煤矿建筑轻型钢结构的分析及应用

李 涛

（山西省煤炭规划设计院，山西 太原 030045）

引言

随着煤矿建筑需求的进一步增加，钢材结构以及钢材的应用日趋普遍，轻型钢结构具有可观的发展前景，人们对煤矿建筑中的钢材投入了更为密切的关注。轻型钢结构不仅具有较为美观的造型，并且还能有效地节约钢的用量，大大提高煤矿建筑施工质量，缩减施工周期，与其他钢结构相比具有非常明显的优势，在广泛应用中得以迅速发展。

1 煤矿建筑轻型钢结构分析

1.1 结构形式

当前，在很多煤矿建筑中的轻型钢结构，绝大多数选用的是焊接工字型钢、轻型工字钢、框架结构体系，是柱及梁的良好选择。由于轻型钢种类并不丰富，可选择性相对较低，因此在实践中大多数情况下往往会选用焊接工字型钢，以灵活地调整柱网尺寸，将框架结构平面布置得更加合理。

1.2 基础形式

多数情况下，刚接柱脚均会应用于多层轻型钢结构中，这是由于轻型钢结构具有较轻的质量和较小的基础，通过应用可以显著地提高结构及建筑的稳定性，若地基条件相对较差，柱下独立基础可以选择片筏或者条形基础。在基础梁的选用上，通常会选用预制混凝土结构以及钢筋混凝土。在施工时，要严格按照设计图纸和施工计划进行施工，遵循土建部门的相关指导，严格核查和记录轴线和标高，保证其准确性以及严谨性，并在正式施工前利用有效的手段对这些数据进行第二次核实，用墨线标记不易毁损的固定物并做好相关的记录。

1.3 梁柱节点

梁柱节点通常可以分为铰接、半刚接和刚接，铰接和刚接如图1、下页图2所示。在制造与安装方面铰接有着较为突出的优势，然而需要通过剪力墙及支撑的设置来服务于抗侧刚度的提供以及水平载荷的应付，通过图示的观察，我们可以发现刚接方式在这一方面与铰接相比优势明显，不需要支撑物的设置，半刚接在刚接的基础上有助于大大地降低施工难度，而且相比于铰接其接受理性能更加优越，然而其较大的弊端就是控制受力具有较大的难度。在选择梁柱节点前要谨慎进行试验，确保其适用性。通常在煤矿建筑中常用的是铰接和刚接。

图1 铰接示意图

1.4 支撑体系

由于多层轻型钢结构框架结构的侧向刚度较低，因而为了有效防止地震危害以及水平载荷，一般会通过侧向支撑来提高其稳定性。对于煤矿建筑而言，在支撑体系的布置过程中充分考虑建筑的纵向以及横向情况和需要，支撑形式主要有单斜杆、倒人字形、人字形和X型等。支撑形式如果选用单斜杆，那么就要综合性地注重对称性，而选用偏心支撑方式则可以保持较高的抗震性，如图3所示，各小组图均为偏心支撑方式，并且各有特点，在实践过程中的选用应根据实际情况需要而定。

图2 刚接示意图

图3 常见的支撑体系

1.5 楼盖结构

常用的楼盖结构主要有三种，应用范围相对广泛的一种为压型钢板—现浇混凝土组合楼板。一般而言，梁格的高度具有一致性，并以铰接来连接主次梁。若梁以及现浇混凝土楼板的连接具有较高可靠性，那么能够利用钢筋混凝土组合梁有效地提高煤矿建筑的梁的稳定性，大大提高承载力［1］。

1.6 维护结构

多层轻型钢结构选用的维护结构所采用的材料往往要具有较轻的质量，并且具有保温性能，例如彩色钢板、空心砖块以及加气混凝土砖块等，墙体以及墙梁选用的支撑结构要根据实际的需要来确定。

2 轻型钢结构在煤矿建筑中的应用优势

2.1 空间布置美观灵活

一方面，可以满足不同的煤矿建筑工艺的布置以及要求，对于非承重墙体，可以进行改造或者分割，利用轻质材料提高建筑的美观效果。另一方面，通常轻型钢结构在材料的选用方面偏向于较高强的轻质材料，所以可以有效防止地震带来的不良后果，也可以减少形变等情况，增强建筑结构的稳定性以及安全性。另外，由于轻质材料具有节能、防火、防水、隔音以及隔热等功能，可以有效地保护复合墙体，通过混凝土重量的降低促进煤矿建筑重量的下降。

2.2 弹性效果明显

由于选用的材料具有较均匀的质地，所以能够使内部组织具有更好的弹性。另外，随着工业化的推进，在加工以及安装过程中，轻型钢结构能够极大地降低造价以及成本，提高效率。另外，其是通过干发来进行施工，所以限制条件减少，能够大大地简化程序，提高施工速度，节约施工时间。

2.3 塑、韧性较好

具有这种特征的轻型钢结构能够极大地提高承载能力，有效地规避断裂等情况，相比于钢筋混凝土，此类结构具有较高的抗震性，避免地震造成的危害，全方位地控制施工操作［2］。

2.4 结构形式弧度大

由于轻型钢结构的结构形式有弧线和曲线，因而相比于钢筋混凝土，它不需要利用强度的增加来调整截面，而是通过其高抗压性以及抗侧弯来有效地提高抗震性，使结构具有更加广阔的空间，有效地规避了肥梁胖柱的现象。另外，虽然在合金钢以及复合墙体方面，轻型钢结构投入了更多的资金，然而在其他方面，大大地节省了相关的费用，所以其综合成本实际上并不高。

3 轻型钢结构在煤矿建筑中的应用分析

3.1 应用选择

由于轻型钢结构相比于其他的钢结构具有更加明显的优点，所以近年来受到了广泛的关注和应用，具有安装简单、材料功能丰富、管线安装便利等特征的多层、多框架结构体系更是如此，在煤矿建筑中获得了广泛的应用，为煤矿建筑的发展奠定了坚实的基础。虽然这种框架体系在布置的过程中具有较高的灵活性，材质也较为轻便，能够有效地防止地震带来的影响，同时具有其他方面的诸多优势及特征，然而其侧向刚度较差，导致结构稳定性差，位移情况时常发生。所以。为了改变这种现象使施工能够顺利的进行，就要结合抗桁结构以及剪力墙。此外，因为多层多跨框架体系构成复杂，是由多种适用范围存在差异的体系综合而成，应当在选用时根据实际的情况综合全面地予以考虑。

轻型钢结构包括轻量化技术以及消能技术，轻量化技术是一种有效促进材料节约的技术，有助于大大地降低施工成本，而消能技术能够极大地提高建筑的抗震性能，减少受地震影响带来的倒塌以及破坏等情况，达到保护建筑的目的，这种技术的主要原理为：在一些关键性的重要结构部位合理地安装消能装置，来耗散及吸收地震所带来的损害［3］。

3.2 注意事项

在选用材料时，要对低合金钢以及H型钢进行优先的考虑，同时要以钢结构设计规定值为依据对特殊厚度的钢的设计指标进行提高，然后调整焊接强度。同时充分地关注技术原因，适当调整受力构件壁厚。在对风荷载以及风吸力进行综合的考虑后再来设计屋架以及钢架等。在施工前，应该利用培训等手段增强施工人员的安全意识，严格按照施工设计图纸以及相关施工要求来施工。除此以外，还应保证施工设备的运行状况，以增强施工安全，并且促进施工的顺利开展。

4 结语

在我国建筑行业获得较大发展的形势下，轻型钢结构由于能够满足建筑体制标准化、专业化和系统化等发展要求，在煤矿建筑中有了更加广泛的运用。随着技术的日趋完善和日益成熟，应用轻型钢结构能够最大限度地满足煤矿建筑的安全性、实用性等需求。所以，相关人员要紧跟时代发展的步伐，置身于更加深入的分析与研究中，重视轻型钢结构的改进与优化，从而更好地推动促进煤矿基建事业的蓬勃发展。

［1］ 张静.煤矿建筑采用轻型钢结构分析［J］.煤炭技术，2013（3）：127－128.

［2］ 魏永良.轻型钢结构房屋设计及施工需注意的问题［J］.价值工程，2014（7）：133－134.

［3］ 戴大志，邵新妍.轻型钢结构体系及其基本构件［J］.中国新技术新产品，2011（11）：196.