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[摘 要]通过认识轻型钢结构的基本情况及其结构特征，阐释轻型钢结构的设计原则，并进一步论述轻型钢结构的刚度、焊缝、高强度螺栓连接、整体稳定性、支撑等方面的设计。
[关键词]轻型轻型钢结构设计 连接 整体稳定设计
中图分类号：U445.34 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）25―0581―01
前沿：
轻型钢结构在我国建筑行业已得到了广泛运用，相较于传统的砌体结构、混凝土结构等，轻型钢结构有大量优势，其质量轻、性能稳定、抗震性能好、强度高，施工时可以让厂房在现场进行装配，如此既能大幅减少事故时间，又能加快施工进程。同时，其造价低，材料可回收再生，具有节地、节能、节水的功效。身为绿色环保建筑，轻型钢结构建筑在最近几年以来被推为重点推广项目。因成型制造技术与炼钢技术逐渐成熟，其给使用轻型钢结构的工程注入了新的血液，加之工程建设与日俱增，所以其将持续健全本身的轻型钢结构的设计。
一、轻型钢结构工程设计原则
1.轻型钢结构的稳定设计
稳定性是轻型钢结构的一个关键性问题。不管在何种轻型钢结构当中，均会碰到稳定性问题，这种问题往往都会产生严重性的影响。因此，在设计轻型钢结构时，一定要掌握好稳定设计。如今轻型钢结构发生失稳事故主要是因为设计师对成分及结构的稳定性定义认识不足以及缺少经验导致整体结构设计当中薄弱环节造成的。当然还存在其他原因，如：因新产生的结构未彻底理解它就将其设计出来了。
2.结构计算简图与计算方法的简图相统一
事实上，框架结构的稳定性计算极为重要。如今在设计多层框架结构与单层框架结构的时候通常至对框架柱实施稳定性计算，却不对框架的稳定性进行分析。为此，我们在运用计算简图此类办法的时候使用框架柱计算长度系数稳定，充分利用整体稳定分析框架促使稳定性计算框架稳定计算效果。但是，实际的框架与其有所不同，并且在设计过程中通常要创设若干极具代表性的条件以简化计算工作。
二、轻型钢结构的设计
1.刚度设计
对于重级工作制吊车和多层架的厂房变形控制，国标GB500l7 - 2003《钢结构设计规范》有一个十分明晰的规则。同时，在国标CECSIO2：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》当中还对普通的单层结构下了明确的规定。实际上构造变形牵扯最多的就属适应性问题，却很少涉及系统总体结构安全。在涉及轻钢结构厂房的时候，可依据实情适当放宽变形控制，事实上放松变形有着巨大的经济意义。
2.整体稳定设计
2.1 框架构件设计
整体稳定系数计算公式：（1）
在（1）式当中，β?代表的是梁总体稳定等效弯矩系数；
Φb代表的是梁整体稳定系数；
wx代表的是依据受压纤维确立的梁毛截面抗拒；h代表的是梁截面全高；λy代表的是梁侧向支撑点间对接弱轴的长细比；tw代表的是梁受压翼缘厚；A代表的是梁毛截面面积。从式子（1）在、当中我们不难发现，λ?y和构件整体稳定承载能力成反比。但是因为受压翼缘的自由长度Ly和λy之间是正比的关系，所以要想处理好整体稳定最有效、最实惠的手段就是为了减少Ly而对受弯构件的受压翼缘增加侧向支撑。由于在轻型钢结构设计当中，因檩条彩板屋盖结构的檩条的侧向支撑作用，梁的整体稳定时常会得到保障。如此既能增加用钢量，还能减少翼缘加宽的工作量。
此外，在设计过程中还要关注到檩条只具备制约屋面柱外翼缘与梁上翼缘的效用。然而因轻型钢结构屋面的重量比较轻，风荷的波动时常会促使内力方向发生变动，故柱内翼缘与梁下翼缘均有可能受压。针对此类状况，在设计过程中应在构造I的过程中通过安设隅撑以处理好一些问题。而檩条和下翼缘是由隅撑连接起来的，从而产生侧向约束，进而处理好梁下翼缘的整体稳定问题。
2.2 檩条设计
选取c型、z型檩条的时候设计产生搭接的连续性檩条进而衍生出连续梁计算模式，其效果比简支梁模式的效果更佳。事实上，尉为连续梁模式的硬度及稳定性均比简支梁模式好。而在美国钢结构技术和图纸当中，其计算稳定的自由长度Ly取值其实就是连续梁跨中反弯点间的长度。相对于当前我国一般选取的自由长度，其值较小，故其稳定性比简支梁更甚一筹。接连续梁模式设计成的檩条，檩条的拼接的地方通常处于跨度的三分之一的位置，现场安装通常有高空作业。
3.局部稳定设计
依照弹性理论，四边简支板的临界剪应力是
（2）当中我们不难发现，板的局部失稳临界剪应力和（h/tw）2成反比例关系，因此h/tw愈小愈好，为此在设计过程中我们可以通过加大h/tw值以减少钢材的使用量，提升构件的抗弯模量。此时处理局部失稳问题通常可采用加劲肋的手段来处理，无需加大腹板厚tw的值。国标GBJl7—88《钢结构设计规范》曾提到h/tw≥80设加劲肋的规定就是在抗剪屈服应力及临界剪应力相等的基础上制定出啦的，此规定较适用于普通钢结构。然而，由于荷载比较小，因此轻型钢结构的剪应力时常比较小，且远远小于抗剪屈服应力。在低剪应力的作用下，计算h/tw不低于80，其也不可能发生局部失稳的情况。所以说，在设计过程中，只要剪应力小于屈服剪应力就无需设加劲肋。但是在实际操作设计过程中我们通常做不到这点，当h/tw不低于80是时候我们往往会设加劲肋，如此就浪费了大概十分之一的钢材。
4.高强度螺栓连接设计
在振动、跨度大的结构当中反向应力通常会很大，有的时候甚至能和正向应力差不多保持平衡。在此类情况之下，笔者建议可以以摩擦型高强螺栓连接。而在别的情形之下，都可以以承压型高强螺栓。然而，在设计承压型高强螺栓的时候也应当重视国标GBJl7—88《钢结构设计规范》的相关要求，即：承压型高强螺栓的承载能力不许比依据摩擦型高强螺栓计算的出来的承载能力多1.3倍。
5.支撑设计
轻钢结构往往会运用花篮螺栓安装支撑体系及交叉式杠杆，其中拉压杆支持系统运用轻钢结构的频度不高。但是由于拉杆设计的支持，在设计工程过程中往往不会单独地安设这类直接压杆，通常会通过强化檩条充当。另外，布局的数目一般要支持三至四列布置的距离。
6.焊缝设计
在设计规范的受力上已明确规定焊缝的强度，此处所说的柱腹板、焊接指梁与翼缘板间的焊缝。由于此类焊接于轻钢结构制作当中占据了大多数焊接工作，梁柱腹板的焊缝与翼缘间是转至腹板剪切应力与主要翼缘间的，而腹板和翼缘间的剪力较小，因此他们能焊接的几率很低。事实上，单面焊缝被广泛运用到美国钢结构施工图焊缝的处理工作当中，这让焊接的工作量大幅减少，提升一倍自动焊接机能力。但是为什么我国国内不运用施工图单面焊缝呢？这主要是因为：（1）设计者设计形成习惯，不大愿意将以往的施工手段改变；（2）如今我国最轻钢结构的制造商尚未处理好单面焊缝不对称变形问题。唯有处理好非对称变形问题，才可使用对梁翼缘间的单面焊缝金属网。但是，需力量巨大的关键部分一定要运用双面焊接，比方说支架、吊车梁等等。
三、结束语
在经济发展的推动下，在建筑市场当中轻型钢结构所占位置愈来愈重要。而那些与轻型钢结构相关的设计方法也愈来愈科学、合理，进而促进轻型钢结构的向前发展。
参考文献
[1] GBJl7—88，钢结构设计规范[s]
[2] GBJl8—87，冷弯薄壁型钢结构技术规范[s]
[3] CECSL02：98，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[s]
[4] 编写组、轻型钢结构设计资料集[M]北京：中国建筑工业出版社.1980.
[关键词]轻型轻型钢结构设计 连接 整体稳定设计
中图分类号：U445.34 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）25―0581―01
前沿：
轻型钢结构在我国建筑行业已得到了广泛运用，相较于传统的砌体结构、混凝土结构等，轻型钢结构有大量优势，其质量轻、性能稳定、抗震性能好、强度高，施工时可以让厂房在现场进行装配，如此既能大幅减少事故时间，又能加快施工进程。同时，其造价低，材料可回收再生，具有节地、节能、节水的功效。身为绿色环保建筑，轻型钢结构建筑在最近几年以来被推为重点推广项目。因成型制造技术与炼钢技术逐渐成熟，其给使用轻型钢结构的工程注入了新的血液，加之工程建设与日俱增，所以其将持续健全本身的轻型钢结构的设计。
一、轻型钢结构工程设计原则
1.轻型钢结构的稳定设计
稳定性是轻型钢结构的一个关键性问题。不管在何种轻型钢结构当中，均会碰到稳定性问题，这种问题往往都会产生严重性的影响。因此，在设计轻型钢结构时，一定要掌握好稳定设计。如今轻型钢结构发生失稳事故主要是因为设计师对成分及结构的稳定性定义认识不足以及缺少经验导致整体结构设计当中薄弱环节造成的。当然还存在其他原因，如：因新产生的结构未彻底理解它就将其设计出来了。
2.结构计算简图与计算方法的简图相统一
事实上，框架结构的稳定性计算极为重要。如今在设计多层框架结构与单层框架结构的时候通常至对框架柱实施稳定性计算，却不对框架的稳定性进行分析。为此，我们在运用计算简图此类办法的时候使用框架柱计算长度系数稳定，充分利用整体稳定分析框架促使稳定性计算框架稳定计算效果。但是，实际的框架与其有所不同，并且在设计过程中通常要创设若干极具代表性的条件以简化计算工作。
二、轻型钢结构的设计
1.刚度设计
对于重级工作制吊车和多层架的厂房变形控制，国标GB500l7 - 2003《钢结构设计规范》有一个十分明晰的规则。同时，在国标CECSIO2：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》当中还对普通的单层结构下了明确的规定。实际上构造变形牵扯最多的就属适应性问题，却很少涉及系统总体结构安全。在涉及轻钢结构厂房的时候，可依据实情适当放宽变形控制，事实上放松变形有着巨大的经济意义。
2.整体稳定设计
2.1 框架构件设计
整体稳定系数计算公式：（1）
在（1）式当中，β?代表的是梁总体稳定等效弯矩系数；
Φb代表的是梁整体稳定系数；
wx代表的是依据受压纤维确立的梁毛截面抗拒；h代表的是梁截面全高；λy代表的是梁侧向支撑点间对接弱轴的长细比；tw代表的是梁受压翼缘厚；A代表的是梁毛截面面积。从式子（1）在、当中我们不难发现，λ?y和构件整体稳定承载能力成反比。但是因为受压翼缘的自由长度Ly和λy之间是正比的关系，所以要想处理好整体稳定最有效、最实惠的手段就是为了减少Ly而对受弯构件的受压翼缘增加侧向支撑。由于在轻型钢结构设计当中，因檩条彩板屋盖结构的檩条的侧向支撑作用，梁的整体稳定时常会得到保障。如此既能增加用钢量，还能减少翼缘加宽的工作量。
此外，在设计过程中还要关注到檩条只具备制约屋面柱外翼缘与梁上翼缘的效用。然而因轻型钢结构屋面的重量比较轻，风荷的波动时常会促使内力方向发生变动，故柱内翼缘与梁下翼缘均有可能受压。针对此类状况，在设计过程中应在构造I的过程中通过安设隅撑以处理好一些问题。而檩条和下翼缘是由隅撑连接起来的，从而产生侧向约束，进而处理好梁下翼缘的整体稳定问题。
2.2 檩条设计
选取c型、z型檩条的时候设计产生搭接的连续性檩条进而衍生出连续梁计算模式，其效果比简支梁模式的效果更佳。事实上，尉为连续梁模式的硬度及稳定性均比简支梁模式好。而在美国钢结构技术和图纸当中，其计算稳定的自由长度Ly取值其实就是连续梁跨中反弯点间的长度。相对于当前我国一般选取的自由长度，其值较小，故其稳定性比简支梁更甚一筹。接连续梁模式设计成的檩条，檩条的拼接的地方通常处于跨度的三分之一的位置，现场安装通常有高空作业。
3.局部稳定设计
依照弹性理论，四边简支板的临界剪应力是
（2）当中我们不难发现，板的局部失稳临界剪应力和（h/tw）2成反比例关系，因此h/tw愈小愈好，为此在设计过程中我们可以通过加大h/tw值以减少钢材的使用量，提升构件的抗弯模量。此时处理局部失稳问题通常可采用加劲肋的手段来处理，无需加大腹板厚tw的值。国标GBJl7—88《钢结构设计规范》曾提到h/tw≥80设加劲肋的规定就是在抗剪屈服应力及临界剪应力相等的基础上制定出啦的，此规定较适用于普通钢结构。然而，由于荷载比较小，因此轻型钢结构的剪应力时常比较小，且远远小于抗剪屈服应力。在低剪应力的作用下，计算h/tw不低于80，其也不可能发生局部失稳的情况。所以说，在设计过程中，只要剪应力小于屈服剪应力就无需设加劲肋。但是在实际操作设计过程中我们通常做不到这点，当h/tw不低于80是时候我们往往会设加劲肋，如此就浪费了大概十分之一的钢材。
4.高强度螺栓连接设计
在振动、跨度大的结构当中反向应力通常会很大，有的时候甚至能和正向应力差不多保持平衡。在此类情况之下，笔者建议可以以摩擦型高强螺栓连接。而在别的情形之下，都可以以承压型高强螺栓。然而，在设计承压型高强螺栓的时候也应当重视国标GBJl7—88《钢结构设计规范》的相关要求，即：承压型高强螺栓的承载能力不许比依据摩擦型高强螺栓计算的出来的承载能力多1.3倍。
5.支撑设计
轻钢结构往往会运用花篮螺栓安装支撑体系及交叉式杠杆，其中拉压杆支持系统运用轻钢结构的频度不高。但是由于拉杆设计的支持，在设计工程过程中往往不会单独地安设这类直接压杆，通常会通过强化檩条充当。另外，布局的数目一般要支持三至四列布置的距离。
6.焊缝设计
在设计规范的受力上已明确规定焊缝的强度，此处所说的柱腹板、焊接指梁与翼缘板间的焊缝。由于此类焊接于轻钢结构制作当中占据了大多数焊接工作，梁柱腹板的焊缝与翼缘间是转至腹板剪切应力与主要翼缘间的，而腹板和翼缘间的剪力较小，因此他们能焊接的几率很低。事实上，单面焊缝被广泛运用到美国钢结构施工图焊缝的处理工作当中，这让焊接的工作量大幅减少，提升一倍自动焊接机能力。但是为什么我国国内不运用施工图单面焊缝呢？这主要是因为：（1）设计者设计形成习惯，不大愿意将以往的施工手段改变；（2）如今我国最轻钢结构的制造商尚未处理好单面焊缝不对称变形问题。唯有处理好非对称变形问题，才可使用对梁翼缘间的单面焊缝金属网。但是，需力量巨大的关键部分一定要运用双面焊接，比方说支架、吊车梁等等。
三、结束语
在经济发展的推动下，在建筑市场当中轻型钢结构所占位置愈来愈重要。而那些与轻型钢结构相关的设计方法也愈来愈科学、合理，进而促进轻型钢结构的向前发展。
参考文献
[1] GBJl7—88，钢结构设计规范[s]
[2] GBJl8—87，冷弯薄壁型钢结构技术规范[s]
[3] CECSL02：98，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[s]
[4] 编写组、轻型钢结构设计资料集[M]北京：中国建筑工业出版社.1980.