轻钢结构设计
第一章绪论
1．1 钢结构的应用范围
随着我国经济、技术的迅速发展和进步，钢结构已逐步成为各类工程结构中被广泛应用的建筑结构，如工业建筑、文化体育建筑、城市现代化建筑及城乡住宅建设等。从钢材的力学特性和环境保护方面来看，钢材是目前最理想的建筑材料；从经济性方面考虑，虽然我国的钢产量在逐年提高，钢材市场的供应有所改善，但由于国民经济各部门都需要用钢材，因此，钢材在我国仍是一种比较贵重的建筑材料，必须合理应用。
在房屋建筑中，以下情况宜采用钢结构。
1．工业厂房钢结构
包括各类工业厂房，特别是重型厂房。重型厂房是指设有起重量很大(100t以上)或运行非常频繁(重级工作制)的吊车的厂房，以及直接承受很大振动荷载或受振动荷载影响很大的厂房。例如，冶炼厂的平炉车间、热轧车间、混铁炉车间；重型机械厂的铸钢车间、锻压车间、水压机车间；造船厂的船体车间；飞机制造厂的装配车间等。
2．大跨度房屋钢结构
随着结构跨度增大，结构自重对结构设计的影响迅速增加。由于钢结构具有强度高、自重轻的优点，用于大跨度结构时具有明显的经济效果。属于大跨度结构的有体育馆、展览馆、影剧院、大型交易市场、飞机库、火车站等。其结构体系主要有网架结构、悬索结构、拱式结构、预应力钢结构等。
3．高层及多层建筑
钢结构由于结构自重轻、构件体积小、装配化程度高，对高层建筑特别有利。因此，在高层建筑，特别是超高层建筑中，宜采用钢结构或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结合的组合结构。
近年来，在12—16层的小高层和6～8层的多层建筑中也采用钢结构，钢结构还可用于多层工业厂房，如炼油工业中采用的多层多跨钢框架等。
4．轻型钢结构
轻型钢结构是由弯曲薄壁型钢、薄壁钢管或小角钢、圆钢等组成的结构。屋面和墙体常用压型钢板等轻质材料。由于轻型钢结构具有建造速度快，用钢量省、综合经济效益好等优点，适用于吊车吨位不大于20t的中、小跨度厂房、仓库及中、小型体育馆等太空间民用建筑。此外，由于轻型钢结构装拆方便，宜用于需要拆迁的临时结构。
5. 塔椽结构
塔桅结构包括电视塔、微波塔、无线电桅杆、高压输电塔、石油钻井塔、化工排气塔、导航塔及火箭发射塔(见图1．1)等，一般均宜采用钢结构。
6．板壳结构
板壳结构包括大型储气柜、储液库等要求密闭的容器及大直径高压输油管、输气管等。另外，还有高炉的炉壳、轮船的船体等均应采用钢结构。
7．桥梁结构
钢结构一般用于跨度大于40m的各种形式的大、中跨度桥梁。
8．移动式结构
移动式结构包括桥式起重机、塔式起重机、龙门式起重机、缆式起重机、装卸桥等起重运输机械及水工闸门、升船机等金属结构。
第二章单层厂房结构与普通钢屋盖
2．1 单层厂房钢结构的组成
钢结构单层工业厂房是工业与民用建筑中应用钢结构较多的建筑物。厂房结构是由屋盖(屋面板、檩条、天窗、屋架或梁、托架)、柱、吊车梁(包括制动梁或制动桁架)、墙架、各种支撑和基础等构件组合而成的空间刚性骨架(见图2．1)，承受作用在厂房结构亡的各种荷载和作用，是整个建筑物的承重骨架。
这些构件按其所起作用可组成下列体系：
1．横向框架
横向平面框架由柱和横梁组成，横向平面框架基本上承受厂房结构的全部竖向荷载和横向水平荷载，包括全部建筑物重量(屋盖、墙、结构自重等)、屋面雪荷载和其他活荷
载、吊车竖向荷载和横向水平制动力、横向风荷载、横向地震作用等，并将这些荷载传到基础上。横梁通常是桁架式的(即屋架)，轻屋面和跨度较小时也町采用实腹式的。
2. 屋盖结构
屋盖结构由懔条、天窗架、屋架、托架和屋盖支撑所构成，承受屋面荷载。
3．支撑体系
支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是将单独的平面框架连成空间体系，从而保证了结构的刚度和稳定，同时也承受纵向风力和吊车的纵向制动力。
4．吊车梁和制动梁(制动桁架)
厂房中常设置桥式吊车，其竖向和水平荷载由吊车梁承受。吊车梁两端支撑寸：柱的变截面平台或牛腿上。在吊车梁上翼缘平面内，通常沿水平方向设置制动梁或制动桁架，以便有效地将吊车的横向水平制动力传递到相邻的柱上。
5．墙架
墙架一般由墙架梁和墙架柱(也称抗风柱)等组成，用以承受墙重和墙面风荷载。当墙为自承重砖墙时只承受墙面风荷载，而全部墙重则传到底部搁置在相邻柱基础的钢筋混凝土基础梁上或专设的墙基础上。对纵向柱距较小的侧墙，只设墙架梁；对山墙和纵向柱距较大的侧墙则需加设墙架柱作为墙架梁的支承。墙架柱下端设基础，上端连于屋盖上弦或下弦水平支撑的节点上。
厂房钢结构的钢材用量指标和各类构件所占比重大致如表2．1所示。其中厂房单位面积钢材用量指标是评定设计经济合理性的一项重要指标。
为了改善厂房结构设计的技术经济指标，应该对整个厂房建筑和结构进行合理规划。规划时首先应使厂房满足工艺和使用要求，并能适应今后可能生产过程的变动和发展。规划的主要内容是确定车间的平面和高度方向的主要尺寸和控制标高，布置柱网，确定变形缝的位置和做法，并选择主要承重结构(横向平面框架、纵向平面框架、屋盖结构、吊车梁结构等)体系、布置和形式等。
规划时应充分考虑设计标准化、生产工厂化、施工机械化的要求，以提高建筑工业化。
第三章轻钢结构设计
轻钢结构主要是指以轻型冷弯薄壁型钢，轻型焊接和高频焊接型钢，薄钢板、薄壁钢管，轻型热轧钢及其以上各种构件拼接、焊接而成的组合构件等为主要受力构件，大量采用轻质围护材料的单层和多层轻型钢结构建筑。
与传统的混凝土结构和普通钢结构相比，轻型钢结构具有很多优越性。自重轻是轻型钢结构最显著的特点。其承重结构采用轻型焊接H型钢、冷弯薄壁型钢，这种型钢的截面形状可以按照实际受力情况和使用特点:轻型钢屋面系统的用钢量一般为8～15kg／m^2，单层轻钢仓库的用钢量一般为16—30kg／m^2，接近甚至低于在相同条件下钢筋混凝土结构的用钢量，工程资料表明：1．0 t钢结构可减少7．0 t混凝土用量，可节约大量木材、水泥及其他建筑材料。因此，轻钢结构可大幅度降低结构自重，一
