浅析工业建筑钢结构设计中轻钢和重钢的差异

浅析工业建筑钢结构设计中轻钢和重钢的差异

单国均

身份证号： 32068319810329**** ，江苏省南通市 226532

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，工业建筑工程建设越来越多，对钢结构的应用也越来越广泛。作为当前建筑工程的主要结构方式，钢结构具有良好的经济性和稳定性，对于保证建筑物质量，提高防震性能具有重要作用。文章首先对轻钢与重钢介绍进行论述，其次探讨了轻钢与重钢的判定标准，然后就工业建筑设计中轻钢与重钢的实际运用进行论述，以供参考。

关键词：工业建筑；结构设计；轻钢；重钢

引言

随着现代建筑设计艺术的进步、建筑材料种类和性能的增多，建筑设计呈现百花齐放的良好局面。钢结构设计作为建筑设计大家庭的重要一员，具有质量轻、延性好、强度高等独特优势，其应用范围越来越广，使用频率越来越大，与传统设计相比，其优越性愈加明显。但设计者也应该客观面对其结构易失稳、对火灾和高温抵御能力差等劣势，通过认识钢结构设计规律，扬长避短，更好地发挥其在现代建筑设计中的作用。

1轻钢与重钢介绍

（1）轻钢。根据《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（GB51022—2015）相关内容可以明确轻钢的相关定义：实腹门式钢架的承重结构为单跨或多跨形式，是一种轻钢屋架，也可以被视为钢结构架，在制作轻型钢结构时，可以应用轻钢预制板结构。房屋高度不大于18m，房屋高宽比小于1，承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层钢结构房屋。现阶段，后一种制作方法的应用较少，预制板结构原理是在工业建筑钢屋架的上方安装预制板，但在实际建筑结构设计与应用中，上述提到的两类结构一般会选用钢柱作为结构支撑。一般来说，有关于预制板的厚度并没有明确的说明与规定，设计为0.6～12cm即可。在轻型钢结构实际使用期间，需先将已制作完成的预制板运输至施工现场，严格按照要求与规范对预制板进行安装，这一工序与混凝土现场浇筑不同。（2）重钢。重型钢结构与轻型钢结构是相对的，在划分界限方面并不清晰，一般来说，将厚度大于2.5cm的H型钢柱板制成的钢构件称为重型钢结构。但实际而言，轻、重型钢并没有确切分别，因此需结合工业建筑工程实际情况分析二者之间存在的差异及功能。

2轻钢与重钢的判定标准

轻、重钢结构的判断始终没有明确统一的标准，一些经验丰富的设计师也很难说清楚，但是可将数据作为判定标准，通过数据二者进行判定，具体如下：（1）根据每平方米用钢量而定，如若超过50kg/m²，便可看成是重钢。（2）根据行车起吊重量而定，如若超过25t，便可看成是重钢。（3）根据构件钢板厚度而定，如若超过10mm，则轻钢结构的应用较少。此外，还可根据一些参考值对二者进行判定，如最大跨度、檐高、结构形式、构件重量最大值等，通过上述数值可为轻、重钢的衡量提供一定参考。

3工业建筑设计中轻钢与重钢的实际运用

3.1做好钢构件变形分析

钢结构在构建过程中要综合考虑荷载类型因素，由于钢结构荷载类型有永久荷载、可变荷载、偶然荷载等，这些荷载分别有不同的标准值来参考。荷载意味着钢结构会在不同因素影响下使钢构件存在变形。因此先要确保建筑钢结构设计时必须考虑实用性和合理性，荷载能力在规定范围内，才能保证建筑在安全稳固下更美观新颖。

3.2加强钢结构房屋设计过程质量管理

为加强钢结构房屋工程施工过程管理，施工单位要组织开展施工图会审，严格落实结构科学设计的全面内容，使所有岗位人员明确房屋建设质量管理的重点、操作规范及标准要求，严格执行施工质量管理“三检制”标准，确保施工质量万无一失。要加强钢结构制作质量，制作过程要严格按照构件材料、安装方式及应力平衡设计的参数标准，精细加工、精准操作，为钢构件的稳定性优化提供保障。同时，要建立健全质量保障体系，把钢结构设计在房屋的具体质量控制指标，通过以项目经理为核心的项目管理组织机构设置，为建筑的稳定性提供保障。

3.3建筑结构

采用框架体系设计厂房横梁，纵向则用钢柱进行支撑，设计框架结构时，边柱设计成实腹工字型柱、中柱为格构柱、上段柱、屋面房梁为焊接工字型柱。利用角钢对屋面进行支撑，同时设计适量的纵向支撑，在横向水平支撑的共同作用下，提高厂房整体刚度。连接水平支撑与梁腹板，并将压杆安置在适当的部位。

3.4合理使用复合材料实施加固

因为钢结构材料的抗腐蚀以及耐热能力较差，所以在具体使用时极易由于腐蚀而出现失稳。加工和制作钢材料时实际采用的原材料质量以及配合比也会导致钢材的硬度与强度不同，所以在实际设计时，工作人员可以合理使用复合材料来加固钢材表面。当前通常都是采用纤维增强复合材料来进行处理，其不仅为日后修复及二次加固工作提供便利，而且有利于延长钢结构的使用寿命。

3.5提升建筑钢结构设计的精细化水平

设计过程要充分考虑建筑物所处的地理环境、自然气候条件及使用特点，充分考虑、落实设计因素和相关变化因素细节。在建筑物的结构形式和具体内容布局上，要将符合建筑物使用要求与为用户提供舒适环境相结合，把人性化设计体现在设计过程当中。在钢结构设计过程中，设计师要考虑整体结构与各辅助结构之间的关系，使钢结构的整体特征与各部分的特征优势得到发挥。工程设计中，在工程材料的选型方面，设计人员要充分考虑钢材料使用环境的特殊性，结合地域情况考虑防锈蚀和防环境污染。

3.6做好其他细节上的设计

（1）做好防火设计。由于钢结构受温度变化影响较大，因此在设计过程中，设计人员需亲自到施工现场进行考察，结合具体情况以及相应规定来合理制订设计方案。同时根据建筑特征来对钢结构位置、防火材料性质以及防火后钢结构的具体承重情况、具体经济预算还有空间占据面积等内容来进行设计方案的优化，实现钢结构防火性能的提升。（2）做好防腐设计。钢结构容易受潮湿因素的影响被氧化进而发生腐蚀，腐蚀严重容易使钢结构构件界面大幅度缩小，表面出现锈坑，受力部位会产生应力过于集中，从而使钢结构使用寿命缩短。设计人员应结合建筑环境，做好钢结构防腐设计方案。防腐蚀涂料具有附着力强、电阻大、致密疏水性较强等特点，所以可将其均匀涂抹于钢结构表面，以形成保护膜，实现钢结构防腐蚀性能的提高。（3）做好抗震设计，需要做到以下3点。1）要尽可能选择坚硬或中硬的场地进行建筑的建设，确保在地震时钢结构的稳定以及受震害影响程度较小。2）科学设计整体结构布局，尽量实现钢结构建筑的结构与形状对称，防止刚度中心与质量中心偏离过大。对于楼层平面，需均匀分布抗震结构的承载力与刚度。3）根据建筑环境和建筑使用性能等因素，设计人员对建筑墙和柱之间的拉结、屋架与屋面板、屋架与柱子间的连接要设计均匀对称的钢结构布置，明确结构传力，避免出现节点破坏情况。

结语

综上所述，随着工业化以及建筑行业的不断发展，促使建筑工程被大规模建设，钢结构作为工业建筑中重要构成部分，需重视对钢结构的设计。通过对比研究后发现，轻钢与重钢存在的差异性由其所围护材料的重量而决定，但任何一种钢结构，均可以为工业建筑工程整体质量与稳定性提供保障，达到增强建筑使用安全性的目的。

参考文献

[1]吴敌.钢结构工业建筑设计的实践分析[J].林业科技情报，2021（1）：86-88.

[2]林焕强.某厂房建筑项目钢结构工程施工技术要点分析[J].四川水泥，2020（12）：287-288.

[3]周珩.轻型钢结构工业建筑设计研究[J].科学技术创新，2020（22）：116-117.