轻钢结构特点及设计问题
艾思平
(合肥工业大学土木建筑工程学院, 安徽合肥　230601)
摘　要: 文章介绍当今轻钢结构的发展概况、特点和设计中的注意事项。
关键词: 轻钢结构; 特点; 设计要点
中图分类号: TU 392. 5　　　文献标识码:A 　　　文章编号: 167126221 (2004) 0320037203
Character ist ics and des ign of l ight steel structure
A I Si2p ing
(Schoo l of Civi Engineering, HefeiU niversity of Techno logy, Hefei 230601, Ch ina)
Abstract: The general situat ion of developm en t, characterist ic and design po in t s of ligh t steel st ructu re
are in t roduced.
Key words: ligh t steel st ructu re; characterist ics; design po in t s
近年来, 我国钢结构的发展十分迅速, 建设部已制定国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015 年发
展规划纲要, 力争“十五”期间我国建筑用钢量达到全国钢总产量3% , 到2015 年达6%。
轻钢结构通常是指下列结构: 冷弯薄壁型钢结构; 热轧轻型钢结构; 焊接或高频焊接轻型钢结构; 轻
型钢结构; 板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱构成的钢结构。轻钢结构的发展很快, 其工程建设量已
从原来的100×104m 2ö年, 发展到现在的400×104m 2ö年, 涉及范围也从原来的单层工业厂房, 发展到现
在的多层工业厂房、办公楼和住宅等。
本文拟就轻钢结构的特点、设计中要点进行介绍。
1　轻钢结构特点
1. 1　轻钢结构与钢筋混凝土结构的比较
(1) 在大跨度结构中, 轻钢结构强度高、自重轻的优势可充分发挥。工程总造价比同类型钢筋混凝
土结构低许多, 具有明显的经济效益。
(2) 施工周期短。轻钢结构大部分可实行工厂自动化生产, 现场主要采用螺栓拼装。一幢大中型厂
房、仓库类建筑, 从设计、制作、安装到竣工完成一般仅需2～ 4 个月, 与钢筋混凝土结构相比能大大地缩
短施工期。
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(3) 屋、墙面彩板颜色多种多样, 可根据需要, 设计出外形美观, 色彩鲜艳, 立面丰富, 具有现代化气
息的建筑。
(4) 房屋的拆迁及改、扩建方便, 重复利用率高。
1. 2　轻钢结构与普通钢结构的比较
轻钢结构与普通(传统) 钢结构相比, 除具有普通钢结构的自重较轻、材质均匀、应力计算准确、可
靠、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便外, 还有以下优点:
(1) 用钢量更省, 主框架钢材可省10%～ 50%。
(2) 轻钢结构的设计制作和安装已形成工业产品化、系列化、标准化的运行模式, 效率更高, 质量也
更有保证。
(3) 设计程序化, 生产联网自动化。现在有许多比较成熟的轻钢结构设计程序, 如同济大学研制出
的3D3S 程序、建筑标准设计研究所开发的GFCAD、广厦建筑钢结构CAD 等等。另外, 一些厂家现在也
已可以实现从设计到制作全过程计算机自动控制、联网生产。
(4) 柱底一般设计成铰接, 节省了基础和钢框架的材料用量。
由于轻钢结构的上述特点, 而且随着近年来的防火、防腐钢结构产品的不断出现, 使得它在工业厂
房及民用设施中获得了广泛的应用。
2　设计中应注意的几点问题
2. 1　在轻钢结构设计的整个过程中都应该强调“quo t 概念设计”
对一些难以作出xx理性分析或规范未规定的问题, 可依据整体结构体系与分体系之间的力学关
系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想, 从全局的角度确定控制结构的布置及细部
构造措施; 运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择, 所得结构方案往往易于手算、
概念清晰、定性正确, 并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算; 同时它也是判断计算机内力分析输出
数据可靠与否的主要依据, 此外, 不同的软件会有不同的适用条件。初学者应充分了解, 工程设计中的计
算和xx的力学计算本身常有一定距离, 为了获得实用的设计方法, 有时会用误差较大的假定, 但对这
种误差, 会通过“适用条件、概念及构造”的方式来保证结构的安全。
2. 2　建立一体化设计理念
(1) 建筑结构设计一体化。传统钢结构建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设
计, 而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件, 得以使设计程序实现建筑结构一体化设计,
即建筑设计完成与结构设计同时完成。目前, 国外知名的设计公司都是遵循这样一条理念, 而国内的大
多数设计院较为保守, 其建筑设计按传统设计方式进行, 一方面很难完整地表现其建筑风格, 另一方面
也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。这主要由于目前国内设计院缺少先进的设计软件的原因造成
的。今后随着各种先进钢结构设汁软件的引进与开发, 这一问题会得到逐步解决。
(2) 围护系统与主体结构设计一体化。国内设计项目基本做法是, 主体结构的设计、围护系统的设
计分开来进行, 合理的做法是统一进行设计, 为保证建筑整体安装的xx度, 如在两柱之间安装轻质墙
板, 有必要执行建筑模数制。
(3) 配件系统与整体建筑系统设计一体化。在安装时或基本安装结束时, 地面上应没有多余的配
件, 建筑上也应没有缺少的配件。而实际施工中却是少配件, 或者多配件, 这是因为配件系统的设计与整
个建筑系统的设计不统一的结果。
2. 3　端排刚架设计
轻型钢结构端排刚架, 通常不另行单独设计。尽管端排刚架的刚度及荷载与中排刚架不同, 往往也
不另行单独设计, 其施工图与中排刚架一样。
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抗风柱作为端排刚架支点, 限制了刚架梁的重直变形, 与中排刚架垂直变形不一致。实际即使抗风
图1　抗风柱与梁连接节点
柱对端排刚架不起支撑作用, 端排刚架垂直变形与
中排刚架垂直变形也不一样, 因为端排刚架荷载中
排刚架荷载不同。
抗风柱对端排刚架也不起支撑作用, 只抗水平
侧力并承担端墙自重。实际抗风柱作为端排刚架的
支点, 如图1 所示。可减小其钢梁和钢柱断面, 也可
减小H 型钢翼缘的尺寸或板厚〔此时在构造上端排
外皮与中排柱外皮齐〕。端排刚架承受屋面半载及端
墙自重荷载, 端排刚架的中间支柱(抗风柱) 承受风
荷载通过横梁和撑杆传给屋面系统, 此方案可减少
用钢量。但当考虑扩建时端排架与中排架应相同。
2. 4　檩条应采用不等跨布置
屋面板和檩条的设计, 现在通常是檩条等间距布置, 檩条对屋面板是等跨支座, 屋面板多按五跨连
续梁设计, 其结果是屋面板端跨, 跨中弯矩很大, 而按端跨跨中弯距选用屋面板, 则中跨屋面板不能充分
发挥作用, 对檩条的线荷载又以屋面板的第二支座反力为依据, 而此反力是5 跨连续板中反力{zd0}的支
座, 以此反力设计檩条, 此时只有屋面板第二支座的檩条能充分发挥作用, 中跨支座檩条承载力富裕很
多, 不能充分发挥作用。
为此建议檩条采用不等跨布置, 檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大使屋面板
的端跨弯矩和中间跨弯矩比较接近, 或由于檩条不等跨布置使屋面板支座反力比较接近, 这样能充分发
挥屋面系统的材料性能, 降低单位用钢量, 降低造价。一般工程的屋面系统用钢量占总用钢量的比例较
大, 所以这样处理效果较好。檩条采用不等跨布置, 相应的檩托布置不等距, 檩条拉杆长度也会不等, 只
要认真施工, 是可以满足设计要求的。
2. 5　柱间支撑应按拉杆设计
在轻型钢结构厂房中的柱间支撑多为钢剪刀撑, 每一肢均同时满足受压和受拉的长细比要求, 因此
设计的柱间支撑截面较大。轻型钢结构厂房的墙体围护结构多为压型钢板加保温材料, 对厂房的柱顶位
限值放得很宽, 并且吊车吨位不超过20 t, 纵向水平刹车力也较小。所以可以用剪刀式的钢筋拉杆代替
角钢剪刀撑, 剪刀式钢筋拉杆, 只承受拉力, 不考虑承受压力。钢筋直径由纵向水平力之和设计确定。
3　结束语
轻钢结构已在国内外得到广泛的应用, 随着国家在对轻钢结构大力推广和扶持, 随着钢结构设计人
员业务水平的提高, 设计软件的不断的开发和优化, 轻钢结构的设计将会越来越成熟, 越来越合理, 轻钢
结构也将会在我国得到更广泛的应用。

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