轻型结构构造及连接设计与研究

关键词：轻型结构；构造；连接  

　　1 引言 

　　随着地球气候的逐渐变暖，越来越多的国家开始意识到建设节约型社会以及低碳社会的重要性。党和国家也在2007年就提出了相关构想，并且鼓励人们尽可能的做到低碳减排。从建筑行业来说，节能建筑是贯彻国家“节约能源、保护环境”和可持续发展战略的重大举措，是我国《节约能源法》的重要组成部分。积极推进建筑节能工作，有利于减轻大气污染，减少温室气体排放，保护国民经济的可持续发展，改善和提升人民群众的居住与工作环境。有利于我国循环经济的形成与发展，是全面实现小康社会发展战略的一个重要方面，是我国建筑业和房地产业的重要工作，同样是我国建设行业一项长期而艰巨的任务。 

　　在我国北方地区，建筑采暖能耗占全社会能耗的20%以上。尽管我国人均用能不及世界平均能耗水平的一半，但我国的能源消耗总量己达世界第二，多年来我国开展了相当规模的建筑节能工作。采取先易后难、先城市后农村、先新建后改建、先住宅后公建、从北向南逐步推进的策略，全面推进我国的建筑节能。同时国家也建立和强化了全国的建筑节能机制，制定了建筑节能的专项规划和相关政策，实施相应的建筑节能标准和法规，从而使我国的建筑节能技术研究开发和推广取得了好的发展。围绕节能50%标准的执行，很多研究、开发、生产企业相结合，开发完成了节能型房屋体系，不仅达到和超过节能50%的要求，其各项性能指标都符合相关规范要求，节能效率和舒适度都有提高。 

　　目前，国内建筑外墙部分的节能保温材料应用较多的是外墙外保温体系，其所采用的保温体系主要集中于聚苯颗和粒聚苯板两大类。一般来说，聚苯颗粒保温层则主要通过现场制作的方式应用于保温体系;聚苯板保温层的施工方法包括粘贴和干挂。与之相对应的，分别是膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统、膨胀聚苯板与混凝土一次现浇外墙外保温系统、机械固定钢丝网架膨胀聚苯板外墙外保温系统和胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统。 

　　我国钢结构应用现在集中应用于工业厂房、大跨度或超高层建筑中，钢结构建筑在全部建筑中的应用比例还非常低，不到5%。而且我国绝大数建筑用钢是用于钢筋混凝土结构和砌体结构中，钢结构用钢还不到建筑用钢的2%。因此我国钢结构还是一个很年轻的行业，总体水平与西方发达国家相比，仍有较大的差距。 

　　虽然我国钢结构发展还处于一个很年轻的阶段，但我国在轻钢结构方面也有了起步式的发展，主要运用在我国的一些低层的轻钢建筑和一些临时性建筑以及一些轻重量级的工业厂房当中。但还是有待于研究、发展和推广运用。 

　　2 柱、梁的连接 

　　框架结构梁柱连接节点是框架结构设计中的重点，良好的结点连接能够使构件间的传力更加明确，具有更好的力学性能。 

　　多高层钢结构的连接方式很多很多，可以采用焊接、高强度螺栓连接或栓焊混合连接。考虑结构的抗震性能，及结构的绿色环保可回收性，方案除加劲肋采用焊接连接外，其他构件连接主要采用高强度螺栓连接。 

　　2.1柱与柱的连接 

　　框架柱的安装拼接应尽量设在弯矩较小的位置，宜位于框架梁上方1.3m附近。同时框架柱的拼接应采用与柱子本身等强度的连接，这里采用高强度螺栓摩擦连接，其中拼接缝为0-5mm。 

　　2.2梁与梁的连接 

　　梁与梁的连接采用全高强度螺栓连接的拼接，梁翼缘和腹板均采用高强度螺栓连接，其中拼接缝为0-5mm。 

　　2.3柱与梁的连接 

　　框架梁与柱连接采用柱贯通型。考虑框架的布置及AB跨与BC跨梁的变截面，梁与柱的连接分为连接有三种连接情况: 

　　(1)梁与柱翼缘连接节点:利用T形连接件，通过高强度螺栓固定节点，同时梁与柱翼缘连接处与梁翼缘等高处柱的腹板处设计加劲肋进行加强。 

　　(2)梁垂直于柱腹板的连接节点:连接中，在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋，在梁高范围内设置柱的竖向连接板。横向加劲肋外伸100mm，采取宽度渐变形式，避免应力集中。横向加劲肋与竖向连接板组成一个悬臂段，其端部截面与梁的截面相同。横梁与悬臂段采用高强度螺栓连接。 

　　(3)柱两侧梁高不相等的连接节点:由于AB跨与BC跨梁的截面不等高，柱的腹板在每个梁的翼缘处均设置水平加劲肋，同时钢结构设计规范中规定此种情况下加劲肋间距不应小于150mm，且此时梁高相差等于150mm，取加劲肋的间距为150mm。 

　　3 节能保温混凝土板与框架柱、梁的连接 

　　节能保温轻质混凝土板与框架的连接的形式是评价结构稳定的一个重要因素。这里板材与钢梁、柱连接除了考虑本身板材与梁板的要有可靠的搭接长度，为使之间连接可靠，这里同时对连接部位使用角钢、铁件、螺栓、钢筋等必要的加强件进行加强，使之满足连接可靠的要求。 

　　4 屋盖结构设计 

　　本方案屋盖结构采用轻型钢结构屋盖，同时屋面材料采用轻质保温混凝土板材。它具有质量轻、保温性能良好、建造工期短、工业化程度高等众多优点。 

　　4.1屋盖结构的组成和形式 

　　屋盖结构由屋架、托架、擦条、和屋面材料等组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为有擦体系屋盖和无擦体系屋盖。这里采用有襟体系屋盖。屋面板采用压型钢板夹轻质保温混凝土板的轻质屋面材料，通过设置轻钢擦条作为支承并传递屋面荷载给屋架。 

　　屋架的外形采用三角形屋架，坡度为1/6。考虑屋架的工作情况，将三角形屋架的两端高度改为50cm，这样屋架支座处上、下弦杆的内力可以得到大大减少，提高屋架的工作情况。 

　　4.2屋面材料 

　　屋面材料采用压型钢板夹轻质保温混凝土板。压型钢板选择YX25一205一820G型。 

　　4.3檩条材料 

　　檩条采用Z型冷弯薄壁型钢，为了让檩条在屋架上有可靠的支撑，这里采用屋架上弦焊接短角钢制造的檩托，将檩条用C级螺栓(不少于两个)与其连接。

　　5 节能保温混凝土墙板与楼板的铺装与开洞设计 

　　考虑到保温轻质混凝土板材的强度以及抗折性能，这里墙体和楼板的铺装不采用整面板材进行铺装，具体如下。 

　　5.1墙板的铺装 

　　墙板的铺装采用横向铺装法。 

　　5.2楼板的铺装 

　　楼板的铺装同样采用尺寸。 

　　5.3墙板的开洞 

　　考虑建筑采光、换气等功能要求，墙板的开洞是再所难免的。墙板的开洞必然对结构的承载性能构成影响。故而对开洞部位进行补强也是非常有必要的。 

　　对于开洞部分的补强这里简单进行介绍两个步骤，具体参照工程实际情况进行设计。首先，墙体采用横向安装，介于此对的墙板开洞四周采用安装铁件固定法，同时对模缝粘接。其次对于部分洞口对于铁件的固定不能满足要求时可以在开洞部分进行设置斜撑进行加强。 

　　6 结构抗震构造设计 

　　本文对于抗震除了从框架结构整体设计之外，还主要对另外两个构造部分对抗震性能进行设计研究:斜撑、伸缩缝等方面的设计。这里主要介绍斜撑部分的设计。 

　　斜撑的设置在本文中主要有两个用途:第一，用于维护结构的整体性方面。第二，用于结构部位中的加强作用。 

　　本文斜撑设计主要集中在三方面，首先在于楼面结构体系中;其次在墙面结构体系中;最后在于开洞设计当中。 

　　对于斜撑在楼面结构体系的应用，设置水平斜撑作用是抵抗风或地震作用所引起的水平力所造成的变形和扭曲的补强部件。这里斜撑可以采用型钢或者是细口径钢筋。同时斜撑在维护结构的整体性方面也起着重要的作用。 

　　在墙面结构体系中，设置斜撑作用是与水平斜撑一起抵抗风和地震等作用引起的水平力，防止结构体系变形扭曲。同时设置有斜撑的墙体相当于钢筋混凝土抗震墙，大大提高了结构的协同作用与抗震性能。 

　　在开洞设计中，设置斜撑主要是对开洞部位的补强作用，同时也对抗震要求的薄弱部位得到了加强。 

　　7 结构防水设计 

　　结构的防水设计这里主要考虑两方面的设计，一方面墙面防水设计，另一方面是楼面防水设计。 

　　7.1墙面防水设计 

　　墙面防水设计包括两方面。一方面对于墙身防水设计，考虑经济以及施工方面等因素，墙身防水主要通过结构防水，首先在保温轻质混凝土板20mm厚水泥砂浆找平层，再通过外墙面固定0.5mm厚的彩钢板，利用彩钢板进行防水。 

　　另一方面对外墙墙脚处防水设计。在原墙身防水基础之上，另外设置不低于300mm高的防水面。防水面采用贴防水瓷砖的做法，对外墙墙脚进行防水设计。 

　　7.2楼面防水设计 

　　楼面防水通过楼面构造中所设置的钢板层、水泥砂浆层、及防水瓷砖地面层进行防水的设计。屋面防水通过屋面板构造中所设置的水泥砂浆层、SBS沥青防水卷材、及细石混凝土层进行结构防水。 

　　对于楼面卫生间等用水房间的防水做法采用如下做法:在保温轻质板材面设置钢板层、压面混凝土层、水泥砂浆层、防水瓷砖层。 

　　8 结构防腐防火设计 

　　众所周知，钢结构最大的缺点是易于锈蚀和钢结构耐火能力差。钢铁的腐蚀是自发的、不可以避免的，但却可以控制;在发生火灾时钢结构在高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15分钟。所以，钢结构工程必须进行防护设计。 

　　8.1结构防腐设计 

　　本文给出两种结构的防腐设计案如下: 

　　(1)在钢材表面用金属镀层保护，这里建议采用热镀铝锌层进行保护。 

　　(2)在钢材表面涂以非金属保护层。涂层的结构形式可以采用底漆、面漆的形式。这里建议底漆采用红丹油性防锈漆，面漆采用灰酚醛防锈漆。涂层的厚度依据实际户外气候环境定。这里建议对钢材涂漆前进行适当的表面处理。 

　　8.2结构防火设计 

　　本文结出两种结构的防火设计方案如下: 

　　(1)选择适当的防火涂料。具体防火涂料涂层厚度根据《钢结构防火涂料应用技术规程》CECS24进行选取。此种防火设计具有施工简单，无需复杂的工具即可施工、质量轻、造价低、而且不受几何形状和部位的限制。这里建议采用此类方法。 

　　(2)采用防火厚板进行防火设计。例如可以采用外包石棉板、硅酸钙板等等方法。同样此种防火方法同样要满足防火层的厚度要求。但此类方法对造价影响大，越小规模的建筑其造价所占的比例会越高。工程实际当中根据实际规模和结构类型进行选择。 

　　9 结束语 

　　节能建筑是未来建筑的发展趋势之一，符合未来的世界形势，因此，关于节能建筑一定要从多个角度进行合理的设计。本文认为一方面，节能建筑要选择合理的结构连接措施。选择合理的梁柱之间连接措施，选择高强螺栓或普通螺栓相连接，解决框架之间的连接问题。同时选择合理的墙板的安装方式和楼板的安装方式及其与梁柱之间的连接方式，保证板材与框架结构的连接稳定。另外对于一些重要的局部连接进行设计。另一方面，节能建筑要选择合理的结构防水措施、防水措施，保障结构后期使用的耐久性和安全性，完善结构整体开发运用的可能性。相信通过我们的共同努力，我们的环境会变的越来越好。 

　　参考文献： 

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　　[4]杨永平.解析砖混结构砌体质量常见问题及改进措施[J].山西建筑.2010(35).