輕型鋼在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

顧魁偉

（南京南瑞太陽能科技有限公司 江蘇 南京 211106）

輕型鋼在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

顧魁偉

（南京南瑞太陽能科技有限公司 江蘇 南京 211106）

輕鋼結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)不僅僅局限于一些簡單的構(gòu)件，因?yàn)樗w了諸多方面的內(nèi)容且具有非常廣泛的作用。隨著我國對輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的深入研究，相信在以后的工業(yè)建筑當(dāng)中，輕型鋼結(jié)構(gòu)會有更加廣闊的應(yīng)用空間。

輕型鋼；工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

前言

輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一件非常重要的工作，事關(guān)日后的工業(yè)建筑的整體施工質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)工作者引起重視，考慮多方面的因素，尤其是安全方面，使得建設(shè)的建筑符合國家的規(guī)定。

1　輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

1.1建筑空間實(shí)體輕巧

輕型鋼結(jié)構(gòu)的截面比較小，而且自重很輕，其承重結(jié)構(gòu)截面可根據(jù)實(shí)際的受力狀況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，它要比普通的鋼結(jié)構(gòu)所使用的工字鋼截面受力更加合理。因?yàn)檩p型鋼結(jié)構(gòu)自重只有普通鋼結(jié)構(gòu)建筑的一半左右，這樣就可以節(jié)約建筑的成本。此外，輕型鋼結(jié)構(gòu)體系所采用的空間體系分析方法優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已經(jīng)形成了自身獨(dú)特的設(shè)計(jì)理論，它能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)對大型無柱空間的需求，與此同時，輕型鋼結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)截面很小，不會占用室內(nèi)的建筑面積，這也為工業(yè)建筑室內(nèi)留出了生產(chǎn)、儲藏的空間。

1.2輕型鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定

輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑材料重量輕，而且材質(zhì)分布很均勻，材料本身就具有非常好的抗震功能。輕型鋼結(jié)構(gòu)主要的承重構(gòu)件是鋼結(jié)構(gòu)的，所采用的鋼材塑性、韌性都非常好，而且鋼結(jié)構(gòu)自身還可以承受很大的動力荷載，輕型鋼結(jié)構(gòu)的桿件基本上都是在工廠經(jīng)過精密的計(jì)算之后加工出來的，這也在一定程度上保證了鋼材的質(zhì)量。在一些地震比較頻繁的地區(qū)，輕型鋼結(jié)構(gòu)體系始終是廠房建設(shè)的首選鋼材結(jié)構(gòu)，同時還被用做地震后的救災(zāi)安置房鋼材。用于地震救災(zāi)安置房主要是因?yàn)檩p型鋼結(jié)構(gòu)體積輕，因?yàn)榈卣饏^(qū)在震后還會出現(xiàn)很多的余震，這些余震雖然震感不是特別強(qiáng)烈，但是對于一個剛剛經(jīng)過大地震的地區(qū)來講則是致命的，所以運(yùn)用輕型鋼結(jié)構(gòu)材料作為安置房的鋼材，可以很好保護(hù)人們免受第二次的傷害。

1.3施工建筑方式簡單方便

輕型鋼建筑是采用最為先進(jìn)的自動化制造設(shè)備批量生產(chǎn)出來的，建筑的大體可以進(jìn)行現(xiàn)場組裝，在現(xiàn)場安裝的時候不會受到氣候等外界因素的影響，施工的速度非?？欤话惚容^普通的廠房在三個月之內(nèi)就能夠完全安裝完畢。

2　輕型鋼在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探析

2.1工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)方法

根據(jù)工業(yè)建筑中外墻和內(nèi)墻不同的受力特點(diǎn)，我們可以將工業(yè)建筑墻體分為自承重式輕型墻體以及非承重式輕型墻體，通常我國工業(yè)建筑墻體設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的墻體材料大多數(shù)以輕質(zhì)材料為主，例如彩涂金屬壓型板夾心板、彩涂金屬壓型板以及PC板等等，在應(yīng)用中設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑要求、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及不同板型材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行合理選擇墻體材料。

壓型板長度的選擇及鋼板墻面系統(tǒng)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)是金屬壓型板墻面系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在墻體設(shè)計(jì)過程中，對于金屬板的選擇，應(yīng)全面考慮板塊單位面積的覆蓋率以及板塊承載力水平，并在使用時盡可能的減少壓型板長向搭接，這樣做就可以實(shí)現(xiàn)施工材料的節(jié)約。另外在夾心板墻板構(gòu)造設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮夾心板的節(jié)點(diǎn)做法以及結(jié)構(gòu)的布置，從而確保板塊的放置方式更加科學(xué)，在設(shè)計(jì)中要懂得把握重點(diǎn)，做好一些細(xì)節(jié)的處理，例如對于墻體的轉(zhuǎn)角處、窗洞口以及踢腳處需進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高輕型鋼結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)整體水平。

2.2工業(yè)建筑中的輕型鋼結(jié)構(gòu)的屋面設(shè)計(jì)

2.2.1坡度的選擇

就一般工業(yè)建筑而言，建筑屋面坡度越大，那么對屋面排水則越有利，然而若坡度過大也存在一定的弊端，坡度過大會提升排水速度，易產(chǎn)生濺水現(xiàn)象。相應(yīng)的若坡度過小，排水速度也會相應(yīng)變小，水流速度過于緩慢易造成積水狀況，因此在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要合理控制屋面坡度。

2.2.2金屬壓型鋼板屋面構(gòu)造設(shè)計(jì)

輕型鋼在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要考慮采光、通風(fēng)等問題，為了便于工業(yè)建筑的通風(fēng)，可在屋面上開一定的空洞或是做一些通風(fēng)和防水設(shè)計(jì)。因此，注重屋面的開洞、通風(fēng)以及防水處理是金屬壓型鋼板屋面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

屋面的開洞設(shè)計(jì)中，可以在橫梁上插入一根圓形鋼管，這是對于那些孔直徑或邊長較小的孔洞，如果出現(xiàn)泛水現(xiàn)象，還可以在東風(fēng)處涂上硅酮膠進(jìn)行防水。對于一些孔直徑較大的孔洞，可以將底座和泛水裙板設(shè)計(jì)成一體進(jìn)行處理，以此防止屋面受到積水的影響。

3　工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1荷載的分析及合理取值

①根據(jù)地理位置適當(dāng)擇取合適的一些指標(biāo)，比如結(jié)合當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度、風(fēng)荷載、雪荷載。②根據(jù)使用情況和結(jié)構(gòu)恒載、活載的地板和屋頂。③恒載，活載因素選擇合理?？赡艿奈ｋU，離開足夠的安全系數(shù)，最不利的荷載組合。

3.1.2梁、柱截面的預(yù)估

（1）建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局完成以后，需要對相關(guān)的截面做一個具體的評估，特別是指梁和柱的截面尺寸，一定要做好支持的預(yù)測等。根據(jù)負(fù)載和支持條件、鋼梁截面高度通常是跨1/20～1/50之間選擇。

（2）建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布局的結(jié)束時，需要對一個初步估計(jì)相關(guān)構(gòu)架重要組成部分，特別是梁的截面尺寸，列是指預(yù)測、支持等。根據(jù)負(fù)載和支持條件、鋼梁截面高度通常是跨1/20～1/50之間選擇。

3.2變形縫間距的規(guī)范要求

輕鋼結(jié)構(gòu)住宅溫度區(qū)段長度應(yīng)根據(jù)下列條件：指定的間距不超過300m的垂直變形溫度；不超過150的間距橫向溫度區(qū)段的變形。這有一個必須遵守的條件，相關(guān)的文件說明，如果當(dāng)相關(guān)的溫度達(dá)到一個核算值的基礎(chǔ)上就要加以放寬，然后經(jīng)過增強(qiáng)支撐熱應(yīng)力，把所有的溫度應(yīng)力平均的散布在每個鋼結(jié)構(gòu)上，這樣就能最大程度上確保廠房穩(wěn)定性。

3.3荷載取值準(zhǔn)確

嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化工作，垂直屋頂結(jié)構(gòu)應(yīng)使用統(tǒng)一的活載標(biāo)準(zhǔn)值（在水平投影面積計(jì)算作為0.5kN/m2）。相關(guān)的文件也表明，屋頂?shù)幕钶d不是0.5kN/m2，同時當(dāng)組件的負(fù)載面積大于60m2是可以乘以折減系數(shù)0.6，即0.3kN/m2。

3.4考慮活荷載的最不利布置

需要依據(jù)有關(guān)的規(guī)范，考慮不利活載活負(fù)載分配布局，不利條件雖然沒有特定的標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)目前的情況，大部分的非臨時建筑應(yīng)考慮不利安排活載。

3.5節(jié)點(diǎn)的處理

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)直接影響鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，地震時，許多結(jié)構(gòu)構(gòu)建沒有破壞，節(jié)點(diǎn)先失效，造成嚴(yán)重?fù)p失。強(qiáng)列和弱梁是遵循的設(shè)計(jì)原則，同時，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是必不可少的。在許多情況下，成員可以滿足設(shè)計(jì)要求，該節(jié)點(diǎn)不能滿足抗震設(shè)計(jì)的要求，因此，加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域關(guān)注的問題。

3.6抗剪鍵的設(shè)置

在地震影響下，工業(yè)建筑的縱向和橫向受力存在著巨大的差異，一檔發(fā)生這樣的情況，那么柱腳螺栓的受力就會超出荷載，進(jìn)而使得廠房整體的質(zhì)量受到威脅。因此抗力鍵的設(shè)置必須科學(xué)且合理。

3.7做好鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別高的廠房采用輕鋼結(jié)構(gòu)時，輕鋼結(jié)構(gòu)必須滿足防火規(guī)范GB50016-2014中的耐火極限的要求，一般在施工中，采用室內(nèi)薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，避免輕鋼結(jié)構(gòu)高溫破壞。

4　結(jié)語

相關(guān)人員在輕型鋼的工業(yè)建筑設(shè)計(jì)時，要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著輕型鋼的用量加大，以及輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的日益成熟，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念也要跟進(jìn)時代潮流。這樣才能使設(shè)計(jì)出的工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)合理并且環(huán)保經(jīng)濟(jì)，能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。

[1]黃帶好.工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用[J].硅谷，2011（12）：182～ 183.

[2]彭耀.當(dāng)代鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)研究[A].第九屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會論文集[C].2009（7）：126～127.

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2015-9-30