輕型鋼在工業建筑結構設計中的應用探析

顧魁偉

（南京南瑞太陽能科技有限公司 江蘇 南京 211106）

輕型鋼在工業建筑結構設計中的應用探析

顧魁偉

（南京南瑞太陽能科技有限公司 江蘇 南京 211106）

輕鋼結構體系的建設不僅僅局限于一些簡單的構件，因為它涵蓋了諸多方面的內容且具有非常廣泛的作用。隨著我國對輕型鋼結構建筑的深入研究，相信在以后的工業建筑當中，輕型鋼結構會有更加廣闊的應用空間。

輕型鋼；工業建筑；結構設計；應用

前言

輕鋼結構工業建筑結構的設計是一件非常重要的工作，事關日后的工業建筑的整體施工質量，因此在設計過程中需要設計工作者引起重視，考慮多方面的因素，尤其是安全方面，使得建設的建筑符合國家的規定。

1　輕型鋼結構工業建筑設計的優勢

1.1建筑空間實體輕巧

輕型鋼結構的截面比較小，而且自重很輕，其承重結構截面可根據實際的受力狀況進行相應的設計，它要比普通的鋼結構所使用的工字鋼截面受力更加合理。因為輕型鋼結構自重只有普通鋼結構建筑的一半左右，這樣就可以節約建筑的成本。此外，輕型鋼結構體系所采用的空間體系分析方法優化了結構設計，已經形成了自身獨特的設計理論，它能夠滿足工業生產對大型無柱空間的需求，與此同時，輕型鋼結構的支撐結構截面很小，不會占用室內的建筑面積，這也為工業建筑室內留出了生產、儲藏的空間。

1.2輕型鋼結構主體穩定

輕型鋼結構建筑的建筑材料重量輕，而且材質分布很均勻，材料本身就具有非常好的抗震功能。輕型鋼結構主要的承重構件是鋼結構的，所采用的鋼材塑性、韌性都非常好，而且鋼結構自身還可以承受很大的動力荷載，輕型鋼結構的桿件基本上都是在工廠經過精密的計算之后加工出來的，這也在一定程度上保證了鋼材的質量。在一些地震比較頻繁的地區，輕型鋼結構體系始終是廠房建設的首選鋼材結構，同時還被用做地震后的救災安置房鋼材。用于地震救災安置房主要是因為輕型鋼結構體積輕，因為地震區在震后還會出現很多的余震，這些余震雖然震感不是特別強烈，但是對于一個剛剛經過大地震的地區來講則是致命的，所以運用輕型鋼結構材料作為安置房的鋼材，可以很好保護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的自動化制造設備批量生產出來的，建筑的大體可以進行現場組裝，在現場安裝的時候不會受到氣候等外界因素的影響，施工的速度非常快，一般比較普通的廠房在三個月之內就能夠完全安裝完畢。

2　輕型鋼在工業建筑結構設計應用探析

2.1工業建筑設計中輕型鋼結構墻體設計方法

根據工業建筑中外墻和內墻不同的受力特點，我們可以將工業建筑墻體分為自承重式輕型墻體以及非承重式輕型墻體，通常我國工業建筑墻體設計中所運用的墻體材料大多數以輕質材料為主，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，在應用中設計人員應根據建筑要求、設計標準及不同板型材料的優缺點進行合理選擇墻體材料。

壓型板長度的選擇及鋼板墻面系統細部構造設計是金屬壓型板墻面系統構造設計的重點，在墻體設計過程中，對于金屬板的選擇，應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，這樣做就可以實現施工材料的節約。另外在夾心板墻板構造設計中，需要綜合考慮夾心板的節點做法以及結構的布置，從而確保板塊的放置方式更加科學，在設計中要懂得把握重點，做好一些細節的處理，例如對于墻體的轉角處、窗洞口以及踢腳處需進行重點設計，進而提高輕型鋼結構墻體設計整體水平。

2.2工業建筑中的輕型鋼結構的屋面設計

2.2.1坡度的選擇

就一般工業建筑而言，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，易產生濺水現象。相應的若坡度過小，排水速度也會相應變小，水流速度過于緩慢易造成積水狀況，因此在輕型鋼結構設計中一定要合理控制屋面坡度。

2.2.2金屬壓型鋼板屋面構造設計

輕型鋼在工業建筑結構設計過程中，需要考慮采光、通風等問題，為了便于工業建筑的通風，可在屋面上開一定的空洞或是做一些通風和防水設計。因此，注重屋面的開洞、通風以及防水處理是金屬壓型鋼板屋面設計的重點。

屋面的開洞設計中，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，如果出現泛水現象，還可以在東風處涂上硅酮膠進行防水。對于一些孔直徑較大的孔洞，可以將底座和泛水裙板設計成一體進行處理，以此防止屋面受到積水的影響。

3　工業建筑鋼結構設計要點

3.1大跨度門式剛架結構設計

3.1.1荷載的分析及合理取值

①根據地理位置適當擇取合適的一些指標，比如結合當地抗震設防烈度、風荷載、雪荷載。②根據使用情況和結構恒載、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，最不利的荷載組合。

3.1.2梁、柱截面的預估

（1）建筑結構系統布局完成以后，需要對相關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測等。根據負載和支持條件、鋼梁截面高度通常是跨1/20～1/50之間選擇。

（2）建筑結構系統布局的結束時，需要對一個初步估計相關構架重要組成部分，特別是梁的截面尺寸，列是指預測、支持等。根據負載和支持條件、鋼梁截面高度通常是跨1/20～1/50之間選擇。

3.2變形縫間距的規范要求

輕鋼結構住宅溫度區段長度應根據下列條件：指定的間距不超過300m的垂直變形溫度；不超過150的間距橫向溫度區段的變形。這有一個必須遵守的條件，相關的文件說明，如果當相關的溫度達到一個核算值的基礎上就要加以放寬，然后經過增強支撐熱應力，把所有的溫度應力平均的散布在每個鋼結構上，這樣就能最大程度上確保廠房穩定性。

3.3荷載取值準確

嚴格按照標準化工作，垂直屋頂結構應使用統一的活載標準值（在水平投影面積計算作為0.5kN/m2）。相關的文件也表明，屋頂的活載不是0.5kN/m2，同時當組件的負載面積大于60m2是可以乘以折減系數0.6，即0.3kN/m2。

3.4考慮活荷載的最不利布置

需要依據有關的規范，考慮不利活載活負載分配布局，不利條件雖然沒有特定的標準，但根據目前的情況，大部分的非臨時建筑應考慮不利安排活載。

3.5節點的處理

節點設計直接影響鋼結構的質量，地震時，許多結構構建沒有破壞，節點先失效，造成嚴重損失。強列和弱梁是遵循的設計原則，同時，強節點弱構件的設計標準是必不可少的。在許多情況下，成員可以滿足設計要求，該節點不能滿足抗震設計的要求，因此，加強節點設計領域關注的問題。

3.6抗剪鍵的設置

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

3.7做好鋼結構防火設計

生產火災危險性類別高的廠房采用輕鋼結構時，輕鋼結構必須滿足防火規范GB50016-2014中的耐火極限的要求，一般在施工中，采用室內薄型鋼結構防火涂料，避免輕鋼結構高溫破壞。

4　結語

相關人員在輕型鋼的工業建筑設計時，要嚴格遵守相關規定和設計標準。隨著輕型鋼的用量加大，以及輕型鋼結構設計的日益成熟，設計師的設計理念也要跟進時代潮流。這樣才能使設計出的工業建筑的結構合理并且環保經濟，能夠達到經濟建設的需求。

[1]黃帶好.工業廠房設計中輕型鋼結構的應用[J].硅谷，2011（12）：182～ 183.

[2]彭耀.當代鋼結構工業廠房建筑設計研究[A].第九屆全國現代結構工程學術研討會論文集[C].2009（7）：126～127.

TU318

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1673-0038（2015）42-0096-02

2015-9-30