轻型钢在工业建筑结构设计中的应用探析

2015-04-16顾魁伟

建材与装饰 2015年42期

关键词：活载轻钢屋面

顾魁伟

（南京南瑞太阳能科技有限公司江苏南京 211106）

轻型钢在工业建筑结构设计中的应用探析

顾魁伟

（南京南瑞太阳能科技有限公司江苏南京 211106）

轻钢结构体系的建设不仅仅局限于一些简单的构件，因为它涵盖了诸多方面的内容且具有非常广泛的作用。随着我国对轻型钢结构建筑的深入研究，相信在以后的工业建筑当中，轻型钢结构会有更加广阔的应用空间。

轻型钢；工业建筑；结构设计；应用

前言

轻钢结构工业建筑结构的设计是一件非常重要的工作，事关日后的工业建筑的整体施工质量，因此在设计过程中需要设计工作者引起重视，考虑多方面的因素，尤其是安全方面，使得建设的建筑符合国家的规定。

1　轻型钢结构工业建筑设计的优势

1.1建筑空间实体轻巧

轻型钢结构的截面比较小，而且自重很轻，其承重结构截面可根据实际的受力状况进行相应的设计，它要比普通的钢结构所使用的工字钢截面受力更加合理。因为轻型钢结构自重只有普通钢结构建筑的一半左右，这样就可以节约建筑的成本。此外，轻型钢结构体系所采用的空间体系分析方法优化了结构设计，已经形成了自身独特的设计理论，它能够满足工业生产对大型无柱空间的需求，与此同时，轻型钢结构的支撑结构截面很小，不会占用室内的建筑面积，这也为工业建筑室内留出了生产、储藏的空间。

1.2轻型钢结构主体稳定

轻型钢结构建筑的建筑材料重量轻，而且材质分布很均匀，材料本身就具有非常好的抗震功能。轻型钢结构主要的承重构件是钢结构的，所采用的钢材塑性、韧性都非常好，而且钢结构自身还可以承受很大的动力荷载，轻型钢结构的杆件基本上都是在工厂经过精密的计算之后加工出来的，这也在一定程度上保证了钢材的质量。在一些地震比较频繁的地区，轻型钢结构体系始终是厂房建设的首选钢材结构，同时还被用做地震后的救灾安置房钢材。用于地震救灾安置房主要是因为轻型钢结构体积轻，因为地震区在震后还会出现很多的余震，这些余震虽然震感不是特别强烈，但是对于一个刚刚经过大地震的地区来讲则是致命的，所以运用轻型钢结构材料作为安置房的钢材，可以很好保护人们免受第二次的伤害。

1.3施工建筑方式简单方便

轻型钢建筑是采用最为先进的自动化制造设备批量生产出来的，建筑的大体可以进行现场组装，在现场安装的时候不会受到气候等外界因素的影响，施工的速度非常快，一般比较普通的厂房在三个月之内就能够完全安装完毕。

2　轻型钢在工业建筑结构设计应用探析

2.1工业建筑设计中轻型钢结构墙体设计方法

根据工业建筑中外墙和内墙不同的受力特点，我们可以将工业建筑墙体分为自承重式轻型墙体以及非承重式轻型墙体，通常我国工业建筑墙体设计中所运用的墙体材料大多数以轻质材料为主，例如彩涂金属压型板夹心板、彩涂金属压型板以及PC板等等，在应用中设计人员应根据建筑要求、设计标准及不同板型材料的优缺点进行合理选择墙体材料。

压型板长度的选择及钢板墙面系统细部构造设计是金属压型板墙面系统构造设计的重点，在墙体设计过程中，对于金属板的选择，应全面考虑板块单位面积的覆盖率以及板块承载力水平，并在使用时尽可能的减少压型板长向搭接，这样做就可以实现施工材料的节约。另外在夹心板墙板构造设计中，需要综合考虑夹心板的节点做法以及结构的布置，从而确保板块的放置方式更加科学，在设计中要懂得把握重点，做好一些细节的处理，例如对于墙体的转角处、窗洞口以及踢脚处需进行重点设计，进而提高轻型钢结构墙体设计整体水平。

2.2工业建筑中的轻型钢结构的屋面设计

2.2.1坡度的选择

就一般工业建筑而言，建筑屋面坡度越大，那么对屋面排水则越有利，然而若坡度过大也存在一定的弊端，坡度过大会提升排水速度，易产生溅水现象。相应的若坡度过小，排水速度也会相应变小，水流速度过于缓慢易造成积水状况，因此在轻型钢结构设计中一定要合理控制屋面坡度。

2.2.2金属压型钢板屋面构造设计

轻型钢在工业建筑结构设计过程中，需要考虑采光、通风等问题，为了便于工业建筑的通风，可在屋面上开一定的空洞或是做一些通风和防水设计。因此，注重屋面的开洞、通风以及防水处理是金属压型钢板屋面设计的重点。

屋面的开洞设计中，可以在横梁上插入一根圆形钢管，这是对于那些孔直径或边长较小的孔洞，如果出现泛水现象，还可以在东风处涂上硅酮胶进行防水。对于一些孔直径较大的孔洞，可以将底座和泛水裙板设计成一体进行处理，以此防止屋面受到积水的影响。

3　工业建筑钢结构设计要点

3.1大跨度门式刚架结构设计

3.1.1荷载的分析及合理取值

①根据地理位置适当择取合适的一些指标，比如结合当地抗震设防烈度、风荷载、雪荷载。②根据使用情况和结构恒载、活载的地板和屋顶。③恒载，活载因素选择合理。可能的危险，离开足够的安全系数，最不利的荷载组合。

3.1.2梁、柱截面的预估

（1）建筑结构系统布局完成以后，需要对相关的截面做一个具体的评估，特别是指梁和柱的截面尺寸，一定要做好支持的预测等。根据负载和支持条件、钢梁截面高度通常是跨1/20～1/50之间选择。

（2）建筑结构系统布局的结束时，需要对一个初步估计相关构架重要组成部分，特别是梁的截面尺寸，列是指预测、支持等。根据负载和支持条件、钢梁截面高度通常是跨1/20～1/50之间选择。

3.2变形缝间距的规范要求

轻钢结构住宅温度区段长度应根据下列条件：指定的间距不超过300m的垂直变形温度；不超过150的间距横向温度区段的变形。这有一个必须遵守的条件，相关的文件说明，如果当相关的温度达到一个核算值的基础上就要加以放宽，然后经过增强支撑热应力，把所有的温度应力平均的散布在每个钢结构上，这样就能最大程度上确保厂房稳定性。

3.3荷载取值准确

严格按照标准化工作，垂直屋顶结构应使用统一的活载标准值（在水平投影面积计算作为0.5kN/m2）。相关的文件也表明，屋顶的活载不是0.5kN/m2，同时当组件的负载面积大于60m2是可以乘以折减系数0.6，即0.3kN/m2。

3.4考虑活荷载的最不利布置

需要依据有关的规范，考虑不利活载活负载分配布局，不利条件虽然没有特定的标准，但根据目前的情况，大部分的非临时建筑应考虑不利安排活载。

3.5节点的处理

节点设计直接影响钢结构的质量，地震时，许多结构构建没有破坏，节点先失效，造成严重损失。强列和弱梁是遵循的设计原则，同时，强节点弱构件的设计标准是必不可少的。在许多情况下，成员可以满足设计要求，该节点不能满足抗震设计的要求，因此，加强节点设计领域关注的问题。

3.6抗剪键的设置

在地震影响下，工业建筑的纵向和横向受力存在着巨大的差异，一档发生这样的情况，那么柱脚螺栓的受力就会超出荷载，进而使得厂房整体的质量受到威胁。因此抗力键的设置必须科学且合理。

3.7做好钢结构防火设计

生产火灾危险性类别高的厂房采用轻钢结构时，轻钢结构必须满足防火规范GB50016-2014中的耐火极限的要求，一般在施工中，采用室内薄型钢结构防火涂料，避免轻钢结构高温破坏。