浅谈多层轻钢框架结构的优化设计

　　摘要：在我国社会主义经济建设的良好发展形势下，我国建筑行业获取了前所未有的发展机遇与广阔前景。我国建筑结构设计工作逐步实现了与世界先进理念的接轨与融合，建筑结构的体系与模式也呈现出了多项发展的新形势。多层轻钢框架结构是我国近年才正式应用的结构形式之一，多层轻钢框架结构因其具有生产效率高、跨度大、力性能好、适应功能要求性强等诸多特点，而被广泛应用于现代建筑行业各领域中。多层轻钢框架结构在建筑领域的广泛应用，有效提高了建筑物的整体强度、质量和抗震性能，同时在多层轻钢框架结构过程中也不可避免的引起一系列的弊端与问题，这是急需得到解决与控制的。本文仅就多层轻钢框架结构的优化设计作以简要的论述，力争全面实现我国建筑结构设计理念与方法的科学发展和创新进步。
　　关键词：多层轻钢框架结构；优化设计；理念；方法
　　一、多层轻钢框架结构的特点
　　近年来，我国建筑行业整体发展步伐较快，已经初步形成了具有中国特色的建筑设计理念、技术模式与监管机制，正逐步实现与世界先进建筑领域的接轨与融合。目前，我国建筑结构设计呈现了多元化的发展趋势，针对不同的布局情况与功能需要，建筑工程项目分别采取不同的结构模式。[1]我国现在主要应用的建筑结构有钢筋混凝土结构、网架结构、钢结构、多层轻钢框架结构等多种形式，每一种结构都具有其独特的优势与特点。其中多层轻钢框架结构为最近几年才得到广泛应用的建筑结构之一，具有极大的适用性与发展空间。
　　目前，多层轻钢框架结构是国内外应用和发展速度最快的轻型结构形式之一，在住宅、办公楼、旅馆等多层建筑中得到了广泛的应用，并且逐步形成了工业化生产的新型模式，能够全面满足各国建筑行业的用量与功能需求。多层轻钢框架结构的特点主要体现在：地震作用小、自重轻、基础简单、建筑表现力强、整体效果美观、设计理念新颖、节省钢材等方面，完全符合现代建筑行业的时展需求，以及建筑工程项目的具体设计要求。[2]如此诸多优越性能，使得多层轻钢框架结构的发展前景极为广阔，很有可能成为未来建筑行业的主要建筑结构。同时，随着多层轻钢框架结构研发与探索工作的不断深入，对于荷载作用下的静力性能研究也取得了令人满意的成果，但是对于其动力特性和抗震性能的研究工作仍需及一步强化。
　　二、多层轻钢框架结构设计中存在的问题
　　多层轻钢框架结构是一种新型的建筑结构，我国建筑行业正式应用多层轻钢框架结构的时间也比较短，尚未完全掌握结构设计的重点与难点，设计工作中的弊端与问题也就逐渐暴露出来，这些问题都是需要设计单位和设计人员高度重视的，并及时寻求有效、科学、合理的解决方案与具体措施。目前，在我国多层轻钢框架结构设计中存在的问题，主要表现在以下几个方面：
　　（1）、设计理念不完善
　　在世界建筑行业发展历程中，最初各国建筑结构设计普遍采用容许应力的理念，后来又逐渐出现了破损阶段计算的理念方法。20世纪50年代中期，美国建筑学家首先提出了极限状态的设计理念，并且取得了较为理想的实际效果，进而在全世界范围内得到了广泛的推广与应用。[3]建筑结构极限状态设计理念的发展与完善，在世界建筑史中占据十分重要的地位。目前，我国多层轻钢框架结构设计中，普遍采用了以极限状态设计理念为基础的设计模式。近年来，通过国内建筑行业专家、学者，以及各高等学府建筑专业人士的不懈努力与钻研，极限状态设计理念逐步实现向更完善、更科学的方向发展。[4]但是随着建筑科学技术的创新发展和电子计算机的普遍应用，多层轻钢框架结构的设计理念也需要注入更多的科技元素与技术元素，否则难以实现多层轻钢框架结构设计工作的科学发展需求，甚至有可能阻碍我国建筑行业整体设计理念的全面发展和进步。
　　（2）、结构强度设计仍需加强
　　多层轻钢框架结构主要由各类轻型钢材组成，轻型钢材的自重较小、自身强度性能较差，多层轻钢框架结构的强度主要取决于轻型钢材的强度，因此，在建筑结构设计中一定要加强强度的设计，并且力争以科学的措施与方法提升结构的整体强度。多层轻钢框架结构设计中，设计人员一定要注意对于结构模式，以及材料品牌、型号的确定，以保障建筑结构施工工作的顺利进行和完成。[5]目前，在国内建筑材料市场中不同品牌的轻型钢材价格会有很大的差异，这与钢材的质量有很大关系的。多层轻钢框架结构是建筑物的整体框架，其强度设计是否符合国家相关质量标准，将直接关系到建筑物的使用年限与抗震性能等多方面的问题，必须引起工程设计人员的高度重视。
　　       
　　
　　图表一：多层轻钢框架结构的横向承重方案
　　       
　　图表二：多层轻钢框架结构的纵向承重方案
　　
　　（3）、缺乏对于设计图纸的全面审核
　　在国内多层轻钢框架结构设计工作中，由于设计单位普遍受到任务重、人手不足、审核机制不健全等原因的影响和限制，往往缺乏对于设计图纸的全面审核，这个问题是急需得到解决与改善的，否则很有可能影响到建筑结构的施工环节。对于多层轻钢框架结构设计图纸的全面审核是保障施工活动顺利进行的主要依据，也是建筑工程项目质量与进度保证的先决条件之一，因此，建筑工程设计单位必须逐步重视对于设计图纸的全面审核，以确保设计图纸的科学性与可操作性达到实际需求，严格保障多层轻钢框架结构施工工作的顺利进行。[6]多层轻钢框架结构设计图纸普遍较为复杂，其所涉及的内容也相对较多，设计人员要在熟悉工程项目整体建设目标的基础上，对建筑结构设计图纸做全面的审核，并将审核结果上报相关工程技术管理部门，请其进行复审，待复审也通过后，方可允许施工单位组织施工。如果多层轻钢框架结构设计中忽略了对于图纸的审核，必然会影响到多层轻钢框架结构施工的进度与质量，甚至有可能危及到整个工程建设项目的施工。
　　                
　　
　　图表三：多层轻钢框架结构的计算单元审核图
　　
　　（4）、结构抗震性能设计不足
　　现代建筑结构的设计工作中，结构的抗震性能是必须强化的设计内容之一。目前，在国内多层轻钢框架结构设计中，结构的抗震性能普遍难以真正保障，这主要受到我国现行设计理念与技术的制约。[7]轻钢框架结构的平动振型情况时有发生，往往引发实际结构的低阶振型所对应的扭转系数相差较大，这就极大的影响了结构的抗震性能。国内建筑工程设计单位正式着手多层轻钢框架结构的设计年线较短，而且缺乏专业的理念与技术研究工作，最终导致我国多层轻钢框架结构设计工作始终处于缓慢发展的状态。
　　三、如何实现多层轻钢框架结构的优化设计
　　目前，我国多层轻钢框架结构设计已经普遍实行了较为科学的设计理念与方法，但是设计理念与方法多是照搬、照抄其他国家建筑行业的成熟经验，并不能完成适应国内多层轻钢框架结构设计工作的实际需要，在进入工程施工阶段，很多弊端和缺点都逐渐曝露出来，如果长期的硬性坚持加持下去，必将不利于建筑多层轻钢框架结构设计工作的科学发展，以及整个行业的全面进步。[8]我们必须在现有多层轻钢框架结构设计理念与方法的基础上，加以适当的创新，以满足建筑行业的整体发展需求。实现多层轻钢框架结构的优化设计，可以从以下几方面做起：
　　（1）、吸收和借鉴世界先进经验，对我国多层轻钢框架结构设计加以创新
　　一些发达国家对于多层轻钢框架结构设计工作的研究较为深入，在长期实践工作中，早已形成一套完善的科学多层轻钢框架结构设计理念和方法。国内的建筑工程设计单位要注重对国外先进设计理念的吸收和借鉴，但绝对不是全部将其拿过来，直接应用于国内多层轻钢框架结构设计工作中。[9]同时，国内建筑工程设计单位还要对外国的多层轻钢框架结构设计经验做充分的分析与研究，并坚持“去其糟粕，取其精华”的学习原则，结合国内多层轻钢框架结构设计工作的现状和建筑行业发展需求，加以适当的创新，逐步实现我国多层轻钢框架结构的优化设计。
　　（2）、全面提升设计人员的综合素质
　　目前，我国多层轻钢框架结构的优化设计工作中，设计人员普遍缺乏系统的专业知识与先进的设计理念，这是难以保障实现多层轻钢框架结构的优化设计的。我国建筑行业的发展中，应逐步将强对于设计人员的在职培训与知识的强化，使国内设计人员逐步掌握和熟悉世界先进的多层轻钢框架结构设计理念，并且结合国内建筑行业的现状与实际情况，逐步培养更多符合我国多层轻钢框架结构设计的高素质设计人员，进而实现多层轻钢框架结构的优化设计，以满足我国建筑行业创新发展的时代需求。
　　（3）、在总结多层轻钢框架结构经验的基础上，对设计理念进行优化
　　我国多层轻钢框架结构设计工作虽然起步较晚，但是在多年的多层轻钢框架结构设计工作中，设计单位和人员在长期的工作中，也逐步积累了丰富的经验和宝贵的教训。[10]建筑工程设计单位和人员的工作经验是一笔宝贵的财富，是多层轻钢框架结构设计实现优化发展的基石。国内建筑工程单位要重视对多层轻钢框架结构设计经验的积累，并且要定期组织设计人员对阶段性的工作做出系统总结，并写出对工作的建议和感想。建筑工程设计单位只有在不断总结经验、教训的基础上，对多层轻钢框架结构设计理念与方法进行科学、有效、合理更新和完善，才能保证多层轻钢框架结构的优化设计。
　　总结：
　　我国建筑行业是伴随着国内社会经济的迅速发展，以及时代的进步，而逐渐兴起的一个新型行业类型。在我国建筑工程项目建设过程中，多层轻钢框架结构设计工作是一项十分重要的工作内容，直接关系到建筑工程项目经济收益与社会效益的实现。多层轻钢框架结构设计在建筑工程项目建设中占有十分重要的地位和作用，但是随着现代建筑工程设计理念的全面发展，多层轻钢框架结构设计的管理工作中也逐渐应用了一些科学化的管理理念与手段。目前，国内对于多层轻钢框架结构设计工作的理念与方法尚处于初级阶段，短时间内还难以形成一套完善的技术与管理理念与方法。在国内的多层轻钢框架结构设计工作中，设计单位和人员要积极运用科学化的设计理念和方法，才能确保多层轻钢框架结构设计工作的有序进行，进而实现多层轻钢框架结构的优化设计。
　　
　　参考文献：
　　[1]王昌誉，韩敏成.建筑工程中轻钢框架结构设计管理[M].中国现代科学技术出版社．2007．
　　[2]孙伟祥，何梦琳.浅谈多层轻钢框架结构设计工作的科学化管理与全面发展[J].山东建筑科学．2004，（5）．P16-17
　　[3]刘锦.多层轻钢框架结构设计监理工作的发展与创新[J].山西建筑．2005，（12）．P11
　　[4]郑志云，胡新山.浅谈多层轻钢框架结构的优化设计的重点和难点[J].科技成果纵横．2007，（3）．P7-8
　　[5]赵洪军.浅谈多层轻钢框架结构设计的科学发展与全面创新[J].科技与发展．2006，（11）．P36
　　[6]胡思斌，刘端.多层轻钢框架结构住宅风作用下二阶弹性性能分析[J].建筑与科技创新．2009，（1）．P21-22
　　[7]穆思宇.多层轻钢框架结构设计中抗震性能的分析[J].福建建筑科技论坛．2004，（7）．P10
　　[8]常新奇，孟晓东.多层轻钢框架结构抗震性能和设计方法研究[J].城市规划．2009，（1）．P8
　　[9]王宝福.多层轻钢住宅结构体系的经济性分析[J].重庆建筑百科．2006，（7）．P34
　　[10]孙明，王启强.TLD在多层轻钢框架结构中减震作用的应用研究[J].吉林建筑．2007，（4）．P6-7