輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)探究
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摘要：近年來，為順應(yīng)時代發(fā)展，我國逐漸加強(qiáng)了對工業(yè)建筑的重視程度。作為工業(yè)建筑的重要結(jié)構(gòu)，輕型鋼結(jié)構(gòu)變得越來越重要，該結(jié)構(gòu)直接影響工業(yè)建筑的整體質(zhì)量，故而相關(guān)工作人員需要充分重視輕型鋼結(jié)構(gòu)。要想保證工業(yè)建筑的質(zhì)量達(dá)到市場的實(shí)際需求，就必須結(jié)合實(shí)際情況合理應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)。輕型鋼結(jié)構(gòu)相比其他結(jié)構(gòu)而言，其優(yōu)勢更為明顯，各方面的性能也相對較好。本文系統(tǒng)闡述了輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢，提出其在實(shí)際應(yīng)用過程中需要注意的施工要點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上分析了工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)方法和相關(guān)應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：輕型鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)建筑設(shè)計(jì)；研究
相對于部分西方發(fā)達(dá)國家來說，我國對輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起步相對較晚，在輕型鋼結(jié)構(gòu)方面的理論研究和相關(guān)技術(shù)都較為落后。雖然近年來我國工作人員越來越意識到輕型鋼結(jié)構(gòu)的重要性，并結(jié)合實(shí)際情況加大了其研發(fā)力度，但相對來說仍然無法滿足我國的市場需求。尤其是近年來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，市場對于輕型鋼建筑的需求量越來越大，對其質(zhì)量要求也越來越高，從而對輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)提出了更高的要求。起初，我國將輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于汽車車庫等簡易結(jié)構(gòu)中。在20世紀(jì)60年代后，相關(guān)工作人員意識到輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢顯著，此后開始不斷結(jié)合實(shí)際情況對其應(yīng)用方式和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，市場上開始出現(xiàn)越來越先進(jìn)且色彩豐富的彩色壓型鋼板、H型鋼和冷彎型鋼。目前，輕型鋼結(jié)構(gòu)在國際工業(yè)建筑市場中的應(yīng)用越來越廣泛，相關(guān)技術(shù)不斷取得重大突破，其優(yōu)勢也越來越明顯。
1輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的概念
隨著時代的進(jìn)步，市場上的輕型鋼結(jié)構(gòu)種類繁多。不同類型和不同型號的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于不同類型的工業(yè)建筑，以滿足不同建筑工程的需求。相對于其他結(jié)構(gòu)來說，輕型鋼結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢就是重量輕，對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)整體造成的影響相對較小，且能夠在這樣的前提下提高工業(yè)建筑的最終質(zhì)量。最初的輕型鋼建筑是以單層為主的實(shí)腹式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)金屬面板建筑，在相關(guān)工作人員加大了輕型鋼結(jié)構(gòu)的研究力度后，繼而逐漸應(yīng)用于廠房、車庫和中小型工廠的建筑中，且從目前的應(yīng)用形勢來看，其應(yīng)用范圍必然會隨著時間的推移而越來越廣。
2輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢
輕型鋼結(jié)構(gòu)的各方面性能，如抗風(fēng)性、抗震性、保溫性及耐久性等，相比部分傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)來說都具有顯著優(yōu)勢，能夠有效提高工業(yè)建筑物的整體質(zhì)量。此外，輕型鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)保性能較強(qiáng)，應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)相對較少，符合我國現(xiàn)階段“低碳環(huán)?！薄熬G色施工”的理念。目前，輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑市場中的應(yīng)用較為廣泛，其特點(diǎn)主要包括自重輕、工業(yè)化程度高等。自重輕是輕型鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)相比最明顯的特點(diǎn)之一。輕型鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出較多的優(yōu)勢，這是其廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑的主要原因之一。輕型鋼結(jié)構(gòu)的自重之所以更輕，主要是因?yàn)槠錁?gòu)成材料與其他結(jié)構(gòu)有所不同——采用了輕型焊接的H型號鋼，且其截面利用系數(shù)更高，能夠有效提高鋼材利用率，起到降低施工成本的重要作用。輕型鋼結(jié)構(gòu)的另一主要特點(diǎn)是工業(yè)化程度高。與其他結(jié)構(gòu)相比，其工業(yè)化主要體現(xiàn)在輕型鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中更容易實(shí)現(xiàn)自動化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。除此之外，其制造過程中用到的原材料結(jié)構(gòu)相對單一。因此，不論從哪個角度來看，輕型鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)化水平更高，也更適用于工業(yè)建筑。輕型鋼結(jié)構(gòu)不但能夠降低工業(yè)建筑的自重，還能夠在此基礎(chǔ)上降低施工成本，提高工程的經(jīng)濟(jì)收益及企業(yè)的核心競爭力，從而促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的各方面性能更能達(dá)到工業(yè)建筑工程的要求和標(biāo)準(zhǔn)，因此在工業(yè)建筑中，結(jié)合實(shí)際情況合理應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)能夠大幅度提升施工效率。建筑企業(yè)提高建筑材料及鋼材應(yīng)用效率，能夠降低施工成本，提高經(jīng)濟(jì)收益。除此之外，合理應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)還能降低施工操作難度，簡化操作流程，有利于管理階層對施工進(jìn)程進(jìn)行有效的管理與控制。
3工業(yè)建筑輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析
3.1適用性
在對工業(yè)建筑中的輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)時，相關(guān)工作人員應(yīng)遵循適用性原則。所謂適用性原則，主要是指需要保證輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在時間、空間、環(huán)境、質(zhì)量等方面達(dá)到工程實(shí)際需求，比如：在室內(nèi)物理環(huán)境上需要滿足職業(yè)規(guī)范和勞動安全要求，在空間上要滿足生產(chǎn)工藝需求等。也就是說，在對輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)前，相關(guān)工作人員需要結(jié)合實(shí)際全面了解該工程的具體需求，保證輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用適用于具體的工程項(xiàng)目。3.1.1聲環(huán)境。由于工業(yè)建筑項(xiàng)目普遍規(guī)模較大，且其在我國城市化建設(shè)和市場發(fā)展中起到不可替代的重要作用，因此，為保證其最終質(zhì)量，施工過程就會更復(fù)雜，大型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用和部分工序就會造成嚴(yán)重的噪聲污染。目前，我國常見的噪聲來源可分為振動噪聲、雨水撞擊聲和空氣噪聲三種。不同類型的噪聲污染，需要結(jié)合實(shí)際情況采取不同的防治措施，比如針對振動噪聲，可以通過以下兩種方式來減少振動，從而降低噪聲污染：①多數(shù)振動噪聲都是大型的施工設(shè)備造成的，因此，可以根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)減震結(jié)構(gòu)，在源頭上減少振動；②為提高隔振效果，可以在主體鋼結(jié)構(gòu)和震源之間設(shè)置隔振溝。針對雨水撞擊聲，可以結(jié)合實(shí)際情況采取具有隔聲性能的材料。針對空氣噪聲，可以采用50mm厚的巖棉夾芯板。3.1.2熱環(huán)境。熱環(huán)境主要是指外在物理因素對人和相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)造成的影響。工業(yè)建筑規(guī)模相對較大且施工周期長，因此能夠?qū)ζ湓斐捎绊懙耐饨缫蛩剌^為復(fù)雜，具體包括太陽輻射、氣候變動、氣流速度、周圍物體表面溫度等。這些會對氣溫造成影響的因素都會對環(huán)境和人的冷熱感造成一定的影響。輕型鋼結(jié)構(gòu)具有保溫和隔熱的性能，因此，只要相關(guān)工作人員做好通風(fēng)工作，就能有效調(diào)節(jié)室內(nèi)熱量。目前，我國多數(shù)工業(yè)建筑都屋脊的位置安裝通風(fēng)器來調(diào)節(jié)溫度。3.1.3光環(huán)境。光環(huán)境是工業(yè)建筑中需要重點(diǎn)考慮的部分。輕型鋼結(jié)構(gòu)對室內(nèi)的采光要求普遍較高，既需要保證室內(nèi)照明，又需要提高相關(guān)材料的利用率以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，同時需要保證生產(chǎn)安全。故而，建筑企業(yè)應(yīng)綜合考慮圍護(hù)構(gòu)件的實(shí)際耐久性和年限，然后結(jié)合實(shí)際情況選擇最合適的采光材料。目前，我國工業(yè)建筑中常見的采光材料包括玻璃纖維聚酯（FRP）采光板和聚乙基碳酸酯（PC）采光板等。
3.2安全性
在輕型鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用過程中，其極有可能由于外在因素的影響而導(dǎo)致施工現(xiàn)場出現(xiàn)安全事故，從而影響施工進(jìn)程。因此，在施工過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)充分重視施工安全問題，具體包括防火、防爆、抗風(fēng)、防腐、抗震等。在工業(yè)建筑的實(shí)際施工過程中，火災(zāi)是比較常見的災(zāi)害。工業(yè)建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要取決于產(chǎn)品的性質(zhì)特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)原料等。需要注意的是，并非所有工業(yè)建筑需要做防火設(shè)置，如戊類廠（庫）、多（單）層廠房在設(shè)計(jì)中采用輕型鋼結(jié)構(gòu)就可以不做防火保護(hù)。在進(jìn)行工業(yè)建筑防火工作時，工作人員應(yīng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行防護(hù)措施和選材，如防火涂料的各項(xiàng)性能指標(biāo)要滿足《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范CECS24:90》，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限要滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016—2006）。
3.3經(jīng)濟(jì)性
在輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)級建筑設(shè)計(jì)中，遵循經(jīng)濟(jì)性原則是保證建筑工程項(xiàng)目最終帶來經(jīng)濟(jì)收益從而達(dá)到企業(yè)預(yù)期的必要手段。從現(xiàn)階段我國市場整體發(fā)展形勢來看，各企業(yè)的市場核心競爭力主要表現(xiàn)在生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)收益上。目前，隨著我國整體經(jīng)濟(jì)水平高速發(fā)展，為順應(yīng)時代變化，各行業(yè)在其實(shí)際發(fā)展過程中都進(jìn)行了轉(zhuǎn)型，加強(qiáng)了對經(jīng)濟(jì)的重視程度?；诖?，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)的必要手段。在對建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合實(shí)際情況，采取一切手段，在保證建筑工程最終整體質(zhì)量達(dá)到市場實(shí)際需求的基礎(chǔ)上最大限度地降低經(jīng)濟(jì)投入，提高經(jīng)濟(jì)收益。輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型主要包括合理選址、科學(xué)規(guī)劃施工總圖、劃分防火分區(qū)、確定建筑耐火等級及控制單體規(guī)模等方面。
3.4美觀與立面
輕型鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件類型相對單一，且存在較明顯的規(guī)格統(tǒng)一、形體簡潔、體量大等特點(diǎn)?；谳p型鋼結(jié)構(gòu)的這些特點(diǎn)，在對其進(jìn)行應(yīng)用時，施工單位需要減少構(gòu)件的使用。由于輕型鋼結(jié)構(gòu)各方面的性能都相對較好，因此，其對于不同的結(jié)構(gòu)起到的作用存在一定的差異，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要操作人員對各方面因素進(jìn)行綜合考慮。
4工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
4.1工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計(jì)方法
在對工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)的屋面進(jìn)行設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員需要注意以下幾點(diǎn)。①目前，我國工業(yè)建筑輕型鋼結(jié)構(gòu)中的屋面材料包括太空鋼板、壓型鋼板等，應(yīng)用較為廣泛的包括金屬壓型復(fù)合保溫板、夾芯板、金屬壓型板等。在實(shí)際應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇建筑材料與坡度。②目前，在我國的多數(shù)工業(yè)建筑工程中，屋面排水與屋面坡度存在一定的聯(lián)系，排水效果會隨著坡面的增大而變好。需要注意的是，不能為了提高屋面的排水效果而無限增加屋面坡度，因?yàn)槠露冗^大可能會出現(xiàn)濺水問題；但如果坡面過小，排水速度過慢，就無法充分發(fā)揮坡面作用，隨之會出現(xiàn)積水問題。③相關(guān)工作人員需要全面了解建筑工程的實(shí)際需求，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的屋面材料，避免選材不當(dāng)導(dǎo)致工業(yè)建筑質(zhì)量無法達(dá)標(biāo)。④設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理設(shè)計(jì)并把控金屬壓型鋼板屋面構(gòu)造，具體包括合理選擇板型、屋面開洞方式及采光帶設(shè)置等。
4.2工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)方法
工業(yè)建筑墻體一般可分為自承重式輕型墻體和非承重式輕型墻體，根據(jù)其位置不同可分為內(nèi)墻與外墻。目前，我國多數(shù)工業(yè)建筑采用的墻體材料以輕質(zhì)材料為主，具體包括彩圖金屬壓型板夾芯板、彩圖金屬壓型板和PC板等。具體應(yīng)用哪種類型的墻體材料，相關(guān)工作人員需要綜合考慮多方面因素，結(jié)合工程實(shí)際需求和實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，必須保證墻體材料的適用性，充分發(fā)揮其作用，保證墻體的承重性和安全性。在設(shè)計(jì)金屬壓型板墻面系統(tǒng)構(gòu)造時，設(shè)計(jì)人員需要充分重視壓型板的長度選擇和鋼板墻面系統(tǒng)細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)措施盡量避免壓型板長向搭接，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約施工材料的目的。除此之外，設(shè)計(jì)人員還要綜合考慮夾芯板的節(jié)點(diǎn)做法和結(jié)構(gòu)布置，保證放置方式的科學(xué)性和合理性。
4.3工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)加層構(gòu)造設(shè)計(jì)方法
在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中，輕型鋼結(jié)構(gòu)的加層構(gòu)造設(shè)計(jì)與普通構(gòu)造設(shè)計(jì)存在一定的差別，其不但具有普通夾層的功能，還具備輕型鋼結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員需要在原有建筑主體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加高以加強(qiáng)輕型鋼結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)的目的。由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的自身重量輕且剛度較低，因此為保證其穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)橫向和縱向支撐。
5結(jié)語
近年來，我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，市場對于工業(yè)建筑的需求量越來越大。輕型鋼結(jié)構(gòu)作為工業(yè)建筑的主要建筑材料，其在實(shí)際應(yīng)用過程中直接影響著工業(yè)建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和建筑工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)給予充分重視。不同類型的工業(yè)建筑的實(shí)際需求有所不同，相關(guān)工作人員在對其進(jìn)行應(yīng)用和設(shè)計(jì)時需要結(jié)合實(shí)際情況，保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性、規(guī)范性，從而提高工業(yè)建筑的整體水平，充分發(fā)揮其在我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)過程中的作用。
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作者:王寶磊 單位:北京筑都方圓工程設(shè)計(jì)有限公司
