工业建筑设计中轻型钢结构的特点与设计探析

郭斌

北京市石油化工工程有限公司西安分公司 陕西西安 727000

摘要：为了推进轻型钢结构在工业建筑中更好的应用，文章首先分析了轻型钢结构特点，并结合设计工程案例，从荷载组合设计、梁柱截面设计、檩条及墙梁设计以及支撑体系设计等方面展开详细介绍，期望能够为相关工作人员提供参考借鉴。

关键词：工业建筑设计；轻型钢结构；荷载组合；梁柱截面

引言：轻型钢结构在国内的发展起步晚于国外，造成难以避免的差距，最开始轻型钢并没有直接应用于建筑结构上，而是广泛应用在汽车制造上，最后因为轻型钢众多的优点，才逐渐地被工业建筑接受并应用。与传统的钢筋混凝土厂房相比，多层轻钢结构的设计、生产、施工趋于一体化，现场无焊接，无湿作业，这些都有利于缩短周期，加快资金流通，所以会被建筑师作为优秀的建筑材料而采用。

1.轻型钢结构建筑的定义

最早的最常见的轻型钢建筑是以单层为主的实腹式刚架轻型钢结构金属面板建筑，后来之所以被引进工业建筑中，还是源于轻型钢结构建筑的主要优点——轻，也正是这个原因轻型钢结构建筑的应用范围也在不断地扩大，特别是一些中小型工厂、仓库等都引入了轻型钢结构建筑。结合轻型钢结构建筑的应用现状以及其自身的特点，人们普遍认为轻型钢结构建筑是指在充分运用轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、轻型热轧型钢等基础之上的一种新型的受力构件，这种建筑方式多以轻质的隔离材料的单层和多层为主。

2.工业建筑轻型钢结构设计的要点分析

2.1适用性

与别的结构一般适用性而不同，轻型钢在工业建筑结构中的适用性满足了生活中的要求以及安全性能。例如一般周边的噪音不会超过30dB，室内的空间有很好的流通系统，采光也最大可能做到最好，所以适用性主要体现在声音、温度、采光等一些方面。①声环境，在钢结构建筑室内不可避免的噪音影响，大致分为三类，震动产生、雨水撞击、空气流通噪音。而不同的噪音处理方法也有所不同，阻断震动产生的源头是最基本的办法。对震动产生的噪音，可以在与震源上增大距离的方法降低噪音；对于雨水产生的噪音，在生产时采用隔音效果好的材料来减少噪音；而对于空气中的噪音，用一种叫做岩棉夹心板的材料可以大大地降低噪音。②热环境，除了直接作用的太阳辐射，环境中还受到了相对湿度和风速等的影响，所以通过在建筑内中安装通风扇和采用隔热材料达到调节作用。③光环境，在轻型钢结构的工业建筑中用到的采光板，使得光线条件达到最好，其中光线尤其要放到首位考虑，因为一个好的光线条件，第一可以最大可能降低照明用电量，第二也可以为生产带来方便[1]。

2.2安全性

随着钢结构在民用、工业以及公共建筑中的大量应用，其安全性能愈发受人重视，对于轻型钢结构，可以通过在现场施加竖向载荷，然后检测关键部的挠度变形、侧向应变，根据应变以及分析结果确定是否符合承载力要求。当然一个轻型钢结构不仅仅在承载力上有要求，它还需要具有防火、抗风、抗震等等要求，轻型钢可以视为是一个安全性很高的结构。首先建筑物的安全性是放在首位考虑的要素：①我们在构造上需要对焊缝尺寸、螺栓的间距进行合理的安排，一般来说，常见的钢管壁的厚度为3mm、钢管为4mm；②对于防火措施上，分为需要做和不需要做的防火措施的两种，对于多层类厂房可以对需要做防火措施的部件涂上防火类涂料，会大量的节约成本，而对于大型厂房需要隔断防火区域，采用分段采取隔热防火措施；③对于抗灾害能力来说主要包括：抗震能力、抗风能力、抗震能力主要通过结构以及体系的连接构造、布置以及结构与构件的抗震承载力进行综合评价；抗冰雪及抗风能力的评估可从钢结构的选型、承载力验算以及构造连接等方面进行评估。

2.3经济性

针对传统意义上的建筑产品，轻钢结构在施工周期、结构适用性上都具备明显优势，在经济造价方面的优越性是该新型建筑的强大生命力所在。控制轻型钢工业建筑结构成本最重要的是选择一套合适的建筑方案，所以在满足轻型钢结构的特点和需求的前提下，建筑师需要不断地改造方案，直至达到最优方案。一个合适的建筑选址、完善的防火措施、最优的建筑材料、设计的建筑造型等都是一个优化方案需要考虑到的内容。

2.4美观和立面

因为轻型钢结构的众多特点，使得整个建筑物的结构大而简洁、规模统一，同时可以采用轻型围护结构彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板，以其自重轻，保温隔热效果好，安装速度快，外表美观等等的优点，已经取代了传统多层厂房的砌体围护墙体，成为多层轻钢结构不可缺少的围护材料[2]。

3.工业建筑设计中轻型钢结构的设计方法

3.1工业建筑设计中轻型钢结构屋面设计方法

在对工业建筑设计中轻型钢结构的屋面进行设计时，设计人员需要注意以下几点。①目前，我国工业建筑轻型钢结构中的屋面材料包括太空钢板、压型钢板等，应用较为广泛的包括金属压型复合保温板、夹芯板、金属压型板等。在实际应用过程中，设计人员需要结合实际情况合理选择建筑材料与坡度。②目前，在我国的多数工业建筑工程中，屋面排水与屋面坡度存在一定的联系，排水效果会随着坡面的增大而变好。需要注意的是，不能为了提高屋面的排水效果而无限增加屋面坡度，因为坡度过大可能会出现溅水问题；但如果坡面过小，排水速度过慢，就无法充分发挥坡面作用，随之会出现积水问题。③相关工作人员需要全面了解建筑工程的实际需求，结合实际情况选择合适的屋面材料，避免选材不当导致工业建筑质量无法达标。④设计人员应合理设计并把控金属压型钢板屋面构造，具体包括合理选择板型、屋面开洞方式及采光带设置等。

3.2工业建筑设计中轻型钢结构墙体设计方法

工业建筑墙体一般可分为自承重式轻型墙体和非承重式轻型墙体，根据其位置不同可分为内墙与外墙。目前，我国多数工业建筑采用的墙体材料以轻质材料为主，具体包括彩图金属压型板夹芯板、彩图金属压型板和PC板等。具体应用哪种类型的墙体材料，相关工作人员需要综合考虑多方面因素，结合工程实际需求和实际情况进行合理选择，必须保证墙体材料的适用性，充分发挥其作用，保证墙体的承重性和安全性。在设计金属压型板墙面系统构造时，设计人员需要充分重视压型板的长度选择和钢板墙面系统细部构造的设计，采取相应措施尽量避免压型板长向搭接，从而实现节约施工材料的目的。除此之外，设计人员还要综合考虑夹芯板的节点做法和结构布置，保证放置方式的科学性和合理性[3]。

3.3工业建筑设计中轻型钢结构加层构造设计方法

在工业建筑设计中，轻型钢结构的加层构造设计与普通构造设计存在一定的差别，其不但具有普通夹层的功能，还具备轻型钢结构本身的特点。设计人员需要在原有建筑主体结构上进行加高以加强轻型钢结构，从而实现优化主体结构的目的。由于轻型钢结构的自身重量轻且刚度较低，因此为保证其稳定性，设计人员需要结合实际情况合理设计横向和纵向支撑。

4.结语

近年来，我国城市化建设进程不断加快，市场对于工业建筑的需求量越来越大。轻型钢结构作为工业建筑的主要建筑材料，其在实际应用过程中直接影响着工业建筑主体结构的稳定性和建筑工程项目的整体质量。因此，相关工作人员应给予充分重视。不同类型的工业建筑的实际需求有所不同，相关工作人员在对其进行应用和设计时需要结合实际情况，保证设计方案的科学性、合理性、规范性，从而提高工业建筑的整体水平，充分发挥其在我国社会主义现代化建设过程中的作用。

5.参考文献

[1]李奕委,党宁军.轻型钢结构在工业建筑设计中的应用特点和设计方法[J].建筑工程技术与设计,2015(20).

[2]韩梅,李丹.轻型钢结构在工业建筑设计中的应用特点和设计方法[J].中国房地产业,2015(12).

[3]黄璐,李锋.基于轻型钢结构工业建筑设计的分析[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(7).