轻钢结构的发展更是如火如茶,特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。从钢结构制造和施工企业数景的大幅增长就可窥斑,如海市的钢结构制造和施工笮位已由原来的几家下子发展到现在的400多家,毕海的宝钢地区就有近旰家的钢结构制造厂1大好形势下,如何闶势利导,抓好设计和施质慑,这是当前个十分迫切的问。
意点朔件设计及腹板屈曲后强度的利用和蒙皮效应等作概略介绍,利读疗对轻钢结构介1比较全而的解,轻钢结构及其适用范围所谓轻钢结构通常搡指由下列钢材所构成的结构。
①冷弯薄壁型钢结构
②热轧轻型钢结构
③焊接或高频焊接轻型铟钢结构
④轻型钢管结构
⑤板壁较薄的焊抟绀合梁及焊接组合柱而构成的结构
适用范围根据我国自前情况来看,这种结构由于其用途广优势明,大量应用十单层工1厂房多层1业厂房办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。对单层工业厂房而言,通常以只形钢,采用焊接连接作为梁柱,以0形或2形轻钢板作檩条,屋盖系统或楼面系统用压塑彩色钢板作面层,上面可浇混凝土,压型钢板既可作为钢筋,必要时也可以再配钢筋。墙断围护也可采用笮层或夹层压型钢板,夹层板内部可充填各种保温厂。
施工周期短轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由厂制作现场拼接安装,对般规模较小的工业厂房仅需45大至2个月,而若采用钢筋混凝土搦筑则要812个月左右,综合经济效益好施工周期短,可以提前投人使用,提前获取投资效益;采用色彩鲜艳的彩色甩型钢板,美观华丽,改善周边环境的动态感;建筑物本身的自重耔,般情况下不需要做桩基,以节省投资;由于采用了聚苯乙烯泡沫夹心板成中。板加保温棉等措施6,使保温隔热和隔,等效果良好。彩色钢板是以镀锌为基板又用硅作为衣向经两除两烘加工而成,耐久性也较好,根据!前我国的市场价格,轻钢结构的造价已经低于钢筋浞凝七结构,当厂房的跨度越大时,其优势更为明,这也是竞争的大优势。
抗震性能好由于钢结构属于柔性结构重轻,因而能,效地降低地震响应及灾害影响程度,极有利于抗篇=我闽是个多地误区国家,在地震区建筑中应多多推广应用钢结构,必可大大减少地震灾害和人员伤,唐山地震的惨痛教训应予牢记。目前,天津市已正式启动轻钢结构住宅。
⑷宜于拆卸搬迁只业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化,则整个违筑可在很短时间内拆迁,损失极小,而这是钢筋混凝土建筑所无法具备的。
正是由于轻钢结构的诸多优点,而且随着近年来防火防腐新产品的不断出现,已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点,使得它在工业厂房以及民用设施中获得广泛的应用材料选择和设计中的注意事项轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构,其基本计笕理论和后者基本相同。,详细情况可参上海市标准顶08 6897轻钢结构设计规程和中国工程诖设标准化办会标准310298门式钢架轻型圾堵钢结构技术规程,这里仅着,强调几点在用材1.应优先采用矿形钢。它受力合理,拼接方便。加工容易。对于承重结构宜用总巧钢和低合金钢中的巧肘或肘钢,但需注意识35人钢的含碳量不作为交货条件,焊性无保证,故不宜采用作焊接结构。对于板厚大,25,的梁翼缘与柱,现场焊接的梁朴节点不宜,2353.,应尽选用2351或,235 81对尸特别重要结构直选用,2350或Q235Dn比现行1788钢结构设计规范中的规定值提5MPa上海标准,焊缝强度也作了相应调整。
考虑技术进步闪素,将要受力构件的壁厚调小,即在现行爪1887冷弯薄壁型钢结构技术规范中的主要受力构件的壁厚不小于21调整为不小于1.5框架梁柱构件不小于3mm,在风荷载作用下,门式刚架的侧移按0818 87冷弯薄壁型钢结构技术规范规定为柱顶高度的50但在这2个规程中均作了细化规定并作相应调整,但具体数值不尽相同。设计者在使用时宜予以注意。
在设计刚架屋架和檩条等时。应考虑由风吸力作用所引起构件内力变化的不利影响,此时永久荷载分项系数取为1.这规定主要是考虑到当设计的刚架厘架檩条在屋面材料较轻的情况若受风吸力作用,构件内力将会变吁,会出现拉杆变为1;杆的情况。在内力变号时永久荷载起减载作用,若仍将永久荷载分项系数取为1.2,则会造成结构可靠度的降低,导致不安因索,结构或构件的塑性设计及腹板屈曲后强度轻钢结构允许采用塑性设汁,但仅适用于不直接承受动力荷载的固端梁连续梁以及由实腹构件组成的筚层和2层枢架结构,采用塑性设计的结构或构件。按承载能力极限状态设计时,应采用荷载简单的塑性理论进行内力分析。按塑性设计时,钢材和连接的强度设计值应按规程的有关条款规定的数值乘以折减系数9.塑性设截面板件的宽厚比也应符合有关规定。
当通过理论分析和实验确定后,就可用有效宽度来达受压板件屈曲后极限强度,并进而采用有效截面来考虑板件局部屈曲的影响。利用板屈曲后的强度进行结构设计最早于飞机结构中,因为飞机结构设计是在保证定可靠度的前提下以减轻结构重量为目标。在普通房屋建筑钢结构设计中般不允许板件产生局部失稳。而冷弯薄壁型钢,其特点之就是壁薄,壁厚不大于6,以极少的材料加工成为宽展的截面,以提高构件的截面刚度和整体稳定承载力,为此,不得不突破钢结构设计规范,8万788中对板件宽厚比限值的规定,允许板件产生局部失稳,进而利用屈曲后强度的提高。
轻钢结构式刚架是主要的承重结构,般足采用实腹型变截面的柱和梁组成。式刚架的形式可以单坡双坡和多坡,多跨建筑的中间柱多采用铰接的摇摆柱。门式刚架工字截面钢构件中腹板以受剪为主,抗弯作用不如翼缘有效,增大腹板的高度,可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。但是,在增大腹板高度的同时,如果厚度增之过大,则腹板耗钢量太多,也是不经济的。因此,先进的设计方法是采用高而薄的腹板,按有效截面概念设计,这种设计虽然会引发腹板屈曲,但板件屈曲不等于承载能力丧失,而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用。在主要为均布荷载起控制作用的结构中,在受冲击疲劳振动等荷载的条件下,可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性,从而使其腹板高厚比限值可以大幅度提。根据天津大学所作的试验证明,当荷载超过理论计算的屈曲临界荷载很多时腹板才呈现凸曲变形,且凸曲变形都不大,故适当利用屈曲后强度是可行的,蒙皮效应压型钢板因其重量轻强度高外形美观安装便捷等优点而广泛应用,国外不仅用于工业厂房,且很多民用建筑也用它做屋面板和墙板等围护结构。所谓蒙皮效应是指压型钢板在其平面内的抗剪能力,可称为受力蒙皮作用。如将压型钢板与构件进行可靠连接,则此蒙皮效应可使围护结构同时成为结构的重要组成部分,参与整个结构体系工作,为与之相连的受压受弯压构件提供连续侧向支撑,从而提高这种构件的刚度及稳定承载力,如1为截面形美国的设计规范引进了蒙皮支撑的设十方法。
我国冷弯型钢受力蒙皮结构设计规范尚在编制中。
假设在蒙皮的支撑作用下,构件在荷载作用下没有弯曲变形没有截面的扭转而仅苻轴向压缩变形,则我们称蒙皮可为构件提供完全支撑,此情况下的屈服圯力记作6,则服强度。
为考察各种因素对蒙皮支撑构件性能的影响,对该非线性问用有限兀法,取如下构件作分析对象,构件外形尺寸为16,15,12,2.75,的冷弯薄壁卷边,尾鄹郑,缤即,材料屈服强度为=270,假定荷载的初始偏心为构件几何长度的构件长度为3.6两端铰接。4中的爪型钢板与构件用自攻螺钉相连。当压型钢板之间无连接件时蒙皮抗剪刚度为队,5和6为当荷载偏心距=以000,看出蒙皮抗剪刚度的变化,并未使构件跨中截面的转角有太大的差别。这说明蒙皮抗剪刚度的增大,片不能增大对构件扭转的约束作用。但是蒙皮抗剪刚度的增大,却能有效地减小构件的侧向变形。必须指出以上的结果是在不考虑蒙皮对构件提供的扭转约束,即令扭转约束值F皮总是可以为构件提供不同程度的扭转约束作用,如不考虑这有利因素,势必会使计算结果过分保守,试验和计算结果都明,蒙皮为构件提供的扭转约束作用可有效地减小构件的扭转变形,显著提高轴压构件的稳定承载力。通过理论计算所得出的蒙皮对构件影响于7和8.其截面转角90,咖18,是由试验确定2.
侧向变形〃,8荷载剪心侧向位移关系侧向变形,曲线六结语当前,我国钢结构含轻钢结构发展的形势很好,我国钢结构年产已超过1亿吨,可以预言,21世纪将是钢结构快速发展时期,长期以来,由混凝土结构砌体结构统天下的格局将被打破,从事钢结构制造的施工企业前景宽阔,各建筑设计院也面临着新的机遇和挑战。但是,以下几点仍需各方加以重视。
应加大推广钢结构建筑的宣传力度目前,钢结构行业的竞争非常激烈。这种竞争,不仅来自各行业各企业之间,更重要的还来自于钢结构和钢筋混凝土结构这两种建筑之间的竞争。本等发达国家,钢结构建筑要占整个建筑的50以上,而我国只占5还不到,差距甚远。
对于钢结构与混凝土结构的造价问,应有个全面综合的认识,不能笼统地认为钢结构造价比混凝土贵,从而排斥于比较方案之外,这点对广大设计人员尤为重要。事实上个高层建筑的工程总投资包括工程造价动迁费征地费等方面,工程造价只占工程总投资的50.而工程造价又包括结构造价装饰费设备费等,结构造价只占工程造价的30左右。而结构造价又分上部结构和基础造价,上部结构造价仅占基础造价的50,70.而钢结构只是指工程的上部结构,在工程总投资中仅占还不到。因此,高层建筑采用钢结构与采用混凝土结构间的差价所占工程总投资的比例将更小,般不到工程总投资的4.
如果再考虑到采用钢结构因其自重轻,基础造价低;因其强度高,可增加建筑有效使用面积;施工速度快及抗震性能好等诸多优点,那么钢结构的优势是不言而喻的。
推广应用住宅钢结构应提到重要位置建筑钢结构虽然发展很快,但在住宅领域还是空白。全国每年要建数千万平方米的住宅建筑,但采用钢结构的几乎没有。当然这和我国传统思想观念以及对钢结构的认识偏差有关。可喜的是,天津市政府已率先决定于今年启动轻型钢结构建筑,将建设10万12的轻钢住宅,其范效应将不可低估,希望各地有关职能部门及广大设计人员应有超前意识,作出响应,对轻钢住宅建筑的发展作出应有贡献。
应积极提高各钢结构制造施工企业设计院所等技术人员的业务水平我国在较长段时间内,由于钢结构使用很少,各设计院所建筑企业大多从事单的混凝土结构工程的设计和施工。目前应大力加强和提高各级技术人员的钢结构业务水平。应充分发挥各高等院校学术团体等举办钢结构技术讲座规范培训班等。
发展钢结构要在政策上给予支持和倾斜这种政策性的扶植应包括在钢结构技术的发展上应将其纳入国家建筑技术发展规划,并在科研项1经费等方品予以重点支持;对于钢结构的住宅建筑,在土地征用税收等方面予以优惠,以降低建设成本,使其更具市场竞争力;大力推广使用国产钢材以此和钢铁生产企业形成良性循环。