关于工业建筑轻钢结构设计问题的研究

引言

相对混凝土，钢结构轻质高强、抗震性能好等特点已被广大设计人员所认可，被广泛应用于大跨度、超高层、空间异型结构中，随着装配式建筑的发展，钢结构工业化程度、施工速度快、装配率高的特点也日益在装配式建筑推广中占据优势，然而从市场选择来看，钢结构的推广受到一定的阻碍，市场占有率并不明显，其中关键性的因素是钢结构的成本相对传统钢筋混凝土结构较高，而混凝土在住宅领域的技术积累和建筑契合度存在先发优势，装配式钢结构与装配式混凝土结构的建造成本接近甚至在高烈度地区及考虑建筑全生命周期、材料回收等因素，装配率越高装配式钢结构的成本会占据优势，但是整体的建造成本过高是影响钢结构大力推广的重要原因之一。

1 工业建筑轻钢结构设计需考虑的几点问题

GB55001—2021《工程结构通用规范》的要求，活荷载的标准值均为 0.5KN/m2 ，如活荷载取值不合理，则容易给轻钢结构埋下安全隐患。为此需要在设计中结合实际情况，综合考虑各种因素，按需要通过计算合理增大。同时，还应将悬挂荷载考虑到设计过程中，可以按照活荷载≥0.4KN/m2 的悬挂荷载进行计算取值。轻钢结构依托于受力构件截面，确定体型系数范畴，参照《建筑结构荷载规范》考虑范围，因风荷载体型系数敏感性较大，在实际的轻钢结构设计中，可以按照相应情况对规范进行选取，当跨高比 L/H≤4 时按《建筑结构荷载规范》选用；跨高比 L/H>4 时，按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录 A 选取。

2 工业建筑轻钢结构设计策略

2.1 钢结构防腐蚀、防火措施

钢结构的抗火性能差和特殊的电化学腐蚀性是该材质的劣势。例如钢结构建筑在出现火灾时，钢结构会迅速升温，除了结构的自身内力、外力荷载，在升温过程中与温度荷载共同作用，对钢结构产生变形和位移，甚至出现结构的坍塌，从而导致较大的经济损失，可能出现人员伤亡等不可估量的危险。钢结构的电化学腐蚀过程会不断损耗钢材料本身，破坏构件的正常承载力；大气环境中的温度、湿度变化，风沙和雨雪，甚至氧气，都是造成钢结构腐蚀不可忽视的因素；考虑经济适用性和长效性，通常以表面刷漆、喷涂涂层作为防腐措施应用得最为广泛。本工程按照规范要求，所有钢材均应采用喷砂、抛丸等方法除锈，并且在规定时限内进行涂装。可采用无机富锌底漆、环氧云铁中间漆、丙烯酸聚氨酯面漆、包裹混凝土、镀锌等防腐措施。

2.2 合理选择建筑结构材料

工业建筑结构设计中的工程造价控制还需合理选择建筑材料，将工程造价控制的内容融入建筑材料中，在选择建筑材料时发挥出工程造价控制的作用。就建筑结构设计中常见的结构来看，有砌体结构、框架结构以及钢结构等三种类型，设计人员要根据建筑所需结构形式合理选择施工材料；当建筑工程的工期要求较低，需要较小的开间时，要合理地选择砌体结构，因为这一结构形式所需施工成本较低；对建筑工程中跨度较大的项目，要选择框架结构等等，设计人员要合理根据需要选择结构形式，并权衡建筑材料的选择，确保建筑工程施工成本降低。建筑材料的选择对建筑结构设计十分重要，与此同时对工程投资也是一项不可忽视的环节，从投资的角度来看，工程建设属于固定资产投资，在地域特征上十分明显，建筑材料的运输成本较高，所以基于这一显著特征，在建筑材料的选择上应遵循就近原则，优先使用更为主流的施工材料，起到降低施工成本的目的。

2.3 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高的可塑性，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，选择上也要选择符合质量的防火涂料，保证防火隔热设计的效果。（2）自然腐蚀轻钢结构的腐蚀会造成钢材构件截面的减小，表面出现腐蚀绣，这样的现象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容易氧化，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，考虑环境因素进行合理设计，从而减少钢结构的自然腐蚀现象。

2.4 精细化的应力比控制

在设计过程中结合构件重要性、传力途径等因素降构件进行合理的布置并划分好构件强度比控制区间，是控制构件安全冗余度和材料用量的有效手段。在工程实践中，往往对主要受力构件、受力较大构件进行截面强度比的控制，而忽略其他大多数正常构件（未超限）应力比的控制，造成部分构件应力比超过 0.9 甚至 0.95 以上，而部分构件不到 0.1，绝大多数在 0.5 左右，造成部分构件不安全，部分安全余量又较大。实际工作可分成若干档次，尽可能避免应力比超过 0.95 和不足 0.3 以下的，将竟可能多的构件应力比控制在 0.6～0.85 左右，能充分发挥材料整体效率，经精细化设计的结构整体用量可节省材料 10～20kg/m2

结束语

轻钢结构是建筑领域一种新型、高效的施工工艺，能够充分满足新时期节约型社会建设需求，有利于实现工业建筑业的可持续发展目标。在轻钢结构工业建筑设计中，应严格按照和采用相关的设计标准，紧跟时代步伐、坚持与时俱进，设计出结构合理、经济环保的建筑，从而满足后续实际应用的要求。

参考文献

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