工业建筑轻钢结构技术研究

摘要：在我国当今社会中，经济的飞速发展带来了不小的机遇，对于工程建设中设计、施工等方面的技术问题也有了正确的解决方案或者是革新。在建筑中钢结构的应用已经是非常广泛的了，尤其是在工业建筑领域中，已经有了不小的发展。该种钢结构具有丰富多变的外部形象和受力合理的空间结构，充分满足工业厂区内生产、储存、公共用房、对外展示等建筑功能需求。在我国现在来看，钢结构的研究已经是相当成熟的了，所以在应用上也有着广阔的发展前景。本篇文章，主要对钢结构的空间设计进行了简要的分析，对特点，建筑设计优势、设计手法进行了分析研究，希望给同行提供参考。

关键词:轻型钢结构，工业建筑， 技术研究

中图分类号：TU291 文献标识码：A

工业建筑方面，有了成熟结构体系对建筑空间的支持，轻型钢结构工业建筑外部造型可谓灵活多变，各种各样体现企业经营理念、企业文化、适应生产。工艺自身特征的外部形态从建筑师的蓝图变为现实。抛去内部空间的程式化而言，工业建筑的外观剥离了平淡，无论与内部结构的整合还是对建材自身特点的贴切把握都能看见精益求精的工作态度。同时，在新的时代下，建筑领域空前繁荣，备种理论、思想不断涌现，形成现代工业建筑发展的多元化景象。

1 轻型钢结构在工业建筑中应用的建筑优势

1）轻巧、开敞的建筑实体空间

轻钢结构截面小、自重轻，承重结构截面可根据受力状况进行精确设计，比普通钢结构使用的槽钢、工字钢截面受力更为合理。轻型屋面系统用钢量一般在8kg/m3到I5kg/m3之间，为整个轻钢建筑8％到16％据统计，轻钢主体结构的含钢量通常在25-80kg左右，彩色压型钢板的重量10kg。因此，轻钢结构建筑自重只有普通钢结构建筑33%-50%，钢筋混凝土结构建筑的3%-10%，可节约大量钢筋混凝土、脚手架、模板和其它建筑材料，大大降低建筑总体造价。

2）主体结构稳定、可靠

钢与其它建筑材料的特点是材质均匀、延展性好，本身就是极好的抗震、抗压建筑材料。钢结构采用的钢材塑性、韧性、强度都很高，可承受较大的动力荷载。其钢结构杆件大部分都是在工厂经过精确计算后加工制造而成，通过完善的检测手段，保证质量安全、可靠。加上梁柱间的交叉支撑结构和檩条的抗扭和抗剪的共同作用，进一步加强了轻型钢结构体系的稳定性。在地震多发的工业厂区，轻型钢结构体系一直是厂房建设的结构首选，也被当成临时建筑用于地震后的救灾安置用房。

3）便利的施工建造方式

轻钢建筑构造简单，采用先进的自动化制造设备标准化批量生产。建筑骨架可现场组装钢构件而成或工厂成型后运输至指定基地。现场安装不受气候影响，无湿作业、不需其它模具、施工速度快，普通厂房2到3个月就能完成工程建设。其骨架结构组合方式一般同生产方式、建筑规模、运输能力以及施工条件有关。常见的有:构件式建筑体系、框架式建筑体系、盒子组合式建筑体系。

2 轻型钢结构工业建筑空间造型设计手法

1）形体错列

（1）竖向错列

轻钢结构中门式刚架、桁架的每榀横截面钢构架自成一个受力体系，在平面排列方向上可分为一段段的结构单元由多组钢构架拼接，竖向空间上错列排布形成独特的建筑造型。

（2）局部错列

形体局部的高低对比是工业建筑最常采用的设计手法。根据内部使用空间耍求不同，拔高一部分特殊生产区、办公区的建筑形体与其它功能体块区别对比，凸显建筑外轮廓线，有利于丰富立面设计效果。大舜医药厂(图1)采用古典式建筑设计手法，建筑横向分成三段，左右对称。厂房中部形体突出两侧，竖向拔高安置大型生产设备两边为普通生产线，打断了建筑横向铺展过长产的枯燥感。立面设计只需布置简洁的条形窗强化竖直向上的趋势，整个建筑就被赋予了稳如泰山大气磅礴的气势。

图1大舜医药厂房方案设计

（3）横向错列

横向错列多见于箱体结构多层建筑。集装箱逐层水平搭接，排列成类似玩具积木的组合空间。它最大特点是:建筑横向空间可根据需要无限延伸，单个箱体自成功能或在内部相互连通成为大空间。在工业建筑中，横错列空间构成不多见，它常出现在工业展示建筑中。

3 轻型钢结构工业建筑空间设计

1）轻型钢结构工业建筑的结构选型

当前，对轻型钢结构的种类形式还未有专门的文献进行总结说明。而且，轻型钢结构建筑的定义涵盖面广，除了常用到的轻钢结构外很难将某种单一的结构形式归于它的门下。笔者在此将问题具体化，将轻型钢结构工业建筑的结构选型分为两大类:整体式轻型钢结构体系和轻型钢结构屋盖体系。

2）整体式轻型钢结构体系

图2门式刚架结构体系示意图

门式刚架建筑体系各钢结构构件共同组成完整的建筑骨架，与其它轻型钢结构建筑体系相比较结构工业化生产程度更高，且建筑拆除后对资源的重复利用率能达到90%以上，非常适合用于中小跨度的工业厂房和仓库。因此，迅速成为当前工业建筑建设中使用最广的一类轻型钢结构建筑体系。将从门式刚架工业建筑的结构基本组成、建筑尺寸、平面布置等几个方面探讨其最基本的建筑空间组成形式。

A、门式刚架结构形式

门式刚架首先是由多个并排排列的连续梁框架与支撑柱焊接而成的单元刚架组成建筑的主体结构空间。刚架各支撑柱、梁之间通过高强度螺栓连接或端板焊接，支撑柱为单独的单元构件，柱脚一般设计成铰接式平板支承座，跨度较大时的斜梁可分成多个单元运输至施工现场拼接成型、单元刚架之间墙面剪刀撑、柱间、梁间交叉支撑等结构钢构件达到空间整体受力的平衡，然后，墙面和屋面的冷弯薄壁型钢檩条构成骨架以外的“建筑筋脉”;最后，在其外部安装压型钢板等轻型建筑护结构，并进行美学设计完成建筑造型设计以及细节处理。

B、门式刚架的建筑尺寸

门式刚架轻型钢结构横向适度区段尺寸小于等于19米，纵向适度区段尺寸不应大于300m，用于工业建筑跨度一般在9-36米，3米为一个基本建筑模数。刚架高度依据满足室内使用要求的净高来确定，取地坪到刚架梁、柱轴之间的距离。要充分考虑工业建筑安装机械起重、运输等设备时的要求，根据车轨道顶的建筑标高和设备的最高高度来定，一般为4.5到9米。通常情况下，设计师都是先根据轻型钢结构建筑的房屋高度再选取合适的结构跨度，当柱高而结构荷载稳定时，适当会加大刚架跨度。

刚架之间的间距设计与刚架的跨度、檩条形式、屋面荷载等因素有直接关系，其在纵向上最大可做到12m，最小为4.5m，以6rn最为合适，还可选取采用7.5m和9m这两种间距。多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架梁。

3）轻型钢结构屋盖体系

网架结构兴起于上世纪四十年代，取代当时大跨度空间普遍使用的钢筋混凝土壳体结构，造就了许多经典公共建筑，如:国外的，大阪世界博览会日本馆、英国哈罗文娱中心、美国芝加哥国会大厅等；国内的，首都体育馆、山东体育馆、杭州剧院等。

它属丁空间钢结构体系，由许多有规律的杆件组成。包括多组平行排列的桁架，桁架组之间相互斜交、正交或单独形成各种形式的立体网格单元，共同承受屋面的竖向压力。立体网格单元是由上、下弦和腹杆组成的各种体形的规则几何体，灵活组织网架成各种平面形状，满足维护空间的造型要求。

网架在工业建筑中应用主要是作为厂房屋面的承重屋架。采用竖向混凝土 (钢)柱支撑整个屋架，顶端附加小立柱为屋面找坡，结构节点悬挂吊车梁。建筑围护体系同其它轻钢结构相似，屋面板铺设在檩条或小立柱上，墙面板与墙架构件连接。

在工业建筑中常见的网架结构按网格组成情况分有:平面桁架系网架、角锥体网架两大类。其中，两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、正放四角维网架、正放抽空四角锥网架等使用最广。

结束语

轻型钢结构工业建筑在生产厂房、车间、办公区等厂区营建中正显示出它作为环保型建筑对未来新兴工业厂区建设先进的指导性作用，体现出高效率、经济、工业化生产的特点。随着我国在相关领域对轻型钢结构建筑研究的日益深入，建筑设计人员手头积累的设计经验也越来越丰富。笔者在此只是就自己调研、研究时的所思所想，提出自己的见解，并整理成文字。

参考文献

[1]高峰.钢结构住宅建筑设计系统化研究[D].济南:山东建筑大学，2009.6

[2]朱海宁.轻型钢结构建筑构造设计[M]. 北京:东南大学出版社，2003

[3]张文福.网架结构设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1994