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轻型钢在工业建筑结构设计的应用

2018-10-11 11:10 来源:工业建筑论文 人参与在线咨询

摘要:建筑主要分为两大类,包括民用建筑和工业建筑,其中工业建筑主要结构形式是轻型钢结构。在工业建筑中,轻型钢由于自身结构简单、强度高、操作方便、装配轻松、材料轻盈等优点,大大区分于其他材料处于优先地位。其次因为轻型钢本身的一些特点,抗震、抗风、抗灾害等特性也优于别的材料,再加上轻型钢在工业建筑结构中施工速度快、最大量的节省了预算等等特点,所以轻型钢的运用变得更加的广泛。本文主要就轻型钢在工业建筑结构设计中的应进行探究。

关键词:轻型钢;工业建筑;结构设计;应用探究

1引言

轻型钢结构在国内的发展起步晚于国外,造成难以避免的差距,最开始轻型钢并没有直接应用于建筑结构上,而是广泛应用在汽车制造上,最后因为轻型钢众多的优点,才逐渐的被工业建筑接受并应用。与传统的钢筋混凝土厂房相比,多层轻钢结构的设计、生产、施工趋于一体化,现场无焊接,无湿作业,这些都有利于缩短周期,加快资金流通,所以会被建筑师作为优秀的建筑材料而采用。但是轻型钢虽然有着众多的优点,但是它在技术要求上更加严格,所以施工时需要进行严谨的控制,防止出现意外事故。还有轻型钢结构外表有着丰富的色彩,同时也是物美价廉的性价比很高的材料,可以进行批量的系统化的生产,相较于其他材料具有强大的竞争性,也推动了工业建筑结构的稳步发展。

2轻型钢结构建筑的概念

国外的轻型钢的发展早于国内的轻型钢,并且受欧洲传统木结构的影响,现在大部分是由薄壁型钢或者小断面型钢组合合成桁架来代替。在这之后轻型钢结构建筑是以实腹型单层式结构发展到现在的大型工业厂房,运用小截面的角钢和钢管、铝合金H钢、圆钢、金属板制成,所以具有众多的优点而被广泛接纳。就目前来说,轻型钢在工业结构中主要运用的结构形式是门式钢架结构体系,该结构通过垂直支撑体系分布槽钢或者角钢,使得侧向的刚度强度变大,抗震性能等一系列抗灾害性能也是大大的加强,也增加了水平方向的载荷。轻型钢有着众多特点,在加上是构造简单、单一的材料,使得可以大规模的批量生产,节省了成本和精力,方便批量生产、最大量的减少了浪费现象、材质轻盈、造型精美、广泛的使用、成熟的运用等特点,提高了经济效益,迎合了中国的科学发展观和环保节能的理念,所以造成轻型钢的与众不同的特点,并受到社会各界厂商和建筑师的追捧。

3轻型钢在工业建筑结构中的应用优势

因为轻型钢的众多优点以及化学特性,造成了环保性、抗震性、轻便性、持久性、隔音性等等应用优势,在工业建筑结构中已经被广泛应用,其最突出的有三点优点,下文将一一列出。(1)是自身的材质轻盈的特点。轻型钢获得广泛运用的最重要的特点就是自身自重轻,因为制作时选用了轻型的钢材,可以最大可能的利用了材料,也是同时节省了钢材,使得自身自重低,节省了大量成本。钢材的塑性和韧性好。塑性好,使钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。韧性好,则使钢结构对动力荷载的适应性较强。钢材的这些性能对钢结构的安全可靠提供了充分的保证。(2)广泛批量的工业化生产的特点。因为轻型钢的迅速普及,整体的构造简单,技术要求不高,使得轻型钢的生产实现了自动化标准的生产过程。所以因为该轻型钢材料具有高强度的工业化程度,更加适合应用于工业建筑中。(3)技术要求不高,这个特点让很多建筑商可以提高施工速度、缩短工期,大大的节省了成本,并且同时保证了质量,相较于其他材料更加的便捷经济。

4工业建筑轻型钢结构设计的要点分析

4.1适用性

与别的结构一般适用性而不同,轻型钢在工业建筑结构中的适用性满足了生活中的要求以及安全性能。例如一般周边的噪音不会超过30dB,室内的空间有很好的流通系统,采光也最大可能做到最好,所以适用性主要体现在声音、温度、采光等一些方面。①声环境,在钢结构建筑室内不可避免的噪音影响,大致分为三类,震动产生、雨水撞击、空气流通噪音。而不同的噪音处理方法也有所不同,阻断震动产生的源头是最基本的办法。对震动产生的噪音,可以在与震源上增大距离的方法降低噪音;对于雨水产生的噪音,在生产时采用隔音效果好的材料来减少噪音;而对于空气中的噪音,用一种叫做岩棉夹心板的材料可以大大的降低噪音。②热环境,除了直接作用的太阳辐射,环境中还受到了相对湿度和风速等的影响,所以通过在建筑内中安装通风扇和采用隔热材料达到调节作用。③光环境,在轻型钢结构的工业建筑中用到的采光板,使得光线条件达到最好,其中光线尤其要放到首位考虑,因为一个好的光线条件,第一可以最大可能降低照明用电量,第二也可以为生产带来方便。

4.2安全性

随着钢结构在民用、工业以及公共建筑中的大量应用,其安全性能愈发受人重视,对于轻型钢结构,可以通过在现场施加竖向载荷,然后检测关键部的挠度变形、侧向应变,根据应变以及分析结果确定是否符合承载力要求。当然一个轻型钢结构不仅仅在承载力上有要求,它还需要具有防火、抗风、抗震等等要求,轻型钢可以视为是一个安全性很高的结构。首先建筑物的安全性是放在首位考率的要素:①我们在构造上需要对焊缝尺寸、螺栓的间距进行合理的安排,一般来说,常见的钢管壁的厚度为3mm、钢管为4mm;②对于防火措施上,分为需要做和不需要做的放火措施的两种,对于多层类厂房可以对需要做防火措施的部件涂上防火类涂料,会大量的节约成本,而对于大型厂房需要隔断防火区域,采用分段采取隔热防火措施;③对于抗灾害能力来说主要包括:抗震能力、抗风能力、抗震能力主要通过结构以及体系的连接构造、布置以及结构与构件的抗震承载力进行综合评价;抗冰雪及抗风能力的评估可从钢结构的选型、承载力验算以及构造连接等方面进行评估。

4.3经济性

针对传统意义上的建筑产品,轻钢结构在施工周期、结构适用性上都具备明显优势,在经济造价方面的优越性是该新型建筑的强大生命力所在。控制轻型钢工业建筑结构成本最重要的是选择一套合适的建筑方案,所以在满足轻型钢结构的特点和需求的前提下,建筑师需要不断地改造方案,直至达到最优方案。一个合适的建筑选址、完善的防火措施、最优的建筑材料、设计的建筑造型等都是一个优化方案需要考虑到的内容。

4.4美观和立面

因为轻型钢结构的众多特点,使得整个建筑物的结构大而简洁、规模统一,同时可以采用轻型围护结构彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板,以其自重轻,保温隔热效果好,安装速度快,外表美观等等的优点,已经取代了传统多层厂房的砌体围护墙体,成为多层轻钢结构不可缺少的围护材料。

5工业建筑设计中轻型钢结构的设计方法

5.1工业建筑设计中轻型钢结构屋面设计方法

根据不同地区的特性,建筑材料的选择和屋面的坡度大小是一般轻型钢结构屋面设计的首要考虑问题。在雨水较少的地区,对保温隔热的要求较高,对屋面坡度要求不高;而在雨水较多的潮湿地区,需要进行排水工作,防水要求和坡度高度的标准都远远高于一般建筑,当然,坡度不宜过高,防止产生溅水的现象。

5.2工业建筑设计中轻型钢的墙体设计要求

墙体分类标准有两种,墙体的位置和墙体的受力特点。由墙体处于的不同放置方式,可分为外墙和内墙;并根据承重的不同,可分为自承重式轻型墙体和非承重式轻型墙体。墙体设计应该要考虑到不同墙体的要求,并根据墙体的设计规范合理的选择并设计,并且还要考虑到预算成本问题、安全问题、美观问题,尽量做到设计科学合理。我国目前来说,运用最多的墙体材料是轻质材料,例如PC板以及彩涂金属压型板等等。外墙墙体多采用轻质填充材料,如空心砌块、加气混凝土等,有时可采用压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体,也有很多房屋外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构。内隔墙可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板,目前也有采用铝合金框玻璃隔断的。对轻型钢结构房屋来说,传统的油毡加沥青的屋面防水层很不经济,现大都采用卷材防水。屋顶也掘弃了传统的水泥砂浆找平层和焦渣保温层而采用轻质保温材料,如JQN板、聚乙烯混凝土板等,可根据要求做成变厚度而取消屋面找平层。基础形式多层轻钢房屋基础常用柱下独立基础、条形基础、十字形基础,有时也可采用片筏基础。

5.3工业建筑中轻型钢结构加层构造设计方法

轻型钢结构加层,是当前较为常见的施工项目。由于其具有实用、经济的特点,在建筑行业得到了较为广泛的运用。轻型钢结构加层有区别于普通加层,而且拥有着轻型钢结构的大部分特点,也因为具有了刚度小等特点,需要设置各方面的支撑,保证稳定性和强度。对整个建筑的承载力和结构都有直接的影响,对建筑的稳定性和使用性能也有直接的影响,因此设计人员需要对原建筑工程进行细致的了解,并根据需要确定科学有效的设计方案,保证设计的合理性。

6结束语

目前来说,我国的轻型钢在工业建筑结构中正得到了稳步发展,轻型钢在现代建筑结构中必定会被广泛的应用。也因为轻型钢的众多优点区别于传统的施工,所以占据了很大的优势,使得众多厂家选择了轻型钢。在施工使用前注意研发设计、过程中注重安全、结束后注意总结经验,方便我国的轻型钢在工业建筑结构的进一步发展。本篇文章提出了对轻型钢在工业建筑结构设计中的应用探究,希望可以有一些的参考价值,也希望今后会有更加专业的人才深入研究,共同为此方面做出贡献。

参考文献

[1]万红霞,吴代华,蒋茹.大跨度门式钢架轻型钢结构设计[J].武汉理工大学学报,2014(2):27~29.

[2]刘二燕.轻型钢结构在工业建筑中的设计应用[C].2015年5月建筑科技与管理学术交流会文集,2015.

作者:袁梦雪 单位:中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司

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