輕型鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑設(shè)計(jì)研究

張廣慶

摘要：輕型鋼結(jié)構(gòu)大多外形美觀、簡(jiǎn)潔，在造價(jià)上能節(jié)省鋼材，在安裝方面施工速度快且安裝方便。它最大的優(yōu)勢(shì)就是制作上可以形成系列化和裝配化的批量生產(chǎn)，是現(xiàn)今最具有競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)形式之一，本文重點(diǎn)介紹輕型鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：輕型鋼;輕型鋼結(jié)構(gòu);工業(yè)建筑設(shè)計(jì)

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展比較早，起初型鋼結(jié)構(gòu)用于建造汽車車庫(kù)等簡(jiǎn)單房屋，發(fā)展到后來輕鋼結(jié)構(gòu)被用在建造營(yíng)房和庫(kù)房上，由于型鋼結(jié)構(gòu)具有拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)廣受人們青睞。等到20世紀(jì)60年代，國(guó)外出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的發(fā)展有了較大的突破?，F(xiàn)在輕型鋼結(jié)構(gòu)已成為非常常見的商品。業(yè)主可以根據(jù)自己的需要，向承包商定購(gòu)某種功能的輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋。輕型鋼結(jié)構(gòu)大多外形美觀、簡(jiǎn)潔，在造價(jià)上能節(jié)省鋼材，在安裝方面施工速度快且安裝方便。它最大的優(yōu)勢(shì)就是制作上可以形成系列化和裝配化的批量生產(chǎn)，是現(xiàn)今最具有競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)形式之一。

一、輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的內(nèi)容和特點(diǎn)

以單層為主的實(shí)腹式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)的金屬面板建筑，是最早出現(xiàn)輕型鋼建筑，后來因?yàn)檩p型鋼建筑很輕，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，被引進(jìn)于工業(yè)建筑中，并且隨著輕型鋼建筑結(jié)構(gòu)的不斷應(yīng)用，其范圍的不斷擴(kuò)大，一些中小型的倉(cāng)庫(kù)和工廠都引進(jìn)了這種輕型鋼建筑結(jié)構(gòu)。人們通過對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的了解和其優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知，得出輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑是在冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻焊接型鋼、輕型熱軋型鋼等充分應(yīng)用的基礎(chǔ)上的一種新型的受力構(gòu)件，主要采用單層和多層的輕質(zhì)的隔離材料。

（一）現(xiàn)場(chǎng)施工速度快、工期短

施工過程中快速的施工速度是由輕型鋼結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單和輕質(zhì)的性質(zhì)決定的，輕型鋼結(jié)構(gòu)的使用可以使工期得以縮短，而且在技術(shù)上要求不高，可以實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，并使施工高效。

（二）材料重量輕

輕型鋼結(jié)構(gòu)目前最明顯的特點(diǎn)是自身重量輕，這種特點(diǎn)決定了其在建筑施工的大量推廣和使用。輕型焊接的H型鋼是輕型鋼結(jié)構(gòu)主要采用的材料。與一般的工字鋼、槽鋼相比，其重量輕并能偶合理運(yùn)用鋼的截面。一般情況下，采用截面利用系數(shù)較高的材料，可以達(dá)到節(jié)省鋼材的目的。尤其是地基承載能力較低的工業(yè)建筑，可以充分體現(xiàn)這個(gè)特點(diǎn)的優(yōu)越性。

（三）工業(yè)化程度高

輕型鋼結(jié)構(gòu)與其他建筑材料結(jié)構(gòu)相比，建筑構(gòu)造較為減短，用料單一，所以能夠使自動(dòng)化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化更容易實(shí)現(xiàn)。所以輕型鋼無論在安裝使用，還是在生產(chǎn)中，其工業(yè)化程度都很高，在工業(yè)建筑中這點(diǎn)是非常重要的。

二、輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑空間設(shè)計(jì)

（一）輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)選型

目前，對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)選型還沒有一個(gè)具體的說明。并且，輕型鋼結(jié)構(gòu)的含義還比較廣泛，拋除掉一些常用的輕型鋼結(jié)構(gòu)，其余的是無法進(jìn)行歸集的。常規(guī)情況下，研究員會(huì)把工業(yè)建筑分為兩類：屋蓋結(jié)構(gòu)體系與整體式結(jié)構(gòu)體系。其中的整體式是工業(yè)中利用最廣泛的門式剛架建筑結(jié)構(gòu);而屋蓋結(jié)構(gòu)體系則是利用的管桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)。

（二）輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑空間造型設(shè)計(jì)

豎向錯(cuò)列。輕鋼結(jié)構(gòu)桁架、中門式剛架都會(huì)有屬于自己的一個(gè)受力體系，在展開平面排列時(shí)會(huì)分為多個(gè)結(jié)構(gòu)單元來組成的架構(gòu)拼接，在工業(yè)建筑的空間上進(jìn)行錯(cuò)列排布，從而構(gòu)成獨(dú)特的建筑形體。

橫向錯(cuò)列。它一般會(huì)出現(xiàn)在箱體結(jié)構(gòu)的多層建筑中。它是通過水平搭接而成的，所排列出的空間類似于積木的組合空間。其存在的最大特點(diǎn)是該建筑空間可以實(shí)現(xiàn)無限延伸，單一的箱體可以自動(dòng)形成互通的大空間。

（三）輕鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)的復(fù)合造型設(shè)計(jì)

輕鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系存在一定差異，鋼木的協(xié)同性是極易促進(jìn)它構(gòu)成新形式的;當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部輔助時(shí)，可以切實(shí)開發(fā)木結(jié)構(gòu)形式。若是將木結(jié)構(gòu)與輕鋼型結(jié)構(gòu)融和在一起，勢(shì)必會(huì)增加一些新興節(jié)點(diǎn)，通過這二者的優(yōu)勢(shì)來增強(qiáng)復(fù)合造型設(shè)計(jì)水平。比如：圣地亞哥的橄欖油生產(chǎn)基地。

輕型結(jié)構(gòu)與索結(jié)構(gòu)的復(fù)合設(shè)計(jì)是比較常見的，把鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與索結(jié)構(gòu)的受拉優(yōu)勢(shì)相融合構(gòu)成新興形式，它們二者的相融合時(shí)常會(huì)構(gòu)造出獨(dú)特的建筑。比如：英國(guó)的雷諾汽車公司中的內(nèi)部產(chǎn)品配送中心。

三、輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑立面設(shè)計(jì)

（一）立面造型設(shè)計(jì)

在對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑立面造型設(shè)計(jì)時(shí)所利用的元素有很多，一些實(shí)物的簡(jiǎn)化意象都是可以單一或是有規(guī)律的出現(xiàn)，以此來表達(dá)出文化在建筑中應(yīng)用價(jià)值。輕型鋼結(jié)構(gòu)與普通的結(jié)構(gòu)存在一定差距，利用輕型鋼結(jié)構(gòu)可以充分的將工業(yè)內(nèi)的立面元素展現(xiàn)出，例如工業(yè)機(jī)床架形象、集熱板形象、卡通人物形象等，這都是展現(xiàn)行業(yè)特點(diǎn)的主要標(biāo)志。因?yàn)檩p型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中比較規(guī)整，所受到的立面結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。

（二）外立面隔熱和細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)

在對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑外立面隔熱時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域是要高出普通領(lǐng)域的，工業(yè)建筑因?yàn)樽陨砜臻g有限等因素，對(duì)室內(nèi)的溫度提出了一定要求。工業(yè)建筑中的輕型鋼結(jié)構(gòu)屬于是質(zhì)地輕的材質(zhì)，建筑物的墻體與門窗是展開節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因此在選用外墻板時(shí)需要選用保溫性能好、隔溫性能強(qiáng)節(jié)能性門窗，從而為員工提供一個(gè)舒適的工作空間。在對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，連接立面墻體的板材時(shí)，需盡量保障立面主體的密實(shí)性，確保其連接部位與版型的紋理是一樣的，將施工安裝時(shí)所導(dǎo)致了拼接痕跡淡化掉。

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

（一）屋面建筑材料

工業(yè)建筑中的輕型鋼結(jié)構(gòu)，比較容易采用輕質(zhì)、耐久、保溫、隔熱等性能的建筑材料，除此之外，還需確保施工便利性，工業(yè)生產(chǎn)效率高。屋面荷載受屋面鋼結(jié)構(gòu)影響，使得屋面板的受力遭到新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，我國(guó)利用比較普遍的有彩鋼夾芯板，它具有較強(qiáng)的環(huán)保性能，還有較強(qiáng)保溫性能，這是它被大力應(yīng)用的主要原因。

（二）屋面功能設(shè)計(jì)

屋面排水設(shè)計(jì)。由于建筑工程中最懼怕的便是屋內(nèi)積水，它會(huì)導(dǎo)致建筑應(yīng)用年限降低，在利用輕鋼型結(jié)構(gòu)時(shí)需著重注意屋內(nèi)排水，在對(duì)排水展開設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)注意排水設(shè)計(jì)。為確保屋面的排水效率，輕鋼廠房屋面的結(jié)構(gòu)在25%左右，所利用排水形式基于屋外排水居多。屋面通風(fēng)設(shè)計(jì)。由于工業(yè)建筑內(nèi)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)粉塵、熱氣等一些污染性較大的氣體，若是不將其及時(shí)的排放出去，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致工業(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭到腐蝕，這對(duì)于機(jī)械的正常運(yùn)作會(huì)帶來一些，因此在對(duì)屋面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以增設(shè)一些天窗或是通風(fēng)器等，通過熱力差將氣體排出，以此來減小火災(zāi)發(fā)生的幾率。

（三）屋面造型設(shè)計(jì)

墻屋一體式。比如某機(jī)械加工廠中，在設(shè)計(jì)時(shí)將屋面與里面之間的關(guān)系進(jìn)行了綜合考慮，省略了檐口以及女兒墻，盡量的將二者的界限抹去。工業(yè)建筑中沒有顯著的屋面與墻體，一些弧墻繪同通過自然過渡來轉(zhuǎn)變成水平屋面，將排水功能充分的體現(xiàn)出。使屋面與墻面在視覺上能夠合二為一。

五、結(jié)束語

總而言之，輕型鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)今已經(jīng)在多種類型的工業(yè)建筑中得到了廣泛應(yīng)用，例如辦公區(qū)、生產(chǎn)廠房以及倉(cāng)庫(kù)等，其在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中有舉足輕重的作用。工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑方案選擇、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置、以及屋面、墻體、加層構(gòu)造等方面的合理設(shè)計(jì)對(duì)于較少工程造價(jià)，提升工業(yè)建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。在設(shè)計(jì)中能把握輕型鋼結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)后期工業(yè)建筑施工的順利開展具有指導(dǎo)意義。

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