关于对工业建筑轻钢结构设计问题的现状研究和若干措施

关于对工业建筑轻钢结构设计问题的现状研究和若干措施

申旭

机械工业勘察设计研究院有限公司  陕西西安  710016

摘要：随着行业的蓬勃发展，工业建筑项目的建设正逐渐向智能化、规模化、高层化的趋势转变，而传统的钢筋混凝土结构和木结构已不能完全满足轻质高强、大跨度和长悬臂等现代工程的需求。轻钢结构具有塑性变形能力强、拉压弯剪扭等力学性能突出等诸多优点，因而在工业建筑中得到了广泛的推广和应用。轻钢结构不仅可以有效减轻建筑物的自重，还可以提高建筑物的安全性和稳定性。本文就轻钢结构设计方案和措施体系进行探讨。

关键词：工业建筑；轻钢结构；设计方案；措施体系

引言

轻钢结构具有多种优点，如质量轻、抗震性能好、可以满足大空间需求等，低碳环保，在施工中对周围环境不会造成严重影响；建设成本较低、施工周期短、便于机械化生产等。对于工业建筑来说，轻钢结构顺应了工程需求，因此得到了在工程领域尤其工业建筑方面得到了广泛的应用。

1轻钢结构件的性能优势

结构设计应选用合理的钢材牌号、质量等级和强度设计值等满足工程实际需要。一方面，对于轻型钢结构体系，应深入分析和考虑轻钢结构件的自身力学性能和连接特点，充分发挥其综合经济效益。另一方面，选择的高强度、轻型薄壁钢材，有利于各类工程的轻钢结构的设计、加工制作等。第三，在轻钢结构的施工过程中可同时进行二次加工设计、基础施工等工作，缩短施工工期，更好地发挥轻钢结构件的优势。

2钢结构工业厂房设计现状

2.1整体设计方案不合理

由于钢结构的强度高、重量轻，在对钢结构工业厂房设计时，一些设计方案既想节约钢结构的材料使用量，又盲目提高厂房的空间和跨度；这样的设计方案不仅与经济合理背道而驰，反而会造成很多安全隐患。由于工业建筑中钢梁钢柱的稳定性和连接措施有效性、生产设备的安装等对建筑安全影响巨大。若这些问题设计未综合考虑，后续将可能会增加不必要的返工乃至加固成本，对生产造成不可弥补的损失。另外未考虑非结构构件与建筑结构的连接的设计，会使钢结构建筑在地震中的极限承载力不足，从而在会出现局部钢结构歪斜、裂缝等问题，严重影响结构整体的抗震性能。

2.2方案造价控制不合理

钢结构的设计和施工是一个复杂和系统性的过程，成本不仅包括钢结构材料本身，还需要考虑人工成本、施工器械、辅助材料等。但是在实际施工过程中，设计者没有结合现场情况对设计方案进行综合比较；造成设计方案不够经济合理。另外设计没有吃透业主合理的意图和需要，未统筹考虑和调整设计方案，对钢结构材料和成本的控制力不足，造成方案预算与业主的投资预算差距较大；从而返工修改。这将会大大延误施工计划和进度。

3工业建筑轻钢结构设计方案的具体措施体系

3.1支撑体系

将各个平面钢架联结，为结构提供侧向支撑点。屋面布置应与山墙抗风柱的位置相协调，横向水平支撑应结合刚性系杆进行考虑；并对檩条的刚度和承载力进行验算，无法起到刚性直腹杆的作用时，在钢架斜梁间设置H型钢或其他的截面形式，利用三点和架构焊接的方式，确保水平支撑力，整体支撑可利用轻质的混凝土来进行构建。这样做可以有效利用钢构件的材料性能，优化受力体系，从而满足设计的实际需求。

3.2合理设置隅撑

在单层钢结构工业厂房的支撑结构设计过程中，针对柱内侧翼缘和梁下翼缘稳定性不好的问题，可以合理设置隅撑；而隅撑可以有效避免此种问题的发生。钢架斜梁承受的压力不固定，使得钢结构厂房的稳定性无法得到保证，隅撑的应用也可以在最大限度地确保某稳定性要求。较大的风力影响容易导致下翼缘丧失平面外的支撑力，从而使得结构的稳定性丢失，这种情况下可以将支撑设计在下翼缘位置。如果遭受到比较大的压力时，下翼缘就容易发生屈曲，若不加以重视，还有可能出现钢架倒塌的情况，所以在钢结构设计过程中应加强对斜梁下翼缘支撑结构重要性的认识。

3.3拉条设置

檩体系压型钢板轻型需要设置拉条，当檩条跨度＞4m时，应在檩条跨中设置一道拉条；当檩条跨度＞6m需要在整跨度的三分点处各设一道拉条，当檩条跨度＞9m需要在整跨度的四分点处各设一道拉条；圆钢直径≥10mm。将圆钢拉条设置在1/3腹板高度范围内，采用自攻螺钉直接与檩条连接，以此保证后续应用的稳定性。

3.4结构防护

（1）防火隔热。虽然工业建筑轻钢结构具有更高的强度与更出色的塑性变形能力，但整体的防火、隔热能力较差，温度在100°C以上时抗拉强度会缓慢下降，达到300°C时轻钢材可能直接变形或损坏。为提高工业建筑投入使用后的安全性，在轻钢结构设计过程中需要结合建筑图明确防火隔热的实际需求，严格遵守国家的防火规范，选择符合设计要求的防火涂料，保证防火隔热设计的效果。（2）自然腐蚀。轻钢结构的表面出现氧化腐蚀会造成钢材构件截面的减小和设计强度的降低，这将大大加重了工业建筑的安全隐患。轻钢结构在自然潮湿的环境下极易氧化，为防止钢结构的氧化腐蚀现象，延长钢结构厂房的使用年限，可以采用氧离子与钢结构相隔离，并采用防腐涂料进行涂刷，在钢结构进行防腐设计时，应充分考虑钢构件所处的环境因素，选择合理设计方案，从而减少钢结构的自然腐蚀现象。

4现代轻钢结构工业建筑的发展措施

除冷弯薄壁型钢结构体系，目前门式钢架钢结构体系、多层房屋钢结构体系均有广泛的应用，在设计与施工方面均积累了较多的成功经验，有广阔的发展前景。但轻钢结构建筑发展过程中也存在一些不足之处，还有不少技术问题尚有待进一步研究予以解决。如在门式钢架钢结构体系的应用中，还需要重点研究以下三个方面的内容：一是焊接连接形式的影响；二是端板连接节点的承载性能，三是门式钢架钢结构体系应用在大空间和大跨度建筑中的要点。再比如在多层房屋钢结构体系中，除需要科学选择有效的承重结构体系外，还需要把握支撑体系、剪力墙的受力特点和方案布置等。

除此之外，在多层轻钢结构中，还应推广应用热轧H型钢，并做好建筑结构的保温、防火、设备安装等方面的工作。为推动现代轻钢结构建筑的科学发展，后续应该重点做好以下三个方面的工作。一是做好产业布局，确保钢材市场供应充足，且价格要控制在科学范围内。尤其在轻钢结构用钢量的上，应努力控制在20～50kg/m2范围内。要营造更好的市场环境，在科学布局的基础上促进轻钢结构建筑发展。二是理论研究应下大功夫，尤其是要重视设计理论的研究。应在传统钢结构设计思路的基础上，不断优化调整，创新性地应用轻钢结构研究成果，提高现代轻钢结构建筑的水平与科学性。如在公共建设中使用轻钢结构，可以优先使用钢管结构、外露弧形构件、蜂窝梁；而保温型玻璃围护结构具有良好的节能和环保特性，同样值得大力推广应用。三是在绿色环保理念下，要更进一步应用新型材料，重视建筑构造的处理。以轻钢结构的承重构件为例，多使用较薄但高强的钢板，且具有良好的防火与防腐性能。后续应重视钢结构防腐研究，当前钢结构使用防锈漆进行防腐满足设计要求，但在一定时间后需要二次刷漆，且一些非外露的部位往往很难完成刷漆任务。

结语

轻钢结构是工业建筑领域一种新型、高效的结构体系，其能够充分满足新时期节约型社会的建设需求，有利于实现工业建筑业的可持续发展目标。在轻钢结构设计中，应严格按照相关的设计规范和标准等，紧跟时代步伐、坚持与时俱进，设计出结构布局合理、传力体系明确、经济环保的工业建筑，从而满足工程中的实际需求。

参考文献

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