1 应用概况
轻钢结构源于19世纪中后期。我国轻钢结构的研究始于50年代, 但轻钢结构的应用时起时落, 发展比较缓慢。轻型钢结构是我国近期重点推广的一种结构形式, 它具有重量轻、造型轻巧美观、施工速度快、经济性好等特点, 目前主要应用在单层及二到三层的房屋结构、轻型屋盖结构和一些大、中、小型公共建筑结构中。应用范围从几米到几十米的中小跨度, 以及上百米的大跨度结构中。由于适应面广, 用钢量小, 构件工厂化生产, 工地拼装简便迅速, 施工周期短, 因而在国内建筑市场中的应用越来越广泛, 包括各类工业厂房、农业加工厂、各类仓库、超级市场、体育场馆、会议厅、展览厅、剧场等大型公共建筑, 办公楼、别墅和各种用途的活动房屋及旧房加层等。
2 轻型钢结构设计的应用
2.1 门式刚架
门式刚架轻钢结构能有效地利用材料, 构件尺寸小, 重量轻, 而且可以在工厂批量生产, 保证质量, 工地连接简便迅速, 施工周期短。正因为这些优点, 被广泛地应用在一般工业与民用建筑中。而随着设计技术、制作安装技术的日益提高, 越来越多的大空间建筑采用门式刚架轻钢结构, 而且经济效益十分显著[1]。
对吊车吨位小于20t的轻、中级工作制厂房, 将传统式屋架、柱、吊车梁排架体系改为门式刚架体系, 可节省钢材, 降低造价, 加快设计制造安装进度。
如包钢CSP加热炉车间, 单跨26m, 长度近200m, 内设两台 (5+10) t双钩吊车, 轨面标高6.2m。屋面墙面采用压型钢板围护, 经过方案的分析比较, 认为采用门式刚架的方案比较经济合理。该车间刚架钢材料主次结构均采用Q345-B, 本工程用钢量约60kg/m2, 比传统的柱、屋架系统作法节约钢材20kg/m2。
再如宝钢1420冷轧精整成品库, 跨度分别为18m、36m, 柱距为18m, 厂房结构耗钢量140kg/m2, 后按门式刚架进行修改, 柱距减到12m, 厂房结构耗钢量降到100kg/m2以下, 共节约钢材1000t。与传统结构相比采用门式刚架结构节约钢材10%～20%, 见表1。
现在国内跨度较大的单层门式刚架是北京西郊机库和大连储备粮仓 (单跨72m) ;国内跨度较大的单层门式钢架还有某煤棚跨度达将近90m;单体覆盖面积较大的厂房是芜湖汽车零件公司的一号厂房 (315m×240m) 。
2.2 屋盖系统
新型轻质屋面材料的不断开发和应用, 如彩色压型钢板, 压芯复合板, 阳光板及BAP彩色镀锌铝钢板 (其总量只有普通混凝土结构的1/10～1/20) 等的出现, 为减轻屋面荷载提供了物质基础。在屋盖系统的设计中, 充分利用这些材料“轻质高强”的特点, 采用钢网架, 轻钢结构等新技术, 减轻了屋盖系统的自重, 同时也大大减轻了柱网的荷载[1]。
如莱钢中小型轧钢车间, 屋面采用彩色压型钢板, 屋盖系统采用螺栓球节点网架结构, 檩条为冷弯薄壁C型截面。该设计具有重量轻, 工程造价低, 施工进度快, 不占现场施工场地, 整体刚度及抗震性能好等优点。且屋面系统用钢量仅为31kg/m2.而普通轻盖屋架系统用钢量为53kg/m2该屋面系统与普通轻钢屋架相比节约钢材40%, 可直接节约投资8%, 更重要的是缩短工期1/3～1/2, 具有巨大的潜在经济效益。
再如包钢轨梁车间管坯仓库及钢轨缓冷工段, 屋盖系统采用冷弯薄壁型钢, 其中屋架、天窗架、挡风架等采用方钢截面, 檩条采用冷弯薄壁Z型截面, 上铺0.75mm厚的镀锌瓦楞铁, 支撑采用冷弯薄壁角钢, 具有结构轻, 刚度好, 节约钢材并能充分发挥材料强度等优点, 与普通钢屋架相比节约钢材约35%。
2.3 墙面系统
采用压型钢板作围护结构, 其墙面檩条最好采用冷弯薄壁型钢而少用槽钢, 因为冷弯薄壁型钢比槽钢节约材料, 受力性能好而且与压型板的连接简单, 方便。墙面用冷弯薄壁型钢时, 施工快且美观。而用槽钢做墙面檩条时, 因为槽钢壁厚, 在现场施工速度慢且墙面也不美观。
3 轻型钢结构发展的因素
厂房钢结构设计的轻型化, 除了在结构理论计算上从平面体系发展到空间体系进行分析, 挖掘结构的承载潜力外, 同时还应考虑加工制作的装备技术能力的现状。
从结构方案的角度来说, 柱网布置, 轴线布置对门式刚架轻型钢结构的设计用钢量是密切相关的。梁柱截面的形式和选型, 墙面和屋面的结构形式都对钢结构向轻型化发展有着重要的意义。
从新技术的发展来说, 结构体系由平面向空间发展。钢网架结构是双向连续梁超静定的空间几何不变体系, 具有较强的跨越能力, 可以适应厂房结构跨度和柱网布置的不同要求;结构形式的多样化可以适应工业对空间体系的要求。在工程实践中, 这种以符合现代化单层工业厂房的多方面要求和以节约结构用钢体现最佳经济效益为目前发展趋势, 必将为理论研究提出新的课题, 而每次课题的解决, 又将促进结构体系的发展。
4 结语
轻型钢结构体系由于用钢量少, 设计安装时间短, 工业化生产程度高, 因此在现代建筑, 特别是煤棚、仓库、飞机库等大跨度结构中将得到更广泛的应用。
摘要：轻型钢结构技术的不断发展, 必然要导致单层工业厂房的轻型化。作为新技术, 在于它充分利用钢材强度幅值及截面特征, 节约材料;作为新体系, 则更贴近结构实际, 这些结构体系与传统结构相比, 为结构轻型化提供了可靠的依据, 具有更大的经济效益优势。
关键词：单层工业厂房,轻型钢结构,应用
参考文献
[1] 柴昶, 宋曼华.钢结构设计与计算[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[2] 吴建林, 姚永.钢管混凝土组合柱在重钢结构工业厂房工程中的应用[J].建筑钢结构进展, 2003, 5 (3) :11, 16
[3] 王文明, 陈企奋, 李友达.钢管空间桁架屋盖体系在某船舶工业厂房中的应用[J].建筑钢结构进展, 2003, 5 (3) :17, 21.
[4] 建筑结构荷载规 (GB50009-2001) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2001.
[5] 钢结构设计规范 (GB50017-2003) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.