多层轻型房屋钢结构的设计及应用

多层轻型房屋钢结构的设计及应用
摘要：现代社会经济的不断发展对我国建筑工程建设提出了更高的要求，在具
体工程建设过程中，钢结构得到了很大程度的发展，对其进行合理应用能够有效
提升建筑自重，实现建筑抗震性能的有效提升，为我国现代建筑行业的进一步发
展创造良好的条件，本文首先分析多层轻钢住宅应用优势，然后以此为基础，综
合探究钢结构设计，分别从结构方案、支撑体系、楼盖体系、基础形式、节点构造、防火防腐、抗震设计七个方面展开具体论述。

最后从结构分析计算，钢结
构稳定性、梁柱设计三个方面深入分析如何强化钢结构设计，希望能够为其相关
人员具体工作提供更为丰富的理论依据、
关键词：多层轻型房屋；钢结构；设计
引言
在我国现代社会建设过程中，混凝土结构建筑工程造价相对较高，会对自然
环境造成很大程度的影响，同时施工周期相对较长，在此过程中，多层钢材建筑
的合理应用能够更高程度的满足现代建筑工程建设需求，可以在一定程度内推进
我国现代建筑行业的有效发展，具有极其重要的价值，为了进一步明确在进行多
层轻型房屋建设过程中如何更为科学的设计钢结构，特此展开本次研究，希望能
够有效推进我国现代建筑行业发展，使其更高程度的满足国家经济建设需求。

一、多层轻型房屋应用优势
首先，多层轻钢结构自重轻，具有良好的抗震性能。

通常选择使用高效轻质
薄壁型材，同时构件截面具有良好的性能，具有相对较高的承载力，良好的受力
性能，可以在很大程度内节约建筑材料，使其结构重量减轻，进而确保在基础运
输以及安装等方面有效降低时间投入，在运输不便，地质条件差或地震区具有较
为明显的应用优势。

其次，外形美观，建筑造型也具有更高的丰富性和简洁性，
相关构件截面尺寸相对较小，具有更大的净使用面积。

钢材强度较大，能够布置
较大柱网。

在此过程中，基于楼板组合作用，科学应用扁梁和组合梁，能够实现
警告的有效增加，该种开放式住宅不仅能够为建筑师工程设计提供更大的回旋余地，同时还可以确保用户可以对室内空间进行灵活分割[1]。

与此同时，可以迅速
供货，安装工作也具有较高的方便性，相对于混凝土结构而言，能够有效降低施
工周期，而在我国现阶段贷款利率较高的社会形势下，早投产，早回报，能够实
现工程总造价的有效降低，实现投资效益幅度的有效增加。

最后干法施工，具有
相对较高的装备化程度，建设高效快速，能够进一步保障工程质量。

在具体生产
和使用轻钢结构时，原料消耗和能源消耗相对较低，产生的建筑垃圾也普遍较少，同时噪声低，粉尘少，能够实现重复利用，具有较高的可循环性。

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二、多层轻型钢结构设计
（一）结构方案
通常情况下，对于多层轻型房屋而言，架构体系通常为框架结构，在此过程中，如果工程建设对房屋结构具有特殊的要求，还可以在一定程度内选择使用悬
挂体系。

对于钢结构而言，梁柱是其不可或缺的关键部位，其主要构架来源通常
是焊接构件，相对于传统建筑形式而言，框架建筑具有设置灵活，易于构建等优点，但是由于材质轻盈，对地震现象的敏感度存在很大程度的不足，同时，其侧
向刚度相对较低，不能准确调控侧向位移[2]。

在我国现阶段，由于型钢的品种和
产量相对不足，因此，相关工作人员普遍选择焊接构件。

就整体建筑而言，钢结
构的平面布置具有较大的宽松度和自由度，同时，柱网尺寸也没有明确提出固定
值，通常需要将其控制在6到9米之间。

在此过程中，如果钢结构选择框架结构，则其轮廓较为清晰，质地也较为均衡，在开展具体施工作业，实际操作性和抗震
性能也普遍较强。

（二）支撑体系
对于多层轻型建筑而言，为了确保钢结构具有更高的侧向刚度，实现其抗震
性能和抗风性能的有效增强，相关人员需要科学设计支撑体系，一般选择使用角
钢或槽钢构建支撑体系。

在具体进行支撑体系设计时，相关工作人员通常选择纵
横单向设置或双向设置，与此同时，还需要应用压杆或拉杆设计框架和支撑的铰接。

在具体建设支撑体系时，相关人员需要基于建筑布局和具体形状灵活应用门式，人字型，交叉型等布设方式。

在此过程中，对于建筑抗震性能，相关人员可
以设置偏心支撑，确保房屋性能能够更为高效的吸能耗能。

在具体布置支撑体系时，需要对建筑地面和各墙面受力情况进行综合考虑，在保障建筑实际功能和整
体布局的同时，确保各部分均衡受力。

在具体设计各类支撑时，相关人员需要在
方案设计中科学计算弯矩影响。

合理应用偏心支撑的主要目的是在未来建筑投入
应用过程中具有较强的刚度，确保在受到大风，地震等自然灾害时，能够有效分
散受力。

下图1为最为常见的门架支撑形式。

图1 门架支撑
（三）楼盖体系
通常情况下，在具体进行房屋建筑建设过程中，对于多层轻型房屋的承重能
力具有较高的要求，基于此，钢结构楼板具有相对较高的设计要求，不仅需要确
保具有足够刚度，同时还需要保障其整体性，实现楼板承载能力的有效提升。

在
目前具体工程建设过程中，通常需要将压型钢板设置在钢梁上，通过栓钉，将二
者组合在一起，同时浇筑长度在10到15厘米之间的钢筋混凝土板，实现组合楼
板的有效形成，该种楼板设计可以实现钢结构承载力的有效增强。

与此同时，相
关单位还需要基于建筑工程具体需求科学选择混凝土现浇层和预应力板，或者直
接选择应用钢筋混凝土，但是需要注意钢梁和楼板之间紧密结合，组合楼板的合
理设计能够确保建筑和楼板实现更高程度的一体化，使其承重能力有效提升[3]。

同时还可以使其量高，有效降低，通过剪枝等高连接次梁和主梁，如果出现特殊
情况，不需要严格要求等高连接。

例如压型钢板地板的科学应用，对于敷设一盘
压力具有极其重要的价值，使其压力板厚度大大降低，进而实现填筑高度的有效
提升。

（四）基础形式
通常情况下，多层钢材建筑在基础搭配方面提出了较高的要求，在开展具体
施工作业之前，相关人员需要统一设计各类基础形式，基础形式设计具有一定的
多样性，需要基于具体应用需求，科学选择基础形式，确保不会对上层建筑结构
造成不良影响。

在此过程中，基础结构通常包括筏板基础，识字基础，条形基础
和独立基础。

如果选择使用柱下独立基础，相关工作人员需要对基础下降和起身
立柱之间所具有的差异高度重视，有效避免整体结构受力偏移。

在此过程中，对
于基础梁结构，一般选择使用钢筋混凝土结构，可以提前制作，也可以现场浇筑，如果对于项目工程具有特殊的要求，可以选择使用钢基础梁，通常需要在助教表
层覆盖特殊涂料，避免发生侵蚀
（五）节点构造
在进行多层房屋钢结构建筑过程中，节点构造通常选择使用焊接箱形或工形
截面，通常情况下，工形截面腹板相对较薄，因此，在弱轴方向通常选择铰接方
式连接梁，而强轴方向则选择使用钢铁形式，同时还可以，在一定程度内利用半
刚性连接。

但是在开展具体工作时，由于受力特征具有较高的复杂性，因此，相
关单位需要对其进行试验，全包设计数据的准确性。

与此同时，对于多层房屋而言，由于钢结构构件较薄，因此需要尽量避免在工地现场进行焊缝连接，为了实
现结构整体刚度的有效增强，相关人员需要已连续梁形式呈现次梁。

在具体进行
结构计算时，需要合理应用现代信息技术，基于三维图形分析空间结构，对其梁，柱弯曲变形，轴向变形和剪切变形的影响进行深入分析，同时还需要进一步分析
剪切变形如何影响侧移。

与此同时，还需要科学降低颅盖自重，一般选择使用轻
骨料混凝土作为楼盖结构，可以在一定程度内减轻自重。

除此之外，相对于其他
材料而言，轻型钢结构具有更高的抗震性，但是在具体工作过程中，如果设计不当，则会损坏钢结构，相关人员需要对其进行深入分析。

（六）防火防腐
对于多层轻型钢结构建筑而言，防火防腐设计是其极其重要的一项内容，会
对整体建筑的耐用性和可靠性造成很大程度的影响，通常情况下，在对钢结构进
行防火设计时，相关人员需要基于具体需求包裹防火层，喷刷发泡防火漆，涂抹
防火涂料。

在此过程中，如果构建位置相对靠里，相关人员需要通过加装防火板
或喷涂蛭石与珍珠岩等方式进行防火设计，能够进一步保障其使用性能和经济成
本[4]。

在此过程中，如果钢质构件暴露在外，相关人员需要涂抹防水材料对其进
行科学有效的防腐处理，以此为基础，防腐性能一般只能维持10到20年，在房
屋投入具体运营之后需要对其进行科学有效的维护作业，保障建筑防腐性能。

在
此过程中，镀锌压型钢板通常具有较高的防腐性能，进行具体施工作业时，通过
进行防火外衣的合理布置，能够实现有效防，同时还需要在内外结构喷涂有机涂料，使其建筑结构具有更高的稳固性。

通过相关实验发现，防火涂层耐火性能的
极限大多在三四个小时，确保在出现火灾时，能够使建筑基本结构维持较长时间，进而为受灾群众自救和消防人员救火具有更长的时间。

（七）抗震设计
通常情况下，多层轻型钢结构建筑的抗震能力相对较强，但是在进行具体施
工作业时，需要对其抗震方面进行严格要求。

在进行具体设计工作时，相关人员
需要基于当地地理环境合理优化抗震设计，深入研究在发生地震时钢结构房屋的
具体状态，明确可能出现损坏的具体原因，合理优化结构体系，基本构件和具体
节点，确保房屋建筑具有更高的抗震性能。

三、钢结构设计强化策略
（一）强化结构分析计算
在我国传统建筑设计过程中，通常会将底座设计成固定状态，多层钢材建筑
也是如此，以此为基础，能够确保不会影响上层建筑。

但是在传统工程建设过程中，混凝土结构固端连接较为简单，进而在建筑钢结构框架时，该方式工作较为
困难，由于地下钢材容易受到腐蚀，因此不能将钢材作为地基[5]。

在具体设计房
屋钢结构时，相关人员需要应用弹性方法计算结构具体作用效果，同时还需要进
一步模拟地震或强风影响状态下钢结构变形情况，在具体进行计算过程中，相关
人员需要基于三维空间结构分析计算建筑结构。

如果是对常规空间结构进行平面
布置，设计人员进行具体设计过程中需要引一个整体展现各部分框架，同时将竖
直方向所需要的支撑作为整体支撑，然后对其进行深入分析和科学计算。

在具体
进行计算过程中，需要排除剪切变形，弯曲变形，轴向变形等各项因素对其整体
分析计算造成的影响，除此之外，还需要进一步分析梁柱节点存在的剪切变形如
何影响侧移。

在具体进行多层轻型钢结构房屋设计，相关人员需要科学应用计算
机设备对其进行辅助设计，基于三维立体层面展开具体设计工作。

（二）深入分析稳定性
在此过程中，相关人员需要找出结构内部抵抗力和外部荷载之间平衡不稳定
的状态，换言之，在变形急速增长过程中，需要采取有效办法避免进入，必须对
其变形问题进行有效处理。

在具体实现稳定性设计时，在对平面结构进行平面稳
定设计时，必须确保符合整体结构布置。

与此同时，在进行结构整体布置过程中
还需要综合考虑体系各个组成部分以及整体的稳定性[6]。

在具体进行设计工作时，现场设计人员需要深入分析设计过程中存在的各项问题，明确结构构件具体稳定
性能，以此为基础，才能确保对钢结构进行更为科学有效的稳定设计，进而有效
避免在后期设计工作中出现不必要的损失。

（三）优化梁柱设计
在进行钢结构设计时，梁柱节点设计是其极其重要的一个工作环节，通常情
况下，在进行梁柱连接时，具体包括半刚接，铰接和刚接三种方式。

在此过程中，铰接方式具有相对简单的整体构造，在制造和安装过程中，具有更高的便利性，
在具体应用该方式进行连接时，需要合理设置剪力墙或支撑，使其能够进一步承
受水平荷载。

在具体应用半刚性连接时，其接受力性能相对突出，在我国现阶段
具体设计多层轻型钢结构建筑时，刚接和铰接是连接梁柱节点最为普遍的方式，
在此过程中，刚接节点大多是通过对接焊缝进行梁翼缘，柱连接。

通过科学应用
高强度螺栓连接梁腹板和柱，以此为基础，能够确保有效提升连接质量。

四、结束语
总而言之，在我国现代建筑行业发展过程中，多层轻型房屋钢结构具有极其
重要的应用价值，相关单位在具体应用过程中，需要对其设计工作进行合理优化，通过科学设计结构方案，支撑体系，楼盖体系，基础形式，节点构造，防火防腐，抗震设计能够确保合理优化建筑性能，在此过程中，通过强化结构分析计算，深
入分析稳定性，优化梁柱设计能够强化钢结构设计，提升钢结构设计效果，推进
现代轻钢型房屋建筑的进一步发展，使其更高程度的满足现代经济建设对我国建
筑行业提出的最新要求，为现代社会经济水平的有效提升创造良好的条件，进而
使其在未来国际竞争中占据更高优势。

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