輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)分析探討

鄭強(qiáng) 金方園

【摘要】目前情況，我國(guó)輕型鋼工業(yè)的發(fā)展形式還是相當(dāng)可觀的，輕型鋼建筑系統(tǒng)的誕生推動(dòng)了我國(guó)現(xiàn)代建筑的發(fā)展，不僅提供了新的設(shè)計(jì)理念，還帶來(lái)了相關(guān)的建筑模式，特別是在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)方面，其優(yōu)點(diǎn)更加顯而易見(jiàn)。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于輕型鋼的結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的研究已逐步成熟，本篇就輕型鋼的結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)存在的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行更加深入的探討與研究。

【關(guān)鍵詞】輕型鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)建筑；設(shè)計(jì)；分析

前言：現(xiàn)階段，我國(guó)正處于工業(yè)化的后期，而那些過(guò)分依賴資源的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)所淘汰。不斷崛起的城市化對(duì)國(guó)家土地的需求越來(lái)越大，然而由于過(guò)去的工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然能源的掠奪，導(dǎo)致我國(guó)在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)許多重污染、高消耗的工業(yè)疾病，這些對(duì)我國(guó)的環(huán)境產(chǎn)生了巨大的破壞與傷害。對(duì)于這樣的狀況，我國(guó)在逐漸向著節(jié)約能源的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)化。

一、 輕型鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)容與應(yīng)用特點(diǎn)

最早出現(xiàn)的輕型鋼建筑是以單層為主的實(shí)腹形式的金屬面板輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑，后來(lái)由于輕型鋼建筑重量很輕的這個(gè)特點(diǎn)，使得其被逐漸引入到工業(yè)建設(shè)中去，且涉及范圍也越來(lái)越大，許多中小型的工廠與倉(cāng)庫(kù)等都使用了這樣方式的輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑。人們?cè)趯?duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑有一定了解之后，得知輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑是在輕型焊接、高頻焊接型鋼、輕型熱軋型鋼與冷彎薄壁型鋼等充分運(yùn)用的基礎(chǔ)上的一種新興受力構(gòu)件。

建筑鋼的結(jié)構(gòu)材料大部分都是使用圓鋼、角鋼、薄壁型鋼等，將它們拼湊各類輕型的具備承重能力的結(jié)構(gòu)形式，例如多層的建筑鋼結(jié)構(gòu)、輕型的門式鋼架以及網(wǎng)殼等。除此之外，輕型鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中的主要突出優(yōu)點(diǎn)是較低的用鋼量指標(biāo)，輕型鋼的主要組成部件有輕型的鋼構(gòu)件與輕型的建筑材料，所以它的最大特點(diǎn)就是輕。輕型鋼結(jié)構(gòu)的誕生滿足了人們?cè)谌粘５纳罱ㄖc工業(yè)生產(chǎn)的各種需求。

二、 輕型鋼結(jié)構(gòu)的建筑優(yōu)勢(shì)

1.施工方式比較簡(jiǎn)單

輕型鋼建筑主要是利用先進(jìn)的自動(dòng)化制造機(jī)械進(jìn)行批量生產(chǎn)的，對(duì)于建筑的整體結(jié)構(gòu)能夠采用現(xiàn)場(chǎng)組裝方式，并且在現(xiàn)場(chǎng)組裝的過(guò)程中不必考慮氣候等其他外界因素所帶來(lái)的影響，輕型鋼建筑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是施工速度很快，一般廠房的施工期限是三個(gè)月，在該時(shí)間段內(nèi)就能全部安裝完成。

2.輕型鋼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

輕型鋼結(jié)構(gòu)最重要的承重組件是鋼結(jié)構(gòu)的，對(duì)于其韌性和鋼材塑性的選擇都是最好的，并且鋼結(jié)構(gòu)本身還擁有很大的負(fù)載承受能力。輕型鋼結(jié)構(gòu)的桿件都是經(jīng)過(guò)工廠的精密計(jì)算后加工生產(chǎn)出來(lái)的，這在一定程度上確保了鋼材的質(zhì)量。在部分地震發(fā)生較為頻繁的區(qū)域，輕型鋼結(jié)構(gòu)始終是廠房建筑的首要選擇，同時(shí)也用來(lái)作為地震發(fā)生后的救災(zāi)安頓房材料。被用作抗震救災(zāi)的安頓房是由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的重量輕，在災(zāi)區(qū)還會(huì)有余震的出現(xiàn)，所以為了提高人民群眾的安全保障，使用輕型鋼結(jié)構(gòu)材料來(lái)搭建安頓房可以避免災(zāi)民受到二次傷害。

3.建筑空間實(shí)體、輕巧

輕型鋼結(jié)構(gòu)的橫截面積較小，并且自身重量較輕，可以根據(jù)實(shí)際的受力情況來(lái)對(duì)其承重結(jié)構(gòu)的截面進(jìn)行相關(guān)合理的設(shè)計(jì)，這比一般的鋼結(jié)構(gòu)所采用的工字鋼截面受力更為科學(xué)合理。輕型鋼結(jié)構(gòu)的屋面系統(tǒng)的用鋼量通常在8kg/㎡到15kg/㎡，占據(jù)了整個(gè)工程建筑的8%到16%左右。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，輕型鋼的主體結(jié)構(gòu)的含鋼量一般為25-80kg之間，而彩色壓型鋼板的重量是10kg。所以，輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的自身重量?jī)H是普通鋼結(jié)構(gòu)建筑重量的34%-50%，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的4%-10%，能夠節(jié)省大量的水泥，模板、腳手架以及其他建筑材料等，極大的降低了建筑總價(jià)。除此之外，輕型鋼結(jié)構(gòu)所使用的空間體系研究方式優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擁有了自身特有的設(shè)計(jì)概念，在很大程度上緩解了工業(yè)生產(chǎn)對(duì)大型空間無(wú)柱的需求問(wèn)題，同時(shí)，由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu)截面較小，不用占據(jù)太多的室內(nèi)建筑面積，為工業(yè)建筑室內(nèi)騰出了更大的生產(chǎn)和儲(chǔ)存空間。

三、 輕型鋼結(jié)構(gòu)的空間設(shè)計(jì)

1.整體式體系

相對(duì)而言，在建筑工業(yè)化生產(chǎn)中，門式鋼架建筑的生產(chǎn)程度較高，在建筑使用之后，在拆除過(guò)程中，其重復(fù)使用率也較高，這樣的建筑結(jié)構(gòu)體系很適合倉(cāng)庫(kù)與工業(yè)廠房的建設(shè)，也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，這種方式的建筑體系已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用最為頻繁的輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。

2.門式鋼架的建筑尺寸

一般門式鋼架結(jié)構(gòu)的縱向適度區(qū)段的尺寸應(yīng)小于300m，橫向適度區(qū)段的尺寸范圍應(yīng)在19m內(nèi)，用在工業(yè)建筑的跨度常常取于9m到36m（即橫向支撐住軸間的間距），而基本建筑模數(shù)是3m。鋼架的高度應(yīng)根據(jù)室內(nèi)的實(shí)際使用要求的凈高來(lái)確定，取地坪與柱軸、鋼架梁間的距離。應(yīng)著重考慮工業(yè)建筑時(shí)的運(yùn)輸以及安裝機(jī)械起重等設(shè)施對(duì)空間大小的要求，以吊車軌道頂?shù)慕ㄖ?biāo)高和設(shè)備的最大高度為標(biāo)準(zhǔn)，常常為4.5-9m，有吊車的應(yīng)取9-12m為宜。一般情況下，設(shè)計(jì)者都是以輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的房屋高度為依據(jù)來(lái)選取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)跨度，如果柱高而結(jié)構(gòu)的荷載達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，可相應(yīng)增加鋼架的跨度來(lái)節(jié)省空間，提高工程的綜合效應(yīng)作用。

3.輕型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系

（1）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的最早興起時(shí)間是20世紀(jì)40年代，它的出現(xiàn)替代了當(dāng)時(shí)使用的鋼筋混凝土殼體結(jié)構(gòu)，隨后又建設(shè)了部分十分經(jīng)典著名的公共建筑，例如美國(guó)的芝加哥國(guó)會(huì)大廳、英國(guó)的哈羅文娛中心、我國(guó)的首都體育館等都屬于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑類別。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要是由許多具有規(guī)律性且有良好空間塑性元素的桿件構(gòu)成的。網(wǎng)架能夠承受各個(gè)方向不同來(lái)源的屋面荷載，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比其他類別的輕型鋼結(jié)構(gòu)的主要突出特點(diǎn)是他的網(wǎng)架跨度與剛度較大，不僅自身重量輕，還能適應(yīng)各種平面變化的要求。一般的輕型鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)跨度都不超過(guò)20m，而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的最高經(jīng)濟(jì)跨度可以達(dá)到30m，因此，在同個(gè)建筑中，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體性結(jié)構(gòu)高度較小，所以它的空間使用率很高。

（2）屋面構(gòu)造的設(shè)計(jì)

一般工業(yè)的建筑特點(diǎn)是屋面坡度比較大，這樣形式的建筑優(yōu)點(diǎn)是有助于提高屋面的排水系統(tǒng)的能力，坡度的大小會(huì)影響排水的流速，坡度小會(huì)導(dǎo)致排水速度降低，而排水流速過(guò)于緩慢的話會(huì)使得屋內(nèi)出現(xiàn)積水問(wèn)題，加快壓型板的腐蝕程度，不能夠長(zhǎng)期進(jìn)行使用。反之，坡面越大的話，排水流速自然就會(huì)提高，但是水流速度過(guò)快的話會(huì)出現(xiàn)濺水現(xiàn)象。所以，相關(guān)建設(shè)單位應(yīng)按照相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)要求來(lái)設(shè)計(jì)屋面坡度的大小。大部分輕型鋼在通風(fēng)、采光等方面的需求可以采取在屋面上適當(dāng)開(kāi)一些空洞、防水與通風(fēng)設(shè)計(jì)的方式。因此，重視屋面的開(kāi)洞、防水以及通風(fēng)處理是鋼板屋面設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。在對(duì)屋面的開(kāi)洞進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以在橫梁上懸上一根圓體形狀的鋼管，主要是指那些邊長(zhǎng)或者孔直徑相對(duì)較小的孔洞，倘若出現(xiàn)泛水的狀況，則可以在通風(fēng)處涂刷上硅酮膠來(lái)進(jìn)行防水。

四、結(jié)語(yǔ)

輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑在車間、生產(chǎn)廠房等建設(shè)中扮演著非常重要的角色，并且在這些建筑中完美的展現(xiàn)了輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，例如經(jīng)濟(jì)、美觀、高效率等。有關(guān)人員在進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)進(jìn)行。當(dāng)今時(shí)代，人們對(duì)輕型鋼的使用量越來(lái)越大，再加上輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的逐漸成熟，設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)水平也要跟上時(shí)代發(fā)展的潮流，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)才會(huì)合理、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保，才能滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的要求。

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