工业建筑设计中轻型钢结构的特点与设计方法

工业建筑设计中轻型钢结构的特点与设计方法

黄敏俊

黄敏俊

（湖州时代建筑设计有限公司吴兴分公司，浙江，湖州，313000）

【摘要】轻型钢结构大多外形美观、简洁，在造价上能节省钢材，在安装方面施工速度快且安装方便。它最大的优势就是制作上可以形成系列化和装配化的批量生产，是现今最具有竞争力的结构形式之一。文章将针对轻型钢结构在工业建筑中的设计与应用展开探究。

【关键词】工业建筑设计；轻型钢结构；设计方法

轻型钢结构现今已经在多种类型的工业建筑中得到了广泛应用，在工业建筑中对轻型钢结构屋面、墙体以及加层构造等方面进行合理设计，把握轻型钢结构自身特点，可以全面提升工业建筑设计质量，对后期工业建筑施工的顺利开展具有指导意义。

一、轻型钢结构在工业建筑中应用的特点

建筑钢结构材料大多数采用的是薄壁型钢、圆钢、角钢等，拼接成多种轻型的承重结构形式，比如轻型的门式钢架、多层建筑钢结构、网壳等。此外，轻型钢结构和其他传统钢结构相比，其用钢量指标相对比较低，而轻型钢结构最大的一个特点就是轻，它主要是由轻型的建筑材料和轻型的钢构件组成的，它的出现可以满足人们对工业生产以及日常生活建筑空间的不同需求。

二、轻型钢结构在工业建筑中应用的建筑优势

1．建筑空间实体轻巧

轻型钢结构的截面比较小，而且自重很轻，其承重结构截面可根据实际的受力状况进行相应的设计，它要比普通的钢结构所使用的工字钢截面受力更加合理。因为轻型钢结构自重只有普通钢结构建筑的一半左右，这样就可以节约建筑的成本。此外，轻型钢结构体系所采用的空间体系分析方法优化了结构设计，已经形成了自身独特的设计理论，它能够满足工业生产对大型无柱空间的需求，同时，轻型钢结构的支撑结构截面很小，不会占用室内的建筑面积，这也为工业建筑室内留出了生产、储藏的空间。

2．轻型钢结构主体稳定

轻型钢结构建筑的建筑材料重量轻，而且材质分布很均匀，材料本身就具有非常好的抗震功能。轻型钢结构主要的承重构件是钢结构的，所采用的钢材塑性、韧性都非常好，而且钢结构自身还可以承受很大的动力荷载，轻型钢结构的杆件基本上都是在工厂经过精密的计算之后加工出来的，这也在一定程度上保证了钢材的质量。在一些地震比较频繁的地区，轻型钢结构体系始终是厂房建设的首选钢材结构，同时还被用做地震后的救灾安置房钢材。用于地震救灾安置房主要是因为轻型钢结构体积轻，因为地震区在震后还会出现很多的余震，运用轻型钢结构材料作为安置房的钢材，可以很好保护人们免受第二次的伤害。

3．施工建筑方式简单方便

轻型钢建筑是采用最为先进的自动化制造设备批量生产出来的，建筑的大体可以进行现场组装，在现场安装的时候不会受到气候等外界因素的影响，施工的速度非常快，一般比较普通的厂房在三个月之内就能够完全安装完毕。

三、轻型钢结构在工业建筑设计的应用

1．整体式轻型钢结构体系

门式钢架建筑体系的结构工业化生产程度会更高一些，在建筑使用后，进行拆除时对资源的重复利用率也是最高的，这种建筑体系非常适用于工业厂房和仓库的建设，也正是因为如此，这种建筑体系逐渐成为了现阶段工业建筑设计中使用最广的一类轻型钢结构建筑体系。

2．轻型钢结构屋盖体系

（1）网架结构

网架结构一经兴起就取代了当时普遍使用的钢筋混凝土壳体结构，之后又建造了一些非常经典的公共建筑，比如英国的哈罗文娱中心、美国的芝加哥国会大厅、我国的首都体育馆等建筑都是网架结构的。

（2）网架结构的特点

网架结构是由很多有规律的杆件构成的，而且杆件自身就是非常好的空间造型元素。网架可以承受来自不同方向的屋面荷载，它是一种高次超静定空间结构，网架结构与其他的轻型钢结构相比，它的网架刚度和跨度更大，而且自身的自重还非常的轻，其适应平面变化的能力是非常强的。由于网架结构的有效经济跨度在30m左右，其他轻型钢结构的经济跨度一般都在20m左右，所以网架结构的整体结构高度比较小，因此在同一所建筑当中，它的空间利用率是最高的，而且用钢量也比其他轻型钢结构的形式要低很多。

3．工业建筑中轻型钢结构的外墙体系

非承重墙是轻型钢结构内外墙主要形式，组合墙是外墙体系普遍采用的方式，砌块墙一般在1—1.3m以下，彩色压型钢板在1.3m以上。镀锌或镀铝锌钢板压制成压型钢板，可以分为大波和小波、横板和竖版，钢板的刚度和自身稳定性可以通过压制波形来提高。外墙施工的程序为：主钢构施工完毕后，在柱子上进行横向墙檩的安装，并根据柱子跨度的不同，会影响其檩条大小和疏密程度，将墙檩固定好后，挂上压型钢板，将超细玻璃丝绵放入墙板和墙檩之间。若要提高其美观度，把墙体骨骼系统包起来，可以在墙檩内侧挂上一层内衬钢板。进行版型选择时，竖版的稳定性较好，更为经济，横板则比较美观大气。现在很多的厂房除了采用普通的压型钢板外，开始运用高复合板，也被称为三明治板，它是在两层压型钢板中加入高密度保温材料然后压制而成。复合板可以做成墙檩，其对于钢板版型几乎没要求，波形板、压花板、平板都可以。这种板的保温效果不错，并且平整度高，大气且耐用，可以仿石材或仿铝板，虽然其价格要稍贵一些，但是经常被合资企业的建筑运用。开窗自由是轻型钢结构外墙的最大特点，因为墙面和柱子不是一体，所以墙面不会被柱子打断，在开窗时不会受到影响，这种方式为工厂的外墙设计提供了优秀的基础。

4．工业建筑中的轻型钢结构的屋面设计

（1）坡度的选择

屋面的坡度较大是一般的工业建筑的特点，这种形式有利于屋面的排水，排水的流速会受坡度的影响，坡度越大流速越大，会造成溅水现象。反之，减小屋面坡度，会是排水速度变小，水流速度过慢会造成屋内积水，使压型板的腐蚀度加快，无法长期使用。建设单位还要根据相关的经济要求选择屋面坡度，并以施工要求为参考依据，如屋面坡度较小时，可以适当减小材料的用量，一次节约成本，而施工的难度会随着屋面坡度的变大而增加，影响施工的质量。

（2）金属压型钢板屋面构造设计

很多轻型钢在采光、通风等方面的需求，可以在屋面上开一定的空洞或是做一些通风和防水设计。注重屋面的开洞、通风以及防水处理是金属压型钢板屋面设计的重点。在屋面的开洞设计中，可以在衡量上插入一根圆形钢管，这是对于那些孔直径或边长较小的孔洞，如果出现泛水现象，还可以在东风处涂上硅酮胶进行防水。对于一些孔直径较大的孔洞，可以将底座和泛水裙板设计成一体进行处理，以此防止屋面受到积水的影响。

5．轻型钢结构加层构造设计方法

轻型钢结构加层设计与建筑中的普通加层存在一定的区别，其不仅具有普通加层的功能，同时还兼具了轻型钢结构本身的特点。轻型钢结构加层的主要方式是在原有建筑主体结构上进行直接性加高，在原有建筑结构的基础上得到加固以及优化主体结构的目的。当然要实现此目的需要一个经济完整并且合理的设计方案，所以做好轻型钢结构加层构造设计十分重要。由于轻型钢结构的刚度比较小、重量轻，因此在加层构造设计中应科学设置足够的横向与纵向支撑，以此来保证轻型钢结构原有的刚度与稳定性。与此同时，在加层构造设计中还要充分考虑轻型钢结构加层构造的地震效应，使板块刚度均匀分布在结构之中。

结束语

相关人员在轻型钢的工业建筑设计时，要严格遵守相关规定和设计标准。随着轻型钢的用量加大，以及轻型钢结构设计的日益成熟，设计师的设计理念也要跟进时代潮流。这样才能使设计出的工业建筑的结构合理并且环保经济，能够达到经济建设的需求。

参考文献：

[1]郑建伟。有关多层钢结构工业厂房设计分析与探讨［J］。中国建筑金属结构，2013（12）：157—158.

[2]马新明。浅析钢结构工业建筑的特点与发展前景［J］。工程建设与设计，2011（8）：162—163.

[3]陈东。门式刚架轻型钢结构工业厂房最优设计研究分析［J］。城市建筑，2013（1）：179—180.