設計理念在提升輕鋼結構實用效果中的運用

李釗

摘要：介紹了輕鋼結構的概念及概況，分析了輕鋼結構的各種優點，探討了輕鋼結構在自身質量、實用效果提升時，設計理念的作用。實踐表明，重視設計的作用，可以收到現在的經濟社會效益。

關鍵詞：輕鋼結構；建筑；設計；理念

1 前言

近些年來，隨著我國經濟的飛速發展和城市化建設進程的不斷加快，進一步推動了建筑業的發展，各類建筑工程如雨后春筍般拔地而起。輕鋼結構以其施工周期短、性價比較高、環保性良好、抗震性能力強等優點被廣泛應用于建筑領域當中。輕鋼結構在當今的居民建筑、廠房建筑等領域發揮著不可替代的作用。隨著輕鋼結構運用領域的逐步擴展，使用者對之所期望的要求標準越來越高，如何通過運用設計理念來最大程度上滿足需求，積極地制定合理的實施方案，有必要進行深入探討。

2 輕鋼結構簡介

所謂的輕鋼結構具體是指結構主要構件的鋼板厚度大于等于10mm。從某種角度上講，輕鋼屬于一個不太精確的名詞，在建筑領域中，對它的解釋有兩種：其一，按照我國現行的GB50017-2003中的有關規定指出圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構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構，這種結構在鋼材匱乏的年代用于不適宜鋼混結構制造的小型結構當中，目前已經不在少見；其二，按照《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中的有關規定指出具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實腹門式鋼架結構，這里的輕型主要是圍護結構是以輕質材料為主。由于目前我國現行的規范和技術文件當中都沒有重鋼結構一說，為了區別輕型鋼結構建筑，更準確一點的說法應當是普鋼結構。這是因為普鋼結構的范圍相對要更廣一些，既可以包含各種類型的鋼結構且無論荷載大小，而且還能包括輕鋼結構的許多內容。

3 輕鋼結構優點

3.1施工周期短

對于輕鋼結構而言，其大部分構件基本能上都在工廠內制作完成，而在施工現場只需要進行簡單的拼接安裝即可，一些規模中等的工業廠房整個施工周期大概只要45-60d左右便可完成，如果采用鋼混結構最低也需要8個月左右才能竣工。兩者相比之下，輕鋼結構在工期上的優勢非常明顯。

3.2性價比較高

因為輕鋼結構建設工期較短，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境的動態感，而且結構本身的自重較輕，耐久性也非常高。根據目前我國建材市場的價格，輕鋼結構的整體造價要比鋼混結構低很多，同時結構的跨度越大其優勢也就越明顯。

3.3環保性良好

鋼結構建筑又被稱之為綠色建筑，在國外這種結構形式的建筑非常廣泛，與混凝土結構相比，其在環保方面具有如下優勢：其一，可以采用干法進行施工，節水效果明顯，并且施工占地面積較小，基本無噪音和粉塵等污染；其二，由于輕鋼結構本身的自重較輕，因而地基基礎不需要太深，這在一定程度上減少了取土量，對土地資源的破壞比較輕微；其三，因該結構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，當結構達到使用壽命拆除時，也不會產生太多的固體廢棄物，鋼材還能回收再利用，環保效果十分明顯。

3.4抗震性較高

鋼結構本身屬于柔性結構的一種，加之輕鋼結構的自重較輕，所以能夠有效地降低地震等災害對結構穩定性的影響，它的抗震性要比普通混凝土結構高很多。雖然輕鋼結構的優點較多，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，所以對這兩方面要求比較嚴格的建筑類型不適用于輕鋼結構，一旦采用輕鋼結構，必須進行防腐蝕和防火處理，這樣一來會提高成本。

4 輕鋼結構設計理念

由于輕鋼結構自身所具備的特殊性，使其在設計理念上也與一般建筑結構有所不同，輕鋼結構建筑的設計理念具體體現在以下幾個方面上：

4.1 一體化的結構設計理念

大部分傳統鋼結構建筑在進行設計時，一般遵循的都是先建筑設計再結構設計的理念，而輕鋼結構建筑因其自身材質的特殊性以及相關設計軟件的先進性，使得整個輕鋼結構建筑設計程序實現了一體化的設計，簡而言之，就是建筑設計與結構設計能夠在同一時間內完成。現階段，國際上一些知名的設計公司都是遵循這一理念對輕鋼結構建筑進行設計，但由于國內設計單位缺少先進的設計軟件，從而使得輕鋼結構建筑在設計過程中仍舊按照傳統的理念新進行設計，這不但無法體現出該結構形式的風格，而且還破壞了此類結構建筑獨有的特色。為此，對于國內的設計單位而言，在今后一段時期內有必要引入一些先進的設計軟件，并在此基礎上進行完善，相信在不久的將來，國內設計出來的輕鋼結構建筑也能充分體現出一體化的設計理念。

4.2 主體與圍護結構的一體化設計理念

目前，國內的輕鋼結構建筑通常都是主體結構與圍護結構分開設計，而合理的做法應當是兩者一并設計，即主體與圍護結構的一體化設計，為進一步確保輕鋼結構建筑整體安裝施工的精確度，若是在柱與柱之間加裝輕質墻板，則應當執行建筑模數制。

4.3 截面優化設計理念

在進行輕鋼結構建筑設計的過程中，減少鋼材的用量是設計的主要任務之一，但這樣一來便容易造成結構分析與構件計算復雜化。通常情況下，在門式鋼架中，常規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到的強度來實現這一目標。輕鋼結構建筑截面優化的常用方法有最優化理論、窮舉法等等。

4.4 建筑表現理念

輕鋼結構建筑的表現設計理念可歸納為以下幾個方面：其一，建筑整體規模，大跨度的輕鋼結構建筑具有恢宏磅礴的氣勢，這是普通建筑不具備的；其二，線條。輕鋼結構建筑中，一般都是使用大量的屋面采光板進行采光，有效地減少了墻面窗口的數量，既能確保建筑采光良好，又能保證墻板線條的流暢性，從而形成獨特的建筑風格；其三，色彩。金屬壓型鋼板具有非常豐富的色彩，這使得輕鋼結構建筑在色彩的表現上別具一格，色彩的多樣性也為建筑師進行設計預留出了一定的想象空間，避免了色彩單調、雷同的情況發生。

4.5 鋼材的選用

具體設計中，應結合工程的實際情況并考慮以下幾個方面：

4.5.1 應遵循經濟性原則來選擇鋼材

如Q235鋼與Q345鋼的差價較多，對于沒有特殊要求的輕鋼結構建筑，應考慮選擇Q345鋼，若是結構設計中，構件截面對強度要求較高，應采用Q345鋼，如果是對剛度要求較高則可采用Q235鋼；

4.5.2 按設計荷載選用鋼材

輕鋼結構建筑中，對于直接承受動荷載的構件應選用Q235B、Q235C或是Q345鋼，而直接承受靜荷載或是間接承受動荷載的構件則應采用Q235B或是Q235BF。除了鋼材選用以外，柱腳的設計也需要特別注意。目前，輕鋼結構建筑中柱腳通常都是采用鉸接或是剛接，具體選則時應當結合工程設計要求、建筑高度、風荷載大小等因素進行確定。

四、結束語

總之，輕鋼結構越來越廣泛的使用時，更應該重視輕鋼結構的實際使用效果，從各個方面提升、完善使用功能、美學功能，特別是重視從設計角度來實現輕鋼結構的實用效果，不僅可以節約經濟成本，而且可以增加社會的認可度。

參考文獻：

[1] GB50017-2003 《鋼結構設計規范》[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[2] JG144-2002 《門式鋼架輕型房屋鋼構件》[S].北京：中國標準出版社，2002

[3] JGJ81-2002 《建筑鋼結構焊接技術規程》[S].北京：中國建筑工業出版社，1995