轻钢结构分析及轻量化设计
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【摘要】：相对于传统的钢结构来说，轻钢的结构更轻一些。轻钢是由基础、承重、支撑、楼盖等体系，以及维护结构几部分组成的，在设计的时候要特别注意轻量化的设计。我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，这就要求我们必须重视房屋的轻钢结构这一问题，只有将轻钢结构运用到实际中才能更好的使其为人们的生活服务。
【关键词】：轻钢；结构分析；轻量化设计
上世纪80年代以来，随着我国钢产量的不断增长，国外的轻钢结构已经慢慢进入到了中国市场。并且人们对轻钢的认识也发生了很大改变，其应用范围也越来越广。现代轻钢的结构主要是指冷弯薄壁钢、H型钢、焊接薄钢板面梁等形成的建筑结构，这种钢结构更突出的是“轻”，并且应用范围逐渐由工用向民用发展，生命力很强大。
一、现代轻钢的特点分析
（一）自重轻，强度高
钢结构自身的特点就是自重轻，轻度高，并且工程造价低。轻钢的结构更轻，并且采用了轻型H型钢、薄钢管、冷弯薄壁型钢等材料，使材料的性能能够得到充分的发挥。
（二）结构简单
目前我国有很多成熟的轻钢设计程序，如STS软件、3D3S程序、GFCAD等，这些软件都在很大程度上缩短了设计周期。
（三）标准化生产
轻钢结构变为梁、柱、板结构，部件单位由大变小，使生产、运输和吊装更方便快捷。并且部件组装的任意性较强，可以有效的缩短施工周期，提前投入使用。
（四）采用大空间的结构
轻钢目前多采用框架或是箭筒式设计结构，没有规定功能区域，这样就方便用户根据自己的实际需求来对空间进行任意的分割。
（五）利于环保
轻钢的各个结构之间多采用的是螺栓来连接，拆装比较方便，整个建筑物能在短时间内完成拆除，造成的损失极小。当建筑物的使用寿命结束后，产生的固体垃圾很少，非常有利于环保。
如墙体隔热这一项，R15的保温棉，热值可达到1m的砖墙厚度。这种墙体的节能效果更好。房屋的内墙全部采用防火石膏板，它既可以防火，还可以呼吸。可以在阴雨季节吸收室内的水分，保持空气干燥。所以住石膏板的房子要比钢筋混凝土房子舒适的多。
另外，轻钢住宅的玻璃窗户采用中空玻璃，不仅有保温隔热、隔音的功能，也能节省能源。其隔音程度达到40分贝以上，这样就为居民们减少了噪音的污染。
（六）抗震性强
轻钢具有很好的柔性，能够消耗地震产生的能量，因此地震中对轻钢的破坏极小。由轻钢为原料的建筑重量更轻，即使发生破坏也不会造成大面积的伤亡。
因此，相比于其他结构的材料来说，轻钢结构有无法比拟的经济和社会效益。
二、轻钢的结构体系
轻钢的结构主要包括：基础、支撑、承重、楼盖、维护等体系。其中的基础、支撑、承重和楼盖体系对轻钢的结构来说十分重要，直接影响着结构的稳定和安全。
第一，就钢体的体系来说，轻钢自重轻，对基础的要求比较低。通常独立基础，如果地基较脆弱，可以用十字形或是条形基础。由于各个基础之间是彼此独立的，因此在选择场地的时候一定要考虑到各个基础之间的不同沉降问题，对基础场的地质进行勘察和计算，以确定采用的基础及尺寸，以避免不同的沉降对结构的影响。
第二，由于轻钢的柔性大，因此水平的承载对其有一定影响。为了保证稳定，需要在各柱之间布置支撑体系，比较常见的有单斜杆型、人字形、X型、倒人字型、W型、倒W型等形式。由于每一种形式的承载力不同，因此通常根据承载水平力的大小来进行选择。
第三，轻钢结构的承重体系主要有钢架体系、多层结构体系。后者包括框架结构、框架支撑、夹心板组合等体系。每一种结构的适用范围不同，要根据功能需要和建筑需求来选择结构体系。如单层大开间的超市、仓库、厂房，就要选用门式钢架结构。
第四，为了确保轻钢结构的稳定性，楼盖体系必须慎重。楼盖的主次梁必须与楼面板相连，以确保整体的稳定性。楼盖的材料主要有轻骨料楼板、现浇钢筋混凝土板、压型钢板、轻质混凝土板等。
轻钢结构设计要点
为了提高轻钢结构性能，体现其结构特点，在设计中一定要注意轻量化的设计，减轻自重。随着重量的降低，水平承载对结构的影响变大，所以钢体轻量化和提高结构刚度有必要同时进行，有以下几个方面：
（一）合理选材
首先，为了减轻结构自重可以采用一些质量轻但是功能多的新型层面和墙体材料，如防水、围护和装饰一体化材料。目前这些新型材料已经都实现了标准化的生产，大大降低了结构自重。这些装置和材料都形成了一整套标准化的产品，使用方便而且灵活，使承载力大为减轻。
其次，就使用的材料来看，不仅要减轻结构的自重，还要满足安全性等方面的要求。我国通常采用Q235和Q345的钢，Q235的钢共有四个级别，Q345的钢共有5个级别。重要建造部位的钢材在使用前必须有冲击试验，满足韧性的才能使用。
再次，为了最大限度的发挥钢材性能，钢材截面的形状必须充分考虑。截面材料离截面形心越远，其抗弯刚度和抗侧刚度就越大，材料的性能也能得到最大发挥。在建筑过程中对于重要支撑部件必须采用C形、Z形和H形截面，来提高刚度和稳定性。
（二）提高刚度
轻钢的重量相对较轻一些，柔韧性也大，对结构产生的影响不是重力荷载，而是水平荷载。在水平力的作用下，钢架、屋架等都容易发生变化，这样结构的稳定性大大降低，必须采用必要的措施来提高侧向刚度：
首先，在柱间设置X型、人字型、W型等偏心支撑。
其次，在梁下翼缘及内翼缘设置隅撑来提高梁下翼缘的抗压能力，从而提高其稳定性。
四、轻钢结构的发展趋势
目前我国的轻钢结构发展趋势很好，年产量已经超过1亿吨。21世纪是钢结构发展最快的一个时期，将会在不远的将来打破混凝土结构占主导地位的格局。西方国家的轻钢结构建筑物占总建筑的50%以上，而我国只占到5%，所以今后的发展道路还很漫长。
（一）推广轻钢结构应用到住宅中去
轻钢结构在住宅当中的应用还很少，这和我国居民的传统思想和认识度有一定关系。但是运用轻钢结构可以大大减少成本，也对降低房价有一定推动作用。
（二）加大宣传力度
可以用钢筋混凝土的框架作为承重体系，适当的采用轻钢结构作为外围护墙、内隔墙和屋顶结构。这样建筑物的自重就会大大降低，科技含量高，社会效应和经济效应也会慢慢得到人们的肯定。
（三）提高相应人员的业务水平
我国在较长的一段时间内只注重钢筋混凝土人才的培养，对轻钢结构的人才培养却很少。大多建筑也都是钢筋混凝土的设计和建造施工。目前应加强各级技术人员的业务水平，使轻钢结构能够真正实施建筑。单位也可以适当增加一些培训班，安排辅导老师，注重对人才的再培养，使其能够在实际工作中认识学习轻钢结构。
（四）政策支持
轻钢结构的建筑物毕竟是新型的建筑结构，因此人们在思想上一时间难免接受不了。所以国家应对轻钢结构的建筑物建设给予一定的支持，如在科研经费以及税收等政策上能有一定程度的优惠政策，以降低成本，更具有市场竞争力。另外，在轻钢结构中大量使用国产钢也可以加速企业的循环。
五、结束语
轻钢结构从国外引进，有一个吸收消化的过程。我们开发自己的轻钢体系，表明轻钢结构的住宅在我国的发展很快。我国目前主要把轻钢结构用于工厂的厂房，多层厂房、幼儿园和办公楼，以及一些非承重的构建等，但是在住宅楼的应用上却很少。由于我国对房屋的需求量比较大，发展轻钢结构住宅最能实现轻钢的产业化生产，也符合国家一直倡导的绿色和谐，节约能源，保护耕地的可持续发展战略。但是还存在很多问题需要进一步解决和完善。随着住宅绿色化和产业化的发展，轻钢结构的应用前景也很广阔。因此大力研究和开发轻钢结构的建筑显得尤为重要。
参考文献：
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