設(shè)計(jì)理念在提升輕鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用效果中的運(yùn)用

李釗

摘要：介紹了輕鋼結(jié)構(gòu)的概念及概況，分析了輕鋼結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)點(diǎn)，探討了輕鋼結(jié)構(gòu)在自身質(zhì)量、實(shí)用效果提升時(shí)，設(shè)計(jì)理念的作用。實(shí)踐表明，重視設(shè)計(jì)的作用，可以收到現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)；建筑；設(shè)計(jì)；理念

1 前言

近些年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，進(jìn)一步推動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展，各類建筑工程如雨后春筍般拔地而起。輕鋼結(jié)構(gòu)以其施工周期短、性價(jià)比較高、環(huán)保性良好、抗震性能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域當(dāng)中。輕鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)今的居民建筑、廠房建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。隨著輕鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)展，使用者對(duì)之所期望的要求標(biāo)準(zhǔn)越來越高，如何通過運(yùn)用設(shè)計(jì)理念來最大程度上滿足需求，積極地制定合理的實(shí)施方案，有必要進(jìn)行深入探討。

2 輕鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

所謂的輕鋼結(jié)構(gòu)具體是指結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的鋼板厚度大于等于10mm。從某種角度上講，輕鋼屬于一個(gè)不太精確的名詞，在建筑領(lǐng)域中，對(duì)它的解釋有兩種：其一，按照我國(guó)現(xiàn)行的GB50017-2003中的有關(guān)規(guī)定指出圓鋼、小角鋼的輕型鋼結(jié)構(gòu)是指采用圓鋼和小于L45×4與L56×36×4的角鋼制作而成的輕型鋼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在鋼材匱乏的年代用于不適宜鋼混結(jié)構(gòu)制造的小型結(jié)構(gòu)當(dāng)中，目前已經(jīng)不在少見；其二，按照《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定指出具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實(shí)腹門式鋼架結(jié)構(gòu)，這里的輕型主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)是以輕質(zhì)材料為主。由于目前我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范和技術(shù)文件當(dāng)中都沒有重鋼結(jié)構(gòu)一說，為了區(qū)別輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑，更準(zhǔn)確一點(diǎn)的說法應(yīng)當(dāng)是普鋼結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)槠珍摻Y(jié)構(gòu)的范圍相對(duì)要更廣一些，既可以包含各種類型的鋼結(jié)構(gòu)且無論荷載大小，而且還能包括輕鋼結(jié)構(gòu)的許多內(nèi)容。

3 輕鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

3.1施工周期短

對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)而言，其大部分構(gòu)件基本能上都在工廠內(nèi)制作完成，而在施工現(xiàn)場(chǎng)只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼接安裝即可，一些規(guī)模中等的工業(yè)廠房整個(gè)施工周期大概只要45-60d左右便可完成，如果采用鋼混結(jié)構(gòu)最低也需要8個(gè)月左右才能竣工。兩者相比之下，輕鋼結(jié)構(gòu)在工期上的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

3.2性價(jià)比較高

因?yàn)檩p鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)工期較短，所以能夠提前投入使用，這樣一來便可以更早的獲得投資效益，若是使用彩色壓型鋼板還能顯著改善周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)感，而且結(jié)構(gòu)本身的自重較輕，耐久性也非常高。根據(jù)目前我國(guó)建材市場(chǎng)的價(jià)格，輕鋼結(jié)構(gòu)的整體造價(jià)要比鋼混結(jié)構(gòu)低很多，同時(shí)結(jié)構(gòu)的跨度越大其優(yōu)勢(shì)也就越明顯。

3.3環(huán)保性良好

鋼結(jié)構(gòu)建筑又被稱之為綠色建筑，在國(guó)外這種結(jié)構(gòu)形式的建筑非常廣泛，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，其在環(huán)保方面具有如下優(yōu)勢(shì)：其一，可以采用干法進(jìn)行施工，節(jié)水效果明顯，并且施工占地面積較小，基本無噪音和粉塵等污染；其二，由于輕鋼結(jié)構(gòu)本身的自重較輕，因而地基基礎(chǔ)不需要太深，這在一定程度上減少了取土量，對(duì)土地資源的破壞比較輕微；其三，因該結(jié)構(gòu)本身是以輕型鋼材為主，這樣一來減少了混凝土和磚砌體的用量，當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到使用壽命拆除時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生太多的固體廢棄物，鋼材還能回收再利用，環(huán)保效果十分明顯。

3.4抗震性較高

鋼結(jié)構(gòu)本身屬于柔性結(jié)構(gòu)的一種，加之輕鋼結(jié)構(gòu)的自重較輕，所以能夠有效地降低地震等災(zāi)害對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，它的抗震性要比普通混凝土結(jié)構(gòu)高很多。雖然輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)較多，但是其也存在一定的缺陷，如耐腐蝕性不高、耐火性較差等，這與鋼材本身的特性有關(guān)，所以對(duì)這兩方面要求比較嚴(yán)格的建筑類型不適用于輕鋼結(jié)構(gòu)，一旦采用輕鋼結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行防腐蝕和防火處理，這樣一來會(huì)提高成本。

4 輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

由于輕鋼結(jié)構(gòu)自身所具備的特殊性，使其在設(shè)計(jì)理念上也與一般建筑結(jié)構(gòu)有所不同，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)理念具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面上：

4.1 一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

大部分傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般遵循的都是先建筑設(shè)計(jì)再結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念，而輕鋼結(jié)構(gòu)建筑因其自身材質(zhì)的特殊性以及相關(guān)設(shè)計(jì)軟件的先進(jìn)性，使得整個(gè)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)了一體化的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)而言之，就是建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠在同一時(shí)間內(nèi)完成?，F(xiàn)階段，國(guó)際上一些知名的設(shè)計(jì)公司都是遵循這一理念對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，但由于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位缺少先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，從而使得輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)過程中仍舊按照傳統(tǒng)的理念新進(jìn)行設(shè)計(jì)，這不但無法體現(xiàn)出該結(jié)構(gòu)形式的風(fēng)格，而且還破壞了此類結(jié)構(gòu)建筑獨(dú)有的特色。為此，對(duì)于國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)單位而言，在今后一段時(shí)期內(nèi)有必要引入一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，相信在不久的將來，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)出來的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑也能充分體現(xiàn)出一體化的設(shè)計(jì)理念。

4.2 主體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)理念

目前，國(guó)內(nèi)的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑通常都是主體結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)分開設(shè)計(jì)，而合理的做法應(yīng)當(dāng)是兩者一并設(shè)計(jì)，即主體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步確保輕鋼結(jié)構(gòu)建筑整體安裝施工的精確度，若是在柱與柱之間加裝輕質(zhì)墻板，則應(yīng)當(dāng)執(zhí)行建筑模數(shù)制。

4.3 截面優(yōu)化設(shè)計(jì)理念

在進(jìn)行輕鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的過程中，減少鋼材的用量是設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，但這樣一來便容易造成結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件計(jì)算復(fù)雜化。通常情況下，在門式鋼架中，常規(guī)的做法是采用輕型焊接變截面工形柱與分段變截面工形梁再借助腹板屈曲后達(dá)到的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑截面優(yōu)化的常用方法有最優(yōu)化理論、窮舉法等等。

4.4 建筑表現(xiàn)理念

輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的表現(xiàn)設(shè)計(jì)理念可歸納為以下幾個(gè)方面：其一，建筑整體規(guī)模，大跨度的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑具有恢宏磅礴的氣勢(shì)，這是普通建筑不具備的；其二，線條。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑中，一般都是使用大量的屋面采光板進(jìn)行采光，有效地減少了墻面窗口的數(shù)量，既能確保建筑采光良好，又能保證墻板線條的流暢性，從而形成獨(dú)特的建筑風(fēng)格；其三，色彩。金屬壓型鋼板具有非常豐富的色彩，這使得輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在色彩的表現(xiàn)上別具一格，色彩的多樣性也為建筑師進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)留出了一定的想象空間，避免了色彩單調(diào)、雷同的情況發(fā)生。

4.5 鋼材的選用

具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況并考慮以下幾個(gè)方面：

4.5.1 應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則來選擇鋼材

如Q235鋼與Q345鋼的差價(jià)較多，對(duì)于沒有特殊要求的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)考慮選擇Q345鋼，若是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)件截面對(duì)強(qiáng)度要求較高，應(yīng)采用Q345鋼，如果是對(duì)剛度要求較高則可采用Q235鋼；

4.5.2 按設(shè)計(jì)荷載選用鋼材

輕鋼結(jié)構(gòu)建筑中，對(duì)于直接承受動(dòng)荷載的構(gòu)件應(yīng)選用Q235B、Q235C或是Q345鋼，而直接承受靜荷載或是間接承受動(dòng)荷載的構(gòu)件則應(yīng)采用Q235B或是Q235BF。除了鋼材選用以外，柱腳的設(shè)計(jì)也需要特別注意。目前，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑中柱腳通常都是采用鉸接或是剛接，具體選則時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程設(shè)計(jì)要求、建筑高度、風(fēng)荷載大小等因素進(jìn)行確定。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，輕鋼結(jié)構(gòu)越來越廣泛的使用時(shí)，更應(yīng)該重視輕鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用效果，從各個(gè)方面提升、完善使用功能、美學(xué)功能，特別是重視從設(shè)計(jì)角度來實(shí)現(xiàn)輕鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)用效果，不僅可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，而且可以增加社會(huì)的認(rèn)可度。

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