轻型钢房屋结构的优化设计

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【摘 要】当前，随着科学技术的快速发展，轻型钢被越来越多地应用到房屋建设之中，为推动我国建筑行业的发展起到了重要的作用。但是，由于轻型刚房屋结构设计还不够成熟，在实际应用中还存在一定的不足之处。本文即针对这样的情况，提出了轻型钢房屋结构的优化设计，以期供同行参考。

【关键词】轻型钢；结构；优化设计

引言

随着我国国民经济水平的快速提高，人们对于建筑的要求也在不断提高。特别是当前高层建筑、大型建筑层出不穷，使得轻型钢结构得到越来越广泛的应用。在这样的形势下，对于轻型钢房屋结构的优化设计进行进一步的研究探讨，具有现实意义。

1 轻钢房屋结构建筑特点

轻型钢房屋结构的特点如下所示：

1.1构造简单

轻型钢房屋的材料单一，构造也较为简单，这就使得其构件的加工逐渐趋向于标准化，现场安装预制装配化程度比较高，设计、生产过程都可以利用计算机进行控制，大大提高了效率。

1.2 自重较轻

由于轻钢房屋结构采用了高强度的钢材，使得其自身的重量被大大减轻。特别是在大跨度结构建筑中，轻钢结构能够充分地利用空间，使得建筑的布局更加得灵活。

1.3 施工工期短

轻钢结构的构件都是在工厂进行预制后，再送至施工现场进行安装，这就大幅度地缩短了施工工期，提高了业主的经济效益。

1.4 适用范围广

轻钢结构适用范围十分广，其能够满足较多生产工艺以及建筑使用功能的要求，在建筑外观、结构跨度以及柱距的选择上十分灵活。

1.5 经济性好

相比于钢筋混凝土结构而言，轻钢结构的造价更低，特别是在应用于大跨度结构建筑以及软弱地基中，其经济优势更为明显。

2 轻型钢房屋结构的优化设计

2.1 确定合理的跨度

由于生产工艺、使用功能具有一定的差异，这就使得轻型钢房屋结构的跨度不尽相同，部分业主还会要求轻钢生产方根据建筑的使用功能，确定最为经济、合理的跨度，以达到降低造价的目的。通常情况下，若是柱高、荷载一定，则可将跨度适当增加，这样刚架的用钢量并不会大量增加，但可以节省空间、降低基础造价，最终提高了建筑的综合效益。

当前，经过大量实践发现，若是檐高是6m，柱距是7.5m，那么在荷载情况一致时（恒载是0.4kN/m2、活载是O.5kN/m2、基本风压是0.4kN/m2，无吊车），则跨度是18-48m的钢架的单位用钢量一般处于18-35kg/m2；若是檐高是12m，则跨度是18-48m的钢架的单位用钢量一般处于25-40kg/m2；若是檐高大于18m，则应采用多跨刚架。综上所述，设计者在进行轻型钢房屋结构设计时，必须要根据实际情况进行跨度的选择，以经济合理为主，而不是一味地追求大跨度。

2.2 确定合理的柱距

当前随着轻钢结构的应用，建筑物的柱距也在不断增大，以达到减少用钢量的目的。但是，柱距的增大也会加大檩条的用钢量，因此，必须确定最适合的柱距，以达到总体用钢量的最优化，降低建造成本。一般而言，若是处于无吊车的情况下，轻钢结构用钢量主要受两个方面的影响：主结构与次结构；若是处于有吊车的情况下，则轻钢结构用钢量受三个方面的影响：主结构、次结构以及吊车梁。

经过大量的计算可以发现，柱距的不断增加，会使得刚架用钢量不断地下降；但是，一旦柱距增加到一定的值，刚架用钢量下降的趋势则会变缓，与此同时，由于次结构、吊车梁的用钢量处于不断增加，这就导致了整体用刚量由原先的下降转变为上升趋势。下表1中即为通常情况下各种跨度所对应的最优柱距，可供参考。

2.3 确定合理的计算模型

通常情况下，轻型门式刚架的计算模型主要为柱和基础铰接、横梁和柱刚接，多跨刚架的中柱则大多使用摇摆柱。若是柱高度较大，则为了控制水平荷载作用下的柱顶位移，柱脚应采用刚接，多跨刚架的中柱和横梁的连接也应使用刚接。在进行实际工程设计时，必须要按照具体的情况对其进行合理选择。

3 门式刚架截面优化设计软件的应用

3.1 软件功能

PKPM系列软件“特种结构”模块的STS-2主菜单3是“门式刚架截面优化设计”，其是于主菜单A“PK交互输入与修改”与主菜单1“PK数据检查”之后执行，其初始值为PK建模当中的截面数据，按照强度、稳定和变形限值，自动或是人工地对截面优化范围进行确定与计算，最终得出结构用钢量最省的截面。

3.2 操作方法

（1）定义设计限值定义强度、稳定和变形限值。

（2）选择优化范围：可分为两种方式：一是人工；二是自动。若是采取自动的方式，则利用软件按照初始截面计算的应力确定截面优化范围；若是采取先自动、后人工的方式，则是先按照上述程序确定优化范围，其后设计者根据实际要求对此范围进行一定的修改；若是直接采用人工的方式，则可以利用软件对人工确定的截面优化范围进行审核，一旦有不合理的地方，则会给出提示。

（3）进行截面优化计算。

（4）查看优化结果，设计者可以参考软件给出的截面信息，并根据不同的要求对其做相应的调整。

4 结语

随着建筑行业的不断发展，轻型钢结构得到了原来越广泛的应用。上文中，主要针对了轻型钢结构的优化设计做了具体的分析，其目的主要在于提高轻钢房屋结构的安全性与经济性，使其在保证设计质量的同时，尽可能地降低建设成本。总而言之，轻钢房屋结构构造简单、使用范围广、经济性好，十分值得推广。

参考文献：

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