哈工大_轻型钢结构讲义1

1、轻 型 钢 结 构主讲人：杨 斌 参 考 资 料 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB500182002 钢结构设计规范 GB500172003 建筑结构荷载规范 GB500092001 钢结构工程施工质量验收规范 GB502052001 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102 ：2002 轻型钢结构设计手册 中国建筑工业出版社 冷弯薄壁型钢结构设计手册 中国建筑工业出版社 钢结构稳定理论与设计 陈骥编著 科学出版社 钢结构设计 张耀春主编 高等教育出版社 第 一 章 概 述1.1 轻型钢结构的特点和应用 1-1.1 结构特点 轻型钢结构建筑，是指以冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢

2、板、薄壁钢管、轻型热轧型钢及以上各种构件拼接、焊接而成的组合构件等为主要受力构件并且大量采用轻质围护结构的建筑。 厂房、超市、综合楼、仓库、 机库、农贸市场、饮食、娱 乐、体育设施、候车室等。 指10层以下的住宅、总高度 小于24m 的公共建筑。 冷弯薄壁型钢系由钢板或钢带经冷加工成型的。 冷弯薄壁型钢结构技术规范规定钢材壁厚不宜大于6 mm。轻钢结构低层建筑结构：多层建筑结构： 冷弯薄壁型钢具有较好的截面特性，与热轧型钢相比较，在相同截面的情况下，回转半径可增大5060，截面惯性矩和抵抗矩可增大 0.53.0 倍，因而能更合理地利用材料的强度，较普通钢结构节省材料30左右。 随着钢材材质及防

3、腐涂料的改进，我国已能生产壁厚12.5mm或更厚的冷弯型钢。 轻型钢结构特点： 1. 自重轻，约为砖混结构的1/30，基础处理费用低；构 件截面小，使用面积和空间利用率高； 2. 制造和安装标准化程度高，大大地缩短了建设周期； 3. 可多次拆装，重复利用，极大地减少了投资成本； 4. 布局灵活，可以灵活布置大开间、大跨度或大柱距的 建筑平面； 5. 非承重墙体的设计灵活，便于布置室内分区和设置全 部或局部敞开区； 6. 保温、隔热、隔声性能好，轻型屋面板、墙板导热系 数小，隔热效果可达同等厚度砖墙的15倍以上，隔声 效果可达3040分贝； 7. 屋面及墙面采用轻质复合板或彩色压型钢板，整体性

4、好，抗风、抗震能力强，轻巧、大方、色彩多样； 8. 经济指标较好，屋面采用轻质复合板或彩色压型钢 板，屋盖结构的用钢量一般为815kg/m2，接近相同 条件下钢筋混凝土屋盖结构的用钢量，减轻结构自重 7080，总的造价较低。 总投资成本 投资回报期 轻型钢结构投资少，见效快，具有广阔的发展空间。 轻钢建筑综合经济效益评价指标 1-1.2 结构形式与应用范围 轻型钢结构的用途广泛，主要用于： 1. 屋面构件 屋面构件包括檩条和屋面板。 檩条的形式有实腹式、空腹式和桁架式。 檩条跨度为6 m时，一般用钢量为（37）kg/m2 ，随檩距大小和檩条跨度的不同而不同。 实腹式檩条常采用槽钢、角钢、以及

5、Z 形和 C形冷弯薄壁型钢，一般优先采用冷弯薄壁型钢檩条。 当屋面荷载和檩条跨度较小时，也可采用角钢和缀板焊接而成的空腹式檩条，但增加施工工作量，采用较少。 空腹式檩条 当屋面荷载和檩条跨度较大时，可采用桁架式檩条，但桁架式檩条制造较麻烦。 2. 屋架 轻型钢屋架按结构形式可分为三角形屋架、三角拱屋架和梭形屋架。 用钢量较省，制造、运输、安装方便。 三角形屋架广泛应用于中、小型工业 房屋，仓库及辅助性建筑物中。 其用钢量与三角形角钢屋架相近，能充分利 用圆钢和角钢，便于拆装和运输。 但节点构造复杂，特别是中间铰处屋 面处理复杂，整个结构的刚度较差。三角形屋架三角拱屋架桁架式檩条三角形屋架：三角

6、拱屋架： 上弦为角钢、双下弦为圆钢的空间桁架，属于 小坡度的屋盖结构体 系，多采用无檩结构。 梭形屋架具有截面重心 低，空间刚度较好的特 点，但节点构造复杂， 制造较费工。 3. 门式刚架 门式刚架结构建筑造型简捷美观，构件易标准化。 门式刚架按结构体系分为实腹式和格构式。 格构式刚架属于普通钢结构范畴， 实腹式刚架多属于轻型钢结构范畴。(a) 梭形屋架立面图(b) 梭形屋架平面图梭形屋架梭形屋架： 轻型门式刚架承重结构为单跨或多跨实腹式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t 的A1A5工作级别桥式吊车或3t 悬挂式起重机的结构。 轻型门式刚架刚度较大、安装方便，当采用

7、 H 型钢时，制造工作更加简化。 单层轻型门式刚架承重结构的用钢量为（1030） kg/m2 。 轻型门式刚架获得了广泛应用，特别适合于设有较小起重量的多层工业厂房、超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头等建筑。檩条屋面板刚架门式刚架 4. 墙架与龙骨 轻质墙通常采用压型钢板、夹心板、石棉瓦、石膏板等轻质材料作为墙板，墙板单侧或双侧挂在墙梁上。 墙梁通常采用槽钢、卷边槽钢和Z形钢等截面型式。 许多墙体和吊顶采用冷弯薄壁型钢龙骨（又称轻钢龙骨），较热轧型钢制作的龙骨相比可节约钢材30左右。 轻质墙可减轻结构自重、满足各项使用要求、缩短施工周期、具有较好的技术经济效益。 5. 轻型房屋 轻钢骨架住宅

8、一般指 6 层以下房屋，特别是13层别墅式建筑。 该类建筑可以采用轻钢龙骨构件作墙的骨架，用桁架和维护材料形成骨架系统和屋盖系统。轻型房屋的特点为：（1） 由于采用轻型屋顶和墙体结构，用料省、自重轻， 减少了运输和吊装费用，降低了基础造价。（2） 由于钢材强度高，可建造开间、进深较大的房屋， 由于所需构件的截面小，在相同建筑面积下的建筑 空间利用率增加57。（3） 抗震性能好且受损轻，且由于钢材容易加工，灾后 修复容易。（4） 除基础外，工业化程度高，构件全部由专业工厂标 准化生产，建筑质量容易保证；施工作业受天气及 季节影响较小，施工速度快、周期短。（5） 改建和拆迁容易，材料的回收和再生利

9、用率高。（6） 防火能力差，易锈蚀。 6. 网架与网壳 网架和网壳是杆件按一定规律合理组成的空间网格结构，平板形的空间网格结构称为网架，曲面形的空间网格结构称为网壳。 网架一般是双层的，在某些情况下也可以做成三层的，而网壳分为单层和双层。 冷弯薄壁型钢是网架与网壳的理想材料，较为常用的有冷弯薄壁圆钢管、方（矩形）管以及冷弯卷边槽钢和冷弯卷边Z形钢。网架与网壳具有以下优点： （1） 空间受力、传力简捷，整体刚度好，不需设置屋 盖支撑系统，减小屋盖结构的支承点数。 （2） 可以利用小尺寸构件组成大型结构，能充分发挥材 料的受力性能，以达到节约材料的目的；构件和节 点的形式及尺寸比较统一，便于工厂化

10、制作。 （3） 造型美观、新颖，能适应各种建筑平面而组合成不 同的空间形体，以满足建筑的美学要求。 网架与网壳是大跨结构常用的屋架结构。关于此方面的专著较多，本课不再论述。 轻型钢结构还广泛用于平台、楼梯、容器、管道等以及由冷弯薄壁型钢组合而成的受力蒙皮结构、货架等多种新型结构型式。 总之，轻型钢结构相对于普通钢结构而言，轻型钢结构杆件截面较小、壁厚较薄。除具有普通钢结构的特点外，还具有用料更省、自重更轻等优点。1-2 结构材料与连接的特点 1-2.1 结构材料 用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板，应采用现行国家标准碳素结构钢GB/T700规定的Q235钢和低合金高强度结构钢GB/T1

11、591规定的Q345钢。 即钢材的力学性能指标和化学元素的含量与普通钢结构所述完全相同。 在冷弯薄壁型钢结构的压型钢板设计中，如由刚度条件而非强度条件起控制作用时，也允许采用 Q215 牌号的钢材。 用于承重结构的冷弯薄壁型钢的带钢或钢板，应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯试验和硫、磷的合格保证；对焊接结构尚应具有含碳量的合格保证。 1-2.2 连接的特点 焊接连接 螺栓连接 紧固件连接 1. 焊接连接 手工焊 自动焊或半自动焊 二氧化碳气体保护焊 电阻焊 手工焊接用的焊条，应符合现行国家标准碳钢焊条GB/T5117或低合金钢焊条GB/T5118的规定，选择的焊条型号应与主体金属力学性能相

12、适应。 自动焊接或半自动焊接用的焊丝和焊剂，应符合现行国家标准熔化焊用钢丝GB/T14957的规定，选择的焊丝和焊剂应与主体金属力学性能相适应。轻型钢结构构件的连接常用的焊接方法 二氧化碳气体保护焊采用的焊丝，应符合现行国家标准气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝GB/T8110的规定。 当不同种类的钢相焊接时，宜采用低组配方案，即采用与低强度钢材相适应的焊条或焊丝。 2. 螺栓连接 普通螺栓应符合现行国家标准六角头螺栓C级GB/T5780的规定，其机械性能应符合现行国家标准紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱GB/T3089.1的规定。 高强螺栓分为大六角头型和扭剪型两种，高强螺栓应符合现行国家标准钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈与技术条件GB/T12281231或钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副GB/T36323633的规定。 采用普通螺栓连接冷弯薄壁型钢构件时，由于连接件厚度较薄，常采用全螺纹螺栓，以减少垫圈耗量，保证连接质量。 3. 轻钢结构的紧固件连接 在冷弯薄壁型钢结构中经常采用自攻螺钉、钢拉铆钉、射钉等机械式紧固件连接方式，主要用于压型钢板间和压型钢板与冷弯型钢等支承构件之间的连接。 轻钢结构紧固件 自攻螺钉有两种类型，一类为一般的自攻螺钉（图a），需先行在被连板件和构件上钻一定大小的孔后，再用电动板子或扭