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谈轻型钢结构工业建筑设计

摘要:在工业厂房、仓库等大型建筑中,使用轻型钢结构作为建筑的框架材料,具有强度高、自重轻、组装灵活、施工方便等一系列特点,兼顾了实用效益、经济效益和环保效益。在工业建筑的轻型钢结构设计中,需要重点考虑的内容主要有空间设计,包括结构样式、空间造型等;立面设计,包括门窗设计、色彩设计、采光设计等;屋面设计,包括功能设计、美观设计等。设计师只有结合工业建筑的使用需求,综合考虑多方面的设计需求和技术要点,才能确保设计方案的可行性,为下一步轻型钢结构工业建筑的安装、建设提供设计参考。

关键词:轻型钢结构;工业建筑;隔热设计;形体错列

以往工业建筑的结构组成以钢筋混凝土为主,消耗的材料较多,而且很容易造成资源的浪费。在“绿色建筑”背景下,轻型钢结构在工业建筑领域成为一种热门材料。除了在使用性能等方面优于传统的建筑材料外,轻型钢结构还具有易于组装和拆卸,可以反复使用的优点,从而提高了材料的利用率,符合节能环保理念。近年来,受到城市转型和产业结构调整的影响,大量的工业厂房开始搬迁,新的工业建筑在设计与施工时,可以优先考虑轻型钢结构。在这一背景下探究轻型钢结构工业建筑设计要点,具有重要的现实意义。

1工业建筑中轻型钢结构的应用优势

轻型钢结构融合了传统木结构、混凝土结构的诸多优点,成为了工业建筑中应用最为广泛的一种结构型式。其应用优势主要体现在:其一,轻型钢结构的自重轻,即便是大批量使用这种材料,工业建筑的自重不高。同样体积的钢结构,使用轻钢结构的质量,只有普通钢结构的1/3,是钢筋混凝土结构的1/10。由于自重较轻,在工业建筑施工时基本上不需要考虑地基严重沉降等问题。只需要简单的进行地面整平处理,或是浇筑薄层泥浆,就可以满足工业建筑的稳定性需求。施工周期短,建筑稳定性好。其二,工业建筑的跨度较大,对稳定性、抗震性、抗压性都有极高的要求。传统钢筋混凝土结构的工业厂房,在受到震动后很容易出现墙体开裂,甚至有倒塌的危险。而轻型钢结构的工业建筑,轻型钢构件本身具有一定的弹性形变能力,在受到震动后可以通过轻微变形实现力的消解,保证了工业建筑的使用安全。因此,轻型钢结构除了在工业建筑领域有所应用外,也被广泛的使用于救灾安置房中。

2轻型钢结构工业建筑的空间设计

2.1结构选型。

根据工业企业和工业生产的实际需求不同,在设计轻型钢结构时,需要使用到的结构类型也有很大差异。现阶段较为常见的有门式钢架、箱体式钢架以及网架结构等。以门式钢架工业建筑为例,将大量不同尺寸的轻型钢,按照设计方案进行拼装、固定,形成建筑骨架。后期建筑拆除后,这些轻型钢材料约有80%-90%可以重新回收使用。从结构的细部组成上来看,主要有连续梁框架、边柱、角柱等组成,连接部位通常采用焊接的方式进行固定,也有的使用螺丝固定。门式钢架结构通常适用于中小型工业建筑,在大型工业建筑中,也可以将若干个门式钢架结构进行并联,但是需要在连接部位做好固定。

2.2设计要点

2.2.1形体错列。轻型钢结构设计时,形体错列的主要原因是实现受力分解,特别是大跨度工业建筑,通过形体错列可以缩短跨度,避免中间部位的轻型钢结构出现严重的弯曲、下沉。根据错列方向的不同,可以分为垂直错列和水平错列两种类型。垂直错列就是每隔一定的跨度,调节轻型钢结构的高度,形成高低错列。这样既可以提升工业建筑的立体感,增强了美观性,同时又能够保证工业建筑的轻型钢结构受力相对均衡。水平错列多见于箱体结构多层建筑。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,常出现在工业展示建筑中。

2.2.2结构悬挑。工业生产不仅仅在室内进行,开敞的半室外空间明确了建筑功能流线,更方便分流原料和商品的运输、卸货。轻钢结构延展性强,屋面结构可向外挑出较大的灰空间。这种悬挑式轻钢屋面在原油加工销售一体化行业、矿产加工业、工厂提货区等生产领域应用广泛,也可单独作为厂区大型遮雨、集会设施。

2.3结构节点的空间造型。

现代建筑强调结构造型,暴露的节点真实表现构造和结构的关系,成为一种新的审美情趣。钢结构节点能立体地解决节点处受力问题以外,还可根据造型要求塑造出具有逻辑性的空间形象,将结构之间力的传递艺术化、视觉化。因此,空间形态精致与否往往体现在这些节点细节的精致程度上,精确简洁的结构节点无疑是轻钢建筑空间设计的重点。

3轻型钢结构工业建筑的立面设计

3.1门窗设计。

工业建筑的门、窗,以及部分建筑中的雨棚等部位,是轻型钢结构立面设计的重点内容。在门的设计上,根据实际生产需求不同,厂房入口选用卷扎门、大型推拉门或平开门等门型样式。装卸区的大门加设门套和防撞立柱保护门面,可与雨棚结合设计,同时保护入口免受雨水侵蚀。当门窗位置不在同一高度时,可通过增大入口的视觉尺寸来配合窗的排列。在窗的设计上,要结合工业建筑的运行、生产需求进行灵活设计。例如造纸厂之类的工业建筑,窗户除了采光作用外,还必须考虑通风、除味的功能。在设计时,应尽量将窗的面积设计的大一些。而对于食品厂、电子厂之类的工业建筑,需要在封闭式环境下运行,这时窗的设计就要尽可能的小。

3.2色彩设计。

轻型钢结构本身具有一定的美观性,在工业建筑设计上,可以搭配一些醒目的色彩,进一步提高建筑的美观度。另外,在轻型钢结构建筑的内部,也可以通过标识性的颜色,对内部职工的心理产生暗示作用,营造一个舒适、高效的环境。在色彩设计中,可以选择彩色压型钢板,也可以搭配使用一些玻璃幕墙,增加了工业建筑结构面的色彩丰富度。根据工业建筑内不同的功能分区,设计不同的颜色。例如工作区主要以绿色、蓝色为主,绿色可以缓解视觉疲劳,而蓝色则给人一种干净、整洁的感觉;休息区、生活区主要以白色、米黄色为主,能够给人一种温暖、和谐的心理暗示。

3.3隔热设计。

工业建筑因为作业环境的特殊性,对温度有一定的要求,通常要求恒定在某一个温度值。因此在轻型钢结构建筑设计时,还要考虑隔热设计。重点从门窗部位、外墙部位着手进行优化设计。在轻型钢结构框架的基础上,可以根据保温隔热等具体需求,有选择性的使用一些辅助材料,例如ALC加气混凝土板、彩色压型钢板等,都可以满足这一需求。在建筑外墙设计上,也可以考虑使用新型高性能的隔热材料,例如离心玻璃棉等,将这些新型材料铺贴、固定在轻型钢结构上,满足工业建筑的设计、施工与使用需求。

4轻型钢结构工业建筑屋面设计

4.1功能设计。

工业建筑屋面的面积较大,一些连续、多跨的建筑,还分为多个屋脊,包含多个内天沟,因此对屋面设计也提出了较高的要求。在屋面设计时,首先要保证各项基础功能的发挥,满足工业建筑正常、安全使用的需求。例如,要重点做好屋面排水设计,排水坡度通常在3%-5%之间。如果坡度过大,必然会挤占工业建筑的室内空间;而坡度偏小,则会影响排水效果。还有就是屋面板接缝处要重点做好防水设计,内天沟也要保证排水效果,避免因为设计不合理而出现长期积水的问题。除了排水设计外,像屋面通风、屋面采光等,也都是轻型钢结构建筑设计中必须要关注的地方。

4.2造型设计。

为了保证轻型钢结构的稳定性,在屋面结构上一般不作太多形式上的设计,以追求实用和保证稳定、安全为主。但是现代一些大型工业建筑,对美观性也有较高的追求,因此在屋面造型设计上也要尽量做到实用性和美观性的统筹兼顾。例如,设计人员可以考虑采取墙面屋面一体式设计方案,让水平屋面和垂直墙面自然过渡,不留棱角,这样排水十分方便,而且造型十分新颖独特,也满足了观赏要求。除此之外,像入口强调式、结构组合式等,也都是近年来轻型钢结构建筑常用的屋面造型设计模式。

5结论

在建筑行业广泛推行“绿色设计”的背景下,对于轻型钢结构工业建筑的设计提出了更加多元化和高标准的要求。设计师应当充分了解轻型钢结构自身的应用优势以及特殊功能,然后重点从空间结构、立面结构以及屋面结构这三大部分,制定相应的设计方案。在满足轻型钢结构工业建筑实用功能的基础上,还要兼顾造价成本、施工难度等方面,保证设计方案的可行性。只有设计方案合理可行,才能将轻型钢结构的优势体现出来。

参考文献

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作者:周珩 单位:广西粮食设计院有限公司

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