稳定、强度高、质量轻、抗震性能好、施工可厂方制造现场装配,不仅加快了施工进度,能大大缩短施工周期，而且基本的成本低,材料可回收再生、节能、节地、节水。作为一种绿色环保建筑,近年来,轻型钢结构建筑被列为重点推广项目。由于炼钢技术和成型制造技术日益成熟,它给用轻型钢结构工程带来了新的生命,工程建设也不断增加,因此,它将不断完善自身的轻型钢结构的设计。一、轻型钢结构工程设计原则 1、轻型钢结构的稳定设计
轻型钢结构的一个突出问题就是稳定性。在各类轻型钢结构中,都会遇到稳定性问题。对这种问题,将造成严重的后果。所以,我们轻型钢结构设计必须掌握稳定设计。目前,轻型钢结构出现在失稳的事故是由于设计师的缺乏经验、结构和成分的稳定性的概念,使总体结构设计中存在的薄弱环节的稳定性设计。另一方面是由于新出现的结构,如空间网架、网壳结构,设计了如何设计还没完全理解。
2、结构计算简图和计算方法的简图相一致
框架结构的稳定性计算是非常重要的,目前在设计单层及多层框架结构,往往不分析框架的稳定性,而只是框架柱稳定性计算。在使用计算简图这种方法,使用的框架柱计算长度系数稳定,整体稳定分析框架应当是通过使稳定性计算框架稳定计算效果。然而,实际的框架不同的,而且设计为了简化计算工作,需要设置一些典型的条件。
二、轻型钢结构的设计
1、刚度设计
国标GBIl7 - 88《钢结构设计规范》多层架与重级工作制吊车的厂房变形控制要求一个明确的规则。对于普通的单层结构、国标CECSIO2:98《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》作出了明确规定。构造变形主要涉及适应性的问题,系统总体结构安全涉及不太深。与单一轻钢结构屋面通常不上人。设计时轻钢结构厂房变形控制是可适当放宽。放松变形对那些主要由变形控制架构是非常重要的经济意义。
2、整体稳定设计
2．1框架构件设计
整体稳定系数计算公式：
（1）
式中：Φb一梁整体稳定系数；
βb―梁整体稳定等效弯矩系数；
λy―梁侧向支撑点间对接弱轴的长细比；
Wx―按受压纤维确定的梁毛截面抗矩；
A―梁毛截面面积；
h―梁截面全高；
tw―梁受压翼缘厚。
由式(1)知，构件整体稳定承载能力与λ²y成反比。由于λy与受压翼缘的自由长度Ly，成正比，故解决整体稳定最经济有效的办法是对受弯构件的受压翼缘增加侧向支撑以减少Ly。因为在轻型钢结构设计中，由于檩条彩板屋盖结构的檩条的侧向支撑作用(檩条间距一般为l200―1500mm)，梁的整体稳定往往有保证。这样就可以不必为整体稳定而加宽翼缘，增加用钢量。设计时还应注意，檩条只能约束屋面梁上翼缘和柱外翼缘。但是由于轻型钢结构屋面往往较轻，风荷的改变往往会改变内力的方向，因此粱下翼缘及柱内翼缘也都存在受压的可能。对于这种情况，设计时可在构造I通过设置隅撑来解决(隅撑一般可用L45×3小角钢)。隅撑连接梁下翼缘(或柱内翼缘)与檩条，使之形成侧向约束，来解决梁下翼缘(或柱内翼缘)的整体稳定。
2．2檩条设计
采用z型、c型檩条时，设计成搭接的连续性檩条而成为连续梁计算模式比以简支梁为模式的效果好。尉为连续梁模式比简支梁模式的刚度大，稳定性优于简支梁。在美国钢结构图纸与技术中，他们计算稳定的自由长度Ly取值是连续梁跨中反弯点之间的长度。它比我国现在一般取的自由长度要小，因此稳定性也优于简支梁。接连续粱模式设计成的檩条，其檩条的拼接处一般都在跨度的三分之一处，现场安装往往会有高空作业。这一点施工时应注意。
3、局部稳定设计
根据弹性理论，四边简支板的临界剪应力为：
（2）
由式(2)知：板的局部失稳临界剪应力与(h／tw) ²成反比，故h／tw越小越好，设计时为了节省钢材就须增大h／tw值以提高构件的抗弯模量。这时解决局部失稳往往可以不必增大腹板厚tw，一般是通过设加劲肋的方法来解决。在国标GBJl7―88《钢结构设计规范》中，h／tw≥80设加劲肋的规定就是基于临界剪应力与抗剪屈服应力相等定出的。这个规定对于普通钢结构是合适的。但对于轻型钢结构，因为荷载较小，往往剪应力也很小，要远远低于抗剪屈服应力。在低剪应力下，即使h／tw≥80也不会产生局部失稳现象。因此设计时，只要剪应力未达屈服剪应力，就可不设加劲肋。但实际设计时往往做不到这一点，往往h／tw≥80时都设加劲肋，这样一般情况下，多用了约10％的钢材。这一点设计轻型钢结构时须考虑。
4、高强度螺栓连接设计
在大跨度、振动的结构中，反向应力较大，甚至正、反向应力基本持平。在这种情况下，建议用摩擦型高强螺栓连接。在别的一般情况下，均可用承压型高强螺栓。但是设计承压型高强螺栓时，亦应注意国标GBJl7―88《钢结构设计规范》之规定：承压型高强螺栓的承载能力不得大于按摩擦型高强螺栓计算出的承载能力的1．3倍。
5、支撑设计
轻钢结构,经常使用交叉式杠杆、花篮螺栓安装支撑体系(拉压杆系统支持经常被用来在重型厂房)。拉压杆支持系统一般很少使用轻钢结构。但拉杆设计支持,实际工程设计中,常常不单独设置此直接压杆,一般来说,加强檩条充当。此外,布局的数量通常支持3 ~ 4列布置的距离。
6、焊缝设计
在设计规范的受力已经明确的焊缝的强度。这里所讲的焊接指梁、柱腹板和翼缘板之间的焊缝。因为这些焊接在轻钢结构制作中占了绝大部分的焊接工作。梁柱腹板的焊缝和翼缘之间是转移主要翼缘和腹板剪切应力之间的。翼缘之间和腹板剪力很小,所以他们可以焊接是非常小的。在美国钢结构施工图,焊缝的处理是单面焊缝的广泛使用,这使得焊接大大减少工作量。自动焊接机能力的一次左右。那么为什么不使用国内施工图单面焊缝吗?究其原因大致有:一是目前国内最轻钢结构的制造商还没有解决单面焊缝不对称变形;二是长设计人员已形成一种习惯,不想改变原有的施工方法。只要很好地解决非对称变形的问题,对梁翼缘之间的单面焊焊缝金属网都可以使用。然而,对于那些力大的重要的部分是必须使用双面焊接,如吊车梁、支架等。
结束语
随着经济的发展，轻型钢结构生产的标准化，轻型钢结构会在建筑市场占据越来越重要的地位。而有关轻型钢结构的设计方法也将越来越科学，从而推动了轻型钢结构的发展。
参考文献
[1]GBJl7―88，钢结构设计规范[s]
[2]编写组、轻型钢结构设计资料集[M]北京：中国建筑工业出版社．1980．
[3]GBJl8―87，冷弯薄壁型钢结构技术规范[s]
[4]CECSL02：98，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[s]