輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)研究

周珩

（廣西糧食設(shè)計(jì)院有限公司，廣西 南寧530023）

以往工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)組成以鋼筋混凝土為主，消耗的材料較多，而且很容易造成資源的浪費(fèi)。在“綠色建筑”背景下，輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑領(lǐng)域成為一種熱門材料。除了在使用性能等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的建筑材料外，輕型鋼結(jié)構(gòu)還具有易于組裝和拆卸，可以反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，從而提高了材料的利用率，符合節(jié)能環(huán)保理念。近年來(lái)，受到城市轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，大量的工業(yè)廠房開(kāi)始搬遷，新的工業(yè)建筑在設(shè)計(jì)與施工時(shí)，可以優(yōu)先考慮輕型鋼結(jié)構(gòu)。在這一背景下探究輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工業(yè)建筑中輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

輕型鋼結(jié)構(gòu)融合了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，成為了工業(yè)建筑中應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)型式。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：其一，輕型鋼結(jié)構(gòu)的自重輕，即便是大批量使用這種材料，工業(yè)建筑的自重不高。同樣體積的鋼結(jié)構(gòu)，使用輕鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，只有普通鋼結(jié)構(gòu)的1/3，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/10。由于自重較輕，在工業(yè)建筑施工時(shí)基本上不需要考慮地基嚴(yán)重沉降等問(wèn)題。只需要簡(jiǎn)單的進(jìn)行地面整平處理，或是澆筑薄層泥漿，就可以滿足工業(yè)建筑的穩(wěn)定性需求。施工周期短，建筑穩(wěn)定性好。其二，工業(yè)建筑的跨度較大，對(duì)穩(wěn)定性、抗震性、抗壓性都有極高的要求。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房，在受到震動(dòng)后很容易出現(xiàn)墻體開(kāi)裂，甚至有倒塌的危險(xiǎn)。而輕型鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑，輕型鋼構(gòu)件本身具有一定的彈性形變能力，在受到震動(dòng)后可以通過(guò)輕微變形實(shí)現(xiàn)力的消解，保證了工業(yè)建筑的使用安全。因此，輕型鋼結(jié)構(gòu)除了在工業(yè)建筑領(lǐng)域有所應(yīng)用外，也被廣泛的使用于救災(zāi)安置房中。

2 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的空間設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)選型。根據(jù)工業(yè)企業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求不同，在設(shè)計(jì)輕型鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要使用到的結(jié)構(gòu)類型也有很大差異。現(xiàn)階段較為常見(jiàn)的有門式鋼架、箱體式鋼架以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。以門式鋼架工業(yè)建筑為例，將大量不同尺寸的輕型鋼，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行拼裝、固定，形成建筑骨架。后期建筑拆除后，這些輕型鋼材料約有80%-90%可以重新回收使用。從結(jié)構(gòu)的細(xì)部組成上來(lái)看，主要有連續(xù)梁框架、邊柱、角柱等組成，連接部位通常采用焊接的方式進(jìn)行固定，也有的使用螺絲固定。門式鋼架結(jié)構(gòu)通常適用于中小型工業(yè)建筑，在大型工業(yè)建筑中，也可以將若干個(gè)門式鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行并聯(lián)，但是需要在連接部位做好固定。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 形體錯(cuò)列。輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，形體錯(cuò)列的主要原因是實(shí)現(xiàn)受力分解，特別是大跨度工業(yè)建筑，通過(guò)形體錯(cuò)列可以縮短跨度，避免中間部位的輕型鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的彎曲、下沉。根據(jù)錯(cuò)列方向的不同，可以分為垂直錯(cuò)列和水平錯(cuò)列兩種類型。垂直錯(cuò)列就是每隔一定的跨度，調(diào)節(jié)輕型鋼結(jié)構(gòu)的高度，形成高低錯(cuò)列。這樣既可以提升工業(yè)建筑的立體感，增強(qiáng)了美觀性，同時(shí)又能夠保證工業(yè)建筑的輕型鋼結(jié)構(gòu)受力相對(duì)均衡。水平錯(cuò)列多見(jiàn)于箱體結(jié)構(gòu)多層建筑。它最大特點(diǎn)是建筑橫向空間可根據(jù)需要無(wú)限延伸，單個(gè)箱體自成功能或在內(nèi)部相互連通成為大空間。在工業(yè)建筑中，常出現(xiàn)在工業(yè)展示建筑中。

2.2.2 結(jié)構(gòu)懸挑。工業(yè)生產(chǎn)不僅僅在室內(nèi)進(jìn)行，開(kāi)敞的半室外空間明確了建筑功能流線，更方便分流原料和商品的運(yùn)輸、卸貨。輕鋼結(jié)構(gòu)延展性強(qiáng)，屋面結(jié)構(gòu)可向外挑出較大的灰空間。這種懸挑式輕鋼屋面在原油加工銷售一體化行業(yè)、礦產(chǎn)加工業(yè)、工廠提貨區(qū)等生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，也可單獨(dú)作為廠區(qū)大型遮雨、集會(huì)設(shè)施。

2.3 結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的空間造型。現(xiàn)代建筑強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)造型，暴露的節(jié)點(diǎn)真實(shí)表現(xiàn)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，成為一種新的審美情趣。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)能立體地解決節(jié)點(diǎn)處受力問(wèn)題以外，還可根據(jù)造型要求塑造出具有邏輯性的空間形象，將結(jié)構(gòu)之間力的傳遞藝術(shù)化、視覺(jué)化。因此，空間形態(tài)精致與否往往體現(xiàn)在這些節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)的精致程度上，精確簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)無(wú)疑是輕鋼建筑空間設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

3 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的立面設(shè)計(jì)

3.1 門窗設(shè)計(jì)。工業(yè)建筑的門、窗，以及部分建筑中的雨棚等部位，是輕型鋼結(jié)構(gòu)立面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。在門的設(shè)計(jì)上，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求不同，廠房入口選用卷扎門、大型推拉門或平開(kāi)門等門型樣式。裝卸區(qū)的大門加設(shè)門套和防撞立柱保護(hù)門面，可與雨棚結(jié)合設(shè)計(jì)，同時(shí)保護(hù)入口免受雨水侵蝕。當(dāng)門窗位置不在同一高度時(shí)，可通過(guò)增大入口的視覺(jué)尺寸來(lái)配合窗的排列。在窗的設(shè)計(jì)上，要結(jié)合工業(yè)建筑的運(yùn)行、生產(chǎn)需求進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)。例如造紙廠之類的工業(yè)建筑，窗戶除了采光作用外，還必須考慮通風(fēng)、除味的功能。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將窗的面積設(shè)計(jì)的大一些。而對(duì)于食品廠、電子廠之類的工業(yè)建筑，需要在封閉式環(huán)境下運(yùn)行，這時(shí)窗的設(shè)計(jì)就要盡可能的小。

3.2 色彩設(shè)計(jì)。輕型鋼結(jié)構(gòu)本身具有一定的美觀性，在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)上，可以搭配一些醒目的色彩，進(jìn)一步提高建筑的美觀度。另外，在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)部，也可以通過(guò)標(biāo)識(shí)性的顏色，對(duì)內(nèi)部職工的心理產(chǎn)生暗示作用，營(yíng)造一個(gè)舒適、高效的環(huán)境。在色彩設(shè)計(jì)中，可以選擇彩色壓型鋼板，也可以搭配使用一些玻璃幕墻，增加了工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)面的色彩豐富度。根據(jù)工業(yè)建筑內(nèi)不同的功能分區(qū)，設(shè)計(jì)不同的顏色。例如工作區(qū)主要以綠色、藍(lán)色為主，綠色可以緩解視覺(jué)疲勞，而藍(lán)色則給人一種干凈、整潔的感覺(jué)；休息區(qū)、生活區(qū)主要以白色、米黃色為主，能夠給人一種溫暖、和諧的心理暗示。

3.3 隔熱設(shè)計(jì)。工業(yè)建筑因?yàn)樽鳂I(yè)環(huán)境的特殊性，對(duì)溫度有一定的要求，通常要求恒定在某一個(gè)溫度值。因此在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮隔熱設(shè)計(jì)。重點(diǎn)從門窗部位、外墻部位著手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在輕型鋼結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)保溫隔熱等具體需求，有選擇性的使用一些輔助材料，例如ALC加氣混凝土板、彩色壓型鋼板等，都可以滿足這一需求。在建筑外墻設(shè)計(jì)上，也可以考慮使用新型高性能的隔熱材料，例如離心玻璃棉等，將這些新型材料鋪貼、固定在輕型鋼結(jié)構(gòu)上，滿足工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)、施工與使用需求。

4 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑屋面設(shè)計(jì)

4.1 功能設(shè)計(jì)。工業(yè)建筑屋面的面積較大，一些連續(xù)、多跨的建筑，還分為多個(gè)屋脊，包含多個(gè)內(nèi)天溝，因此對(duì)屋面設(shè)計(jì)也提出了較高的要求。在屋面設(shè)計(jì)時(shí)，首先要保證各項(xiàng)基礎(chǔ)功能的發(fā)揮，滿足工業(yè)建筑正常、安全使用的需求。例如，要重點(diǎn)做好屋面排水設(shè)計(jì)，排水坡度通常在3%-5%之間。如果坡度過(guò)大，必然會(huì)擠占工業(yè)建筑的室內(nèi)空間；而坡度偏小，則會(huì)影響排水效果。還有就是屋面板接縫處要重點(diǎn)做好防水設(shè)計(jì)，內(nèi)天溝也要保證排水效果，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理而出現(xiàn)長(zhǎng)期積水的問(wèn)題。除了排水設(shè)計(jì)外，像屋面通風(fēng)、屋面采光等，也都是輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中必須要關(guān)注的地方。

4.2 造型設(shè)計(jì)。為了保證輕型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在屋面結(jié)構(gòu)上一般不作太多形式上的設(shè)計(jì)，以追求實(shí)用和保證穩(wěn)定、安全為主。但是現(xiàn)代一些大型工業(yè)建筑，對(duì)美觀性也有較高的追求，因此在屋面造型設(shè)計(jì)上也要盡量做到實(shí)用性和美觀性的統(tǒng)籌兼顧。例如，設(shè)計(jì)人員可以考慮采取墻面屋面一體式設(shè)計(jì)方案，讓水平屋面和垂直墻面自然過(guò)渡，不留棱角，這樣排水十分方便，而且造型十分新穎獨(dú)特，也滿足了觀賞要求。除此之外，像入口強(qiáng)調(diào)式、結(jié)構(gòu)組合式等，也都是近年來(lái)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑常用的屋面造型設(shè)計(jì)模式。

5 結(jié)論

在建筑行業(yè)廣泛推行“綠色設(shè)計(jì)”的背景下，對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)提出了更加多元化和高標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)充分了解輕型鋼結(jié)構(gòu)自身的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及特殊功能，然后重點(diǎn)從空間結(jié)構(gòu)、立面結(jié)構(gòu)以及屋面結(jié)構(gòu)這三大部分，制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。在滿足輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑實(shí)用功能的基礎(chǔ)上，還要兼顧造價(jià)成本、施工難度等方面，保證設(shè)計(jì)方案的可行性。只有設(shè)計(jì)方案合理可行，才能將輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)。