关于工业建筑轻钢结构设计问题的研究

关于工业建筑轻钢结构设计问题的研究

郝峰

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摘要：在社会发展下，我国的建筑行业迎来新的发展机遇。近年来随着我国建筑行业施工技术的发展，轻钢结构作为一种新型技术正在逐步替代传统的水泥建筑结构以及木质建筑结构。因具备重量轻、强度高、普适性强，在装配过程中步骤简单易行，施工过程所需要消耗的时间较短，具备较高的经济效益等优势成为设计人员在工业建筑工程中的首选。

关键词：工业建筑；轻钢结构；设计问题和研究

引言

钢结构建筑具有节能环保、成本低廉以及建设周期短等一系列特点，并且随着我国建筑技术的不断提高，更是具备了智能化、自动化的施工优势，使其在现代化工业厂房中具有广泛的应用前景。但是由于其材料以及结构的特殊性，导致工业建筑钢结构在设计过程中极为复杂，为此设计人员需要在充分了解钢结构建筑设计特点的基础上，合理采用现代化的建筑设计手段来提高工作质量，以便于能够有效保证工业建筑钢结构设计的合理性。

1钢结构优势

1.1生态环保且可重复利用

在全球不可再生能源日渐紧缺的大背景下，各行各业都在寻求生态环保、可持续发展的能源或者材料来实现质的飞跃。建筑行业中所使用的钢结构材料可以多次反复使用，具有强度大、效能高的优势，而且钢结构边角材料的利用价值较高，综合废料较少，因此，钢结构满足建筑工程高效可持续发展的需求。

1.2性能良好

钢结构生产周期与钢筋混凝土结构相比要短很多，而且钢结构可在工厂预制后在施工现场安装，与钢筋混凝土结构需要现场浇筑养护相比，大幅加快了工程进度。钢结构整体质量要小于钢筋混凝土结构质量，可以适当降低建筑地基处理标准，减少工业建筑地基处理费用。此外，钢结构稳定性较强，具有较强的抗震能力，因钢结构通常情况下为一个统一整体，所以钢结构因上部荷载作用发生断面的情况几乎不存在，可以有效保障建筑物或构造物的整体质量。

1.3投资成本低且施工安装便捷

钢结构材料在工业建筑施工过程中大部分都可以高效利用，剩下的结构耗材较少，相比之，钢筋混凝土结构的耗材较多。无论何种型号的钢结构都具有安装快捷简便的优点，建筑规模相同的情况下，钢结构施工周期大约相当于钢筋混凝土结构施工周期的一半。此外，钢结构施工对外部环境的要求相对较低，不会因施工外部环境变化而影响钢结构的施工进度。

2工业建筑轻钢结构设计中需要注意的问题

2.1钢结构节点结构设计

钢结构节点衔接设计是钢结构设计的重头戏。钢结构设计人员需对钢结构节点的特征和节点形式进行深入分析和计算，再通过设计流程将不同节点进行系统性分类，确保钢结构节点衔接过程中准确无误。钢结构受力情况不同其节点性质也不同，依据受力情况不同钢结构节点可分为刚性节点、半刚性节点以及铰节点。其中，刚性节点和铰节点的承载能力较强且工艺成熟，在钢结构设计中被经常用到。钢结构节点设计应注意以下问题：第一点，要根据施工基本顺序来分层设计钢结构焊接形式和钢结构焊接尺寸。钢结构焊接辅料（焊条）等应选择与其镶嵌的金属材料相匹配的，钢结构焊缝大小的设计是不能随意改变的，焊缝与焊缝所连接构件的重心应该始终保持一致。第二点，钢结构构件连接的传统形式为铆接，但是铆接形式连接的钢结构构件抗剪性能比较差，而且铆接的钢结构位置合理性欠缺。所以，在钢结构设计过程中要选择先进的栓接模式来替代传统的铆接模式。栓接模式下钢结构构件的抗剪能力大幅度提高，而且栓接施工操作更为便捷，在设计过程中还应根据钢结构建筑项目的具体情况来选择栓接强度等级。合理的栓接强度可以有效分担钢结构构件的压力和摩擦力。

2.2荷载计算困难

工业厂房的建筑钢结构需要经过多次调整对比，以确保能够在保障建筑稳定性的前提下，满足业主对厂房的空间使用需求。为此要求设计人员在工作过程中需要精准计算建筑荷载数据，以此分析厂房钢结构应力是否合理。然而在这一过程中，部分设计人员在对建筑荷载进行计算时没有综合考虑其各项因素，因此导致建筑的支撑结构设计不当，难以对建筑结构起到良好的支撑作用，从而不仅严重影响了建筑质量，也不利于合理控制施工成本。

3工业建筑轻钢结构设计问题解决策略

3.1屋面檩条稳定问题

在屋面板在荷载作用下，对檩条产生倾覆力矩，当倾覆力矩大于檩条翼缘自身的抗倾覆承载力时，可以在檩条间布置支撑来将倾覆力矩传至屋面梁，拉条和斜拉条共同作用组成了檩条间的支撑。对于实腹式檩条，当檩条跨度达到4-6m的时，便需要在檩条间跨中位置设置一道拉条，如果檩条跨度达到6-9m时，此时便需要在檩条间跨度三分点处各设置一道拉条，如果檩条跨度达到9-12m时，此时便需要在檩条间跨度四分点处各设置一道拉条，如果檩条跨度大于12m时，檩条多采用桁架檩条，此处不做研究。檩条之间的拉条应设置在檩条的受压部位，由于恒荷载和活荷载组合下檩条上部受压，恒荷载和风荷载组合下檩条下部受压，此时需分情况设计拉条，结合屋面建筑做法是否有内衬板，合理布置拉条位置。一般拉条多采用圆钢截面，直径不小于10mm，将圆钢拉条安置在距檩条翼缘1/3腹板高度的范围内，材质可采用Q235B。

3.2建筑荷载组合设计

对工业建筑荷载进行计算之前，设计人员首先需要根据项目所在地的环境特点，整理钢结构厂房的设计荷载资料，并输入到BIM系统界面中，以此完成对钢结构建筑的模型优化、结构计算、强度计算、节点设计以及参数优化等工作内容。其中平台所采用的系统软件为PKPM-BIM，其主要应用优势在于强大的信息数据化、数据模型化功能，能够协助设计人员快速完成构图，并对其中细节进行调整、检测、优化。在该过程中采用的技术标准为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015），设计所采用的荷载资料均以此为标准。

3.3编制钢结构图纸

在完成建筑构件的荷载与参数设计之后，设计人员可以采用AutodeskRevit软件建立钢结构厂房的三维模型，随后将具体的建筑材料、规格、型号等相关参数输入到系统中，并下达“拉伸指令”，根据具体参数数值生成标准门式刚架模型。完成建立后将构件的螺栓、柱脚、加强肋等各类配件信息标注在对应位置，如此即可生成一榀完整的门架结构。设计人员只需要再根据建筑的设计荷载与空间结构来调整其构件组合方式，便可以在满足强度要求的前提下，制定出各类构件的最佳搭配方案。并且在确定最终设计方案之后，设计人员可以通过三维立体模型，将各类构件划分为围护结构、冷弯薄壁型钢檩条系统、门式刚架、钢筋混凝土独立基础等建筑单元，随后使用BIM平台自动生成每一单元的材料构成清单，从而能够直观地展开项目成本核算与施工管理工作。

结语

综上所述，轻钢结构在建筑领域占据重要的地位，具备较高的性能和经济价值。在使用此技术过程中可以充分满足可持续发展的思想理念，推进节约型社会的创建，有利于工业建筑行业获得更加卓越的成就。在轻钢结构工业建筑设计工作期间，相关工作人员需要严格按照设计标准执行，紧跟时代的发展趋势，依据工程需求和当地实际情况构造出更为科学合理的设计方案，实现经济环保的主要奋斗目标，并为后续工作的顺利开展提供源源不断的动力。

参考文献

[1]邓扬,许涛,李雨航.围护结构对钢结构工业厂房抗震性能影响的研究进展[J].工程抗震与加固改造,2022,44(01):1-14.

[2]曹万林,杨兆源,周绪红,石宇.装配式轻钢组合结构研究现状与发展[J].建筑钢结构进展,2021,23(12):1-15.