基于輕型鋼結構工業建筑設計的分析

王 璇

安徽新華學院

基于輕型鋼結構工業建筑設計的分析

王 璇

安徽新華學院

輕型鋼結構的最早發展并不是在我國，而是在國外最先興起的，在對輕型鋼使用的初期階段，并沒有將輕型鋼用在比較復雜的建筑上，而是使用于建造比較簡單的車庫或者搭建簡易棚子。等到了1960年左右，世界上逐漸出現了一種彩色的輕型鋼結構的材料，輕型鋼的發展越來越快。到了21世紀，輕型鋼結構已經被廣泛使用。輕型鋼結構不僅綠色環保，而且外形非常美觀、輕便，在裝修使用上非常方便快捷，減少了人工投資。輕型鋼越來越受到人們的歡迎，本文主要闡述了一些型鋼結構在工業建筑中的設計中應該注意的事項。

工業建筑；輕型鋼結構；應用

在國外，輕型鋼結構發展比較早，最開始是用于建造汽車車庫等簡單房屋。到后來，輕鋼結構被用在建造營房和庫房上，主要是利用它們拆裝方便的優點。等到20世紀60年代，國外出現了色彩豐富而耐久的彩色壓型鋼板，以及H型鋼和冷彎型鋼，輕型鋼結構的發展有了較大的突破。現在輕型鋼結構已成為非常常見的商品。業主可以根據自己的需要，向承包商定購某種功能的輕型鋼結構房屋。輕型鋼結構大多外形美觀﹑簡潔，在造價上能節省鋼材，在安裝方面施工速度快且安裝方便。它最大的優勢就是制作上可以形成系列化和裝配化的批量生產，是現今最具有競爭力的結構形式之一。文章將針對輕型鋼結構在工業建筑中的設計與應用展開探究。

1 輕型鋼結構建筑的概念

最早的輕型鋼建筑是以單層為主的實腹式剛架輕型鋼結構金屬面板建筑，后來被引進工業建筑中，主要是因為輕型鋼結構建筑的重要優點— —重量輕。隨著時間的推移，越來越多的廠房﹑車庫，特別一些中小型工廠采用輕型鋼結構作為其主要的結構形式，輕型鋼結構建筑的應用范圍也不斷的擴大。結合輕型鋼結構建筑在實際應用中的現狀以及其自身的特點，可以說輕型鋼結構建筑是指在充分運用輕型冷彎薄壁型鋼﹑輕型焊接和高頻焊接型鋼﹑輕型熱軋型鋼等基礎之上的一種新型的受力構件。

2 輕型鋼結構在工業建筑中的應用優勢

目前，工業建筑已經使用的材料已經離不開輕型鋼結構，輕型鋼具有諸多特點，抗震性強，具有持久性，綠色環保，同時還具有保溫的特點。但是使用輕型鋼結構要注意一個問題，就是盡量不要在大負荷的工業建筑之中使用。輕型鋼結構在應用中特點較為突出，主要有三種情況，第一，輕型鋼結構之所以能夠得以廣泛應用，這與它自身具有自重輕的特點是離不開的，輕型鋼結構在制作的過程中選取的是一種輕型焊接的H型鋼材，這就是輕型鋼具有自重輕的主要原因。第二，使用輕型鋼結構符合工業化建筑的具體要求。輕型鋼結構具有重量輕的特點，在工業建筑中操作簡單便利，還有其結構比較單一化，并不像過去使用的鋼材那么復雜，是非常容易達到工業的的標準生產的。不管是從輕型鋼結構自身的特點來講，還是其對整個工業建筑來說，都是非常具有優勢的，都是符合工業建筑的具體要求的。第三，使用輕型鋼結構具有節省材料，節省人力投資，縮短工期等優勢，輕型鋼結構操作起來方便易行，大大減少了人力的投入，其在價格方面也比過去使用的重型鋼材低廉，在很大程度上節約了建筑成本，在工業建筑中是非常具有優勢的。

3 輕型鋼結構在中國的發展現狀

3.1 結構設計與建筑設計分離

建筑﹑結構﹑水﹑暖﹑電的專業分離已經成為中國建筑設計的固定模式，幾乎所有的設計都遵循先建筑后結構的設計程序。而輕型鋼結構需要建筑與結構設計一體化，甚至結構先行，同時各專業緊密結合。從本期介紹的案例可以看到，輕型鋼結構建筑的結構構件直接成為建筑立面的形式表現，施工工藝也直接在建筑形式中體現出來。這就要求建筑師能夠把握從設計到施工的各個環節，專業之間緊密配合。而傳統建筑設計中所謂“外飾面”的遮蓋式處理手段在輕型鋼結構中沒有用武之地。另外，輕型鋼結構設計需要建筑師對材料非常熟悉，包括材料的性能﹑特點﹑規格以及施工工藝，而這方面是中國建筑師和建筑教育的弱項。

3.2 建筑材料不夠豐富

完善中國鋼鐵工業的產量已居于世界前列，但鋼材在建筑業的使用比例卻遠低于發達國家的水平。究其原因，中國建筑鋼材品種不夠多樣，規格單一。僅從彩鋼板的顏色就可以看出，歐美國家彩鋼板顏色多種多樣，可以根據客戶需要進行定制，而中國市場上的彩鋼板只有紅﹑藍﹑白等幾種簡單鮮艷的顏色，嚴重影響彩鋼板在建筑上的使用。其他的配套產品也規格單一，以至于很多產品不得不進口，大大增加了建筑造價。輕型鋼結構建筑非常符合綠色建筑的理念，無論是材料﹑結構，還是施工以及建筑使用，都環保節能。發展輕型鋼結構建筑尤其是輕型鋼結構住宅，對中國的建筑產業具有重要的意義。

3.3 缺乏專業施工隊伍

輕型鋼結構對施工技術要求很高，需要經過嚴格培訓的專業技術工人。目前國內建筑施工企業能夠勝任大型鋼筋混凝土建筑的施工，而能夠完成輕型鋼結構施工的卻很少。輕型鋼結構建筑對中國建筑施工來講是一個挑戰，同時也是產業技術升級的機會。21 世紀將是輕型鋼結構快速發展的時期，可以預見，未來從事輕型鋼結構制造﹑施工的企業前景將非常寬闊。

4 輕型鋼結構工業建筑設計要點

4.1 結構選型

隨著社會的快速發展，工業建筑的設計也發生了翻天覆地的變化。在整個工業輕鋼結構的建造過程中，根據設備的要求與生產工藝，選擇相對適用的跨度和最優的柱距。因為特定要求的工業建筑的總用鋼量和柱距之間的關系呈反比，這就表示，該建造過程中存在一個最優柱距。結合建筑造型的設計，我們尋找的最優柱距會隨著跨度的改變以及吊車高度的改變，輕鋼的承載力也會發生變化。里面的主要原因是剛架的用鋼量和柱距之間也呈反比的關系，并隨著柱距的增加下降的速度也會減緩，而次結構用鋼比率和柱距之間是呈正比關系。當柱距比較大時，其用鋼量就占了重要位置。另外，一般來說，輕鋼結構所處的周圍環境﹑空間﹑層高﹑吊車﹑荷載量直接會對整個輕鋼結構有影響，也會反映到整個柱距的變化上。

4.2 采用合理的建筑方案

采用合理的建筑方案的是控制輕鋼結構工業建筑造價的最有效手段。這需要設計師不斷的優化方案，使其滿足輕型鋼結構的生產特點和企業的要求。優化方案設計就包括項目的選址﹑規劃總圖位置﹑劃分防火分區﹑選擇建筑材料﹑確定建筑耐火等級和耐久年限﹑控制單體規模和設計建筑造型等方面。除了需要滿足結構上多方案的比較﹑得出最優的柱距和斷面之外，還需要結合建筑美觀﹑保溫隔熱等要求選擇強度較高的夾心板。為了降低用鋼量，結構設計人員需配合建筑﹑電﹑水﹑工藝﹑暖通等專業的要求適當增加吊掛荷載(盡可能均布)。在結構設計中減少異型構件引起的造價增加，盡可能的采用定型的產品。盡可能的使用建筑模數，以壓型鋼板等構件的模數尺寸基準設計的結構，材料損耗最少。總之，在滿足規范要求的前提下，需要滿足建筑功能的和業主的相關要求，在此基礎上，盡可能采用最經濟﹑可行的方案來構造材料。

4.3 在通風以及采光中的應用

通風設計。工業封閉式生產作業方式極易產生大量的粉塵﹑煙霧以及熱氣等污濁氣體，若不能及時排出會嚴重影響室內工作環境，甚至危害作業人員的身體健康﹑腐蝕結構構件，這就需要在立面加設百葉窗的基礎上加裝氣樓或輔助通風器﹑天窗等設施，保持良好的室內環境。

采光設計。屋面采光設計主要是利用采光頂棚﹑采光板等形式，其中采光頂棚是在突出屋頂表面的側向開窗的天窗形式，其高度和跨度主要根據通風和采光的要求來具體確定。另外，采光頂棚根據采光要求可以單獨設置也可跨越整個屋脊或延伸到墻面與立面結合設計；采光板可選用中空板﹑玻璃纖維加強聚酯等做為板材，在屋面圍護板材安裝，形成采光條帶，增加室內光線。目前，在輕型鋼結構廠房中最常用的采光板材是玻璃纖維加強聚酯，其具有高強度﹑好耐久性﹑成型便捷等優點，與彩色壓型鋼板配合使用，取得了較好的采光效果。

4.4 新型材料的運用

輕型鋼結構要發展，首先，要改變人們對建筑認識的傳統觀念“重不等于堅固”，結構設計的發展歷史就是向空間“更高﹑更輕﹑更大”挑戰的歷史；其次，材料技術的發展為建筑提供了更多的選擇，諸如鈦合金﹑炭纖維等材料進入建筑領域不會太遙遠，輕型鋼結構為我們打開了建筑從重到輕的大門，與工業科技的結合在未來會更為廣闊；最后，發展輕型鋼結構還需要建筑從設計到施工全過程的更新升級，改變建筑與結構專業的脫節，促進建筑施工企業的技術升級，一旦市場有了真正的需求，制造商也會積極回應，提供更多更豐富的產品。

綜上所述，輕型鋼結構在工業建筑中的應用具有建筑實體空間輕巧﹑開闊，主體結構穩定﹑可靠，施工建造方式便捷等優勢，在工業建筑屋面設計中，應選用彩色壓型鋼板﹑彩鋼夾芯板，并采用合理的連接方式，同時根據輕型鋼結構廠房的實際情況，做好排水﹑通風及采光等屋面功能設計，提高輕型鋼結構工業建筑設計的成效，建設出高質量的工業建筑。

[1]宋祥.輕型鋼結構工業建筑設計研究[D].山東建筑大學，2012.

[2]白曉民.輕型鋼結構工業建筑設計研究[J].黑龍江科學，2014，11：59.

[3]馬琴.淺析輕型鋼結構在工業建筑中的設計與應用[J].科技創新與應用，2014，34：249-250.

安徽新華學院校級重點項目(2015zr004)

王璇(1988.02-)，女，助教，碩士，主要從事結構工程相關研究。