杨福建 杨浩哲
中国建筑第二工程局有限公司 陕西西安 710000
摘要：轻钢结构具有自重轻、抗震性能好、施工效率高等优势，目前在社会上受到较多关注。由于国内技术发展时间较晚，轻钢结构研究还处于初步阶段，设计与施工中存在不足，需要进一步加强研究，推动轻钢结构的发展应用，充分发挥轻钢结构的综合应用优势。
关键词：轻钢结构；房屋建筑；特点；问题；设计及施工
轻钢结构房屋建筑配件制作机械化程度和商品化程度较高，现场施工效率高，属于可持续发展的环保型产品。同时，具有自重轻、抗震性能好，综合经济指标良好等优势。在住宅建筑中，轻钢结构也有大量应用，并且应用范围在不断扩大，具有广阔发展前景。
1.轻钢结构造型设计的力学分析
钢材与其他建材在物理性能上有明显区别，在切面样式上也十分丰富，且轻钢结构轻盈、柔韧，也有足够的构造性能以及可塑造性，钢结构造型设计与施工需要重视结构分析。实际工作中，需要做好力学安排并且要与构造受力有机结合。一般情况下，采用钢结构的建筑，力学总体系会表现出几何特性，整体上表现为顶部集中，底部分散。物理力流是会沿着物体传播，所以，钢结构中杆件的布局也是对物理力的科学引导。如何有效掌控物理力流流向，缩短传递途径，提高传递效率，是钢结构造型选择中的一项重要任务。住宅建筑在承受力以后，各种力会像水流一样，从各处发出，多条细流逐步汇集在一起。力的体系是组织要素，形成关于力的“水流”，其外形、属性会对建筑外观产生重要影响。钢结构住宅探究、完善必须有效运用力学定律。
2.轻钢结构住宅结构体系分析
2.1结构型式
（1）框架体系
在项目建筑平面为矩形的情况下，常设计成纵横向平行、正交相连的框架，采取柱贯通型节点连接方式会相对简单。项目建筑平面为非矩形的情况下，将框架设计为多个方向非正交相连类型，各交汇点处形成的异形节点采用复杂的梁柱节点构件，比如X型、Y型，甚至球型节点构件。
（2）构件断面
抗震建筑框架柱适合采用箱形截面，截面计算刚度较大，采用薄壁型钢或压型钢管通过焊接或螺栓固定的连接方式形成组合结构柱。梁在上文中已提及多采用桁架梁。
（3）梁、柱节点处理
如果使用箱形截面柱，则梁与柱在两个方向连接常采用刚性节点。应用非均向等截面（柱截面高宽比不一致）的结构柱时则采取铰接连接方式将弱轴方向与梁连接，强轴方向与梁的连接仍可采用刚性连接，如此可以更好地适应腹板较薄的情况，满足施工处理要求。节点计算要考虑弯矩和其相对转角之间，一般既不是完全刚性连接也并非完全铰接，多为非线性连接状态，因此设计前提会假定其是完全刚接、完全铰接，以此简化计算过程，按设计需要将刚接节点设计为全焊节点、全栓接节点，或者栓焊混合节点，经过多年工程实践证明此简化计算模型能满足施工需求和结构安全计算要求。
2.2平面布置
（1）次梁布置
在轻钢结构中，次梁虽然不是主要构件，但却是其中数量最多的构件，在结构用钢量上占比较大，合理布置有利于提升结构整体性能，确保荷载传递顺利。设计过程中，次梁两端连接构造要尽量简化，次梁允许一端有悬臂梁，但另一端务必铰接连接主梁，且与楼板形成简支组合梁，确保结构梁体系的承载力提高和减小梁跨，有效控制受力形变。可采用连续组合梁可降低跨中弯矩、挠度，但需采用栓焊法连接主梁，或者将钢盖板设置在钢梁上下翼，单会增加施工焊接作业量。须注意的是，考虑结构优化布置及成本控制，一般在多层钢结构中很少采用井字梁结构，而是依据压型钢板施工中受弯承载力、挠度值确定次梁间距。在采用较高板肋的压型钢板情况下，次梁间距可适当加大。
（2）组合楼盖布置
组合楼盖采用轻钢材料，具有承载力高、刚度大、结构高度小的优势，具有良好的抗震性能和成本经济优势，在建筑施工中受到很大重视。当前组合楼盖主要采取以下几种形式：第一种是最常见的压型钢板组合楼盖，其特点是施工便捷，技术难度低，但结构下表面平整度不足，往往需要增设下部吊顶，综合施工成本较高。第二种是现浇整体组合楼盖，其综合性能良好，但在施工中由于模板安装周期长因此施工效率偏低。第三种为钢筋混凝土预制楼板组合楼盖，相比于前两者，这种组合楼盖形式保证其具备良好力学性能的同时，通过工厂化生产大大缩短了生产安装时间，并且降低了建造成本，这也是近两年国家结合新型施工工艺再次推行装配式建筑的重要原因之一。
（3）支撑布置
一般用角钢或薄壁型钢在墙体平面布置支撑体系，沿纵向、横向均匀布置形成支撑铰接框架，结合门窗布置采用人字型和W型等形式在平面均匀布置加强支撑。
3.施工常见问题的应对措施
3.1构件节点施工
主要内容有框架柱和连续次梁的施工，根据设计要求采取刚性连接方式，采用焊接与高强螺栓预连接的方式实现间接连接节点，在工厂完成螺母的焊接固定处理，工地进行螺栓连接作业即可。若直接采取焊接方式，会存在下料误差、放线偏差等问题，会增加焊接母材间隙，难以保证翼缘焊缝质量，容易出现夹渣和虚焊等问题。
3.2抗剪栓钉焊接施工
应严格按照技术规范进行，确定好焊接电流和时间，合理调节螺栓伸出长度、螺钉提升高度等，施工中严格检验以保证其焊接质量。如果操作上存在偏差，引发孔径超过或挤出焊脚等问题会对栓钉和压型钢板产生不利影响，必须经过点焊固定预检验合格后才可施焊。若出现问题应将焊接完成的栓钉打掉并重新施焊，保证施焊面光洁、平整，存在的凹坑要通过手工焊方式填平。
结束语
轻钢结构住宅已得到市场认可和广泛应用，在具体项目实施中一定会相应涌现出新的技术问题和难点，因此要不断注重研究和经验总结，以此提升设计与施工水平，争取达到国际先进水平，这对我国的建筑行业发展有着不可忽视的重要意义。
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