【摘要】近年來隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，我國鋼鐵產(chǎn)量也大幅增加，建材市場上型鋼種類、質(zhì)量、產(chǎn)量都有很大發(fā)展，由于輕鋼結(jié)構(gòu)廠房具有投資周期短、投資回收快，造型簡單、施工速度快、承載能力強、抗震性能好等特點，因此以輕鋼結(jié)構(gòu)為主體的廠房建設(shè)擁有較大發(fā)展空間，在工業(yè)廠房設(shè)計中逐漸替代笨重的鋼筋混凝土得到普遍應(yīng)用，特別是輕鋼結(jié)構(gòu)，本文從輕鋼廠房穩(wěn)定性設(shè)計、保溫隔熱設(shè)計及屋面設(shè)計等幾個核心問題展開探討。
【關(guān)鍵詞】輕鋼結(jié)構(gòu)、廠房設(shè)計、細節(jié)分析
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
近年來，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟改革的不斷深入，經(jīng)濟開發(fā)區(qū)在全國各地如雨后春筍般涌現(xiàn)，對工業(yè)廠房的建設(shè)需求不斷增加，由于現(xiàn)代輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑具有強度高、自重輕、質(zhì)地均勻、投資周期短、投資回收快，造型簡單明了、易于回收等特點，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房已經(jīng)取代傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房，被眾多工業(yè)區(qū)開發(fā)者競相引入，獲得投資者的青睞。
1.輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)缺點
截至目前，我國輕鋼結(jié)構(gòu)廠房還處于起步階段，同傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑相比，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房具有如下優(yōu)點：
1.1抗震性能好
輕鋼結(jié)構(gòu)材料的抗震性能較好，鋼材具有良好的抗拉性、抗壓性、抗剪性，能夠承載較大彎曲，是一種延展性較強的材料；此外，鋼材自身重量較輕，同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，跨度相同、荷載相同的情況下，輕鋼結(jié)構(gòu)鋼屋架的重量是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋架的25%-30%。能夠滿足地震設(shè)防烈度相對較高的地點對廠房的要求，輕鋼結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟性優(yōu)于傳統(tǒng)建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
1.2安裝簡便、環(huán)保
輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的搭建不受季節(jié)影響，一棟200平米左右的建筑，5個熟練工人便可在20日內(nèi)完成從地基到裝修的整個施工過程，大大縮短了施工時間，提高施工效率。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的材料回收了達100%，是真正的無污染建筑。
1.3耐久性
建筑中采用的輕鋼結(jié)構(gòu)大多是冷彎薄壁鋼構(gòu)件，鋼骨都進行防腐處理，這樣便可避免在施工及使用的過程出現(xiàn)鋼板銹蝕現(xiàn)象，進而增加了鋼板的使用壽命，部分輕鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命可達100年。
1.4舒適性好
與磚瓦結(jié)構(gòu)建筑相比，采用輕鋼墻體的建筑具有呼吸功能，能夠自行調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的干濕，另外房屋屋頂還具有通風(fēng)功能，在房屋內(nèi)部上空可以形成流動的空氣間，從實現(xiàn)屋頂房屋通風(fēng)散熱的需求。
1.5輕鋼結(jié)構(gòu)缺點
輕鋼結(jié)構(gòu)容易受到腐蝕，防火性能較差，因此廠房設(shè)計人員在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮輕鋼結(jié)構(gòu)自身特點，揚長避短，才能使輕鋼結(jié)構(gòu)在廠房建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。
2.1輕鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計
2.1.1輕鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性介紹
如果輕鋼結(jié)構(gòu)的強度達不到或失穩(wěn)等都會給結(jié)構(gòu)造成破壞，但不能將強度同穩(wěn)定的概念相互混淆，輕鋼結(jié)構(gòu)的強度指的是構(gòu)件或單個構(gòu)件在穩(wěn)定狀態(tài)下所承擔(dān)的由荷載引起的最大內(nèi)力或應(yīng)力超出建筑材料承擔(dān)的極限與否。換言之，輕鋼結(jié)構(gòu)的強度應(yīng)力上的問題。鋼材的屈服點是一個極限強度，是由穩(wěn)定到變形的轉(zhuǎn)折點，由于構(gòu)件所受到的力是不穩(wěn)定的，因此要找到一個相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。盡量避免由于失穩(wěn)或破壞引起的鋼材強度過高，大多數(shù)構(gòu)件的壁薄且截面較小，在受到壓迫時在強度與穩(wěn)定進行選取，往往選擇滿足穩(wěn)定的要求，此時強度就很難發(fā)揮作用，以軸壓柱為例，當(dāng)失穩(wěn)時，柱子就會產(chǎn)生側(cè)向撓度，增大柱子附加的彎矩，此時相對較低強度的軸壓便可以產(chǎn)生嚴重的破壞，此時失穩(wěn)是柱子發(fā)生損壞的罪魁禍首，而不是由于強度不足造成的破壞，因此在設(shè)計時，要嚴格的區(qū)分強度與穩(wěn)定的關(guān)系與界限，對已經(jīng)發(fā)生破壞的原因要究其本質(zhì)，在輕鋼結(jié)構(gòu)中按照有無平衡分叉可以分成兩種：有平衡分叉和無平穩(wěn)分叉，前者又可以稱為是分支點失穩(wěn)，即直桿軸心受壓或平板中面受壓時等的屈曲是屬于這一類的；極值點的失穩(wěn)又稱為無平衡分岔失穩(wěn)，具體來說值得是由于偏心受壓構(gòu)件的塑性發(fā)展發(fā)展到一定程度時所引起的失穩(wěn)。另外，如果出現(xiàn)的是一種或一種以上的穩(wěn)定問題，被叫做是跳躍失穩(wěn)，具體來說是在喪失穩(wěn)定平衡的狀態(tài)下跳躍到另外一個相對穩(wěn)定平衡狀態(tài)的過程。
2.1.2輕鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計要點及經(jīng)驗
首先要確保對輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計符合一般的原則和前提，在確保輕鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需求的前提下還需要滿足以下條件：第一，在對輕鋼結(jié)構(gòu)進行布置時，還要對體系以及各組成部分的穩(wěn)定性等站在整體的角度進行考慮。當(dāng)前的輕鋼結(jié)構(gòu)大多是參照平面體系進行設(shè)計的，因此需要在設(shè)計中增加相應(yīng)的支撐構(gòu)件。在通常的設(shè)計中，往往會忽略多層或單層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的框架穩(wěn)定分析，或僅僅只對框架柱進行簡單的穩(wěn)定計算，在設(shè)計中大多框架支柱桿件的穩(wěn)定是由于假定參數(shù)或假設(shè)得出的，因此設(shè)計者在設(shè)計過程中要借助電子計算機技術(shù)或相關(guān)的建筑軟件系統(tǒng)進行設(shè)計，最大限度的確保假設(shè)條件與實際條件相符，必要時可以將整個結(jié)構(gòu)按照一定的標高進行分解。
對于受彎鋼構(gòu)件板件可以通過以下兩種方式實現(xiàn)局部維穩(wěn)的：第一，對板件的寬厚比進行限制，使其可以達到屈曲承載的極限，第二在構(gòu)件整體達到失效屈曲后，再利用屈曲后的強度達到過接近構(gòu)件的承載極限。除此以外，還可以通過對梁加設(shè)橫向或縱向的勁肋，來解決屈曲后對梁的局部穩(wěn)定工作，加勁肋可以依照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中4.3的相關(guān)規(guī)定進行設(shè)置。
對軸心受壓構(gòu)件及壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定的開展，這也可以通過2 種常用的方式來實現(xiàn)，第一，對翼緣板自由外伸寬度同其厚度之比進行控制，第二對腹板計算高度同其厚度之比進行控制，比如說，受壓構(gòu)件時圓管截面的話，對其外徑與壁厚之比進行控制時，其加肋可以參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中第5.4的相關(guān)規(guī)定來設(shè)置。
2.2輕鋼結(jié)構(gòu)保溫隔熱設(shè)計
輕鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)具有很高的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)大約為：50 w(m.℃)，當(dāng)輕鋼結(jié)構(gòu)受熱達100℃以上時，其抗拉強度將會急劇降低，可塑性增強；當(dāng)受熱溫度達到250℃時，輕鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)的抗拉性則會稍微提升，但可塑性卻會降低，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象；當(dāng)受熱溫度達到500℃時，輕鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)強度將會降到很低，輕鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌。因此，在輕鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境溫度達到150℃左右，就必須做隔熱防火設(shè)計。常用做法為：在輕鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)包耐火磚、混凝土或其他硬質(zhì)防火板材；或根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料技術(shù)規(guī)程》計算并刷涂防火材料。
2.3輕鋼結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計
在很長一個時期內(nèi)，我國輕鋼結(jié)構(gòu)廠房80%以上的都存在不同程度的漏水現(xiàn)象，漏水區(qū)域主要集中在壓型板接口連接處，內(nèi)天溝兩側(cè)檐溝及墻體連接部位。這樣不僅會給建設(shè)方帶來回款難問題，而且會給廠房使用方帶來損失，此外還應(yīng)當(dāng)考慮地區(qū)差異，比如南方多雨時節(jié)與北方化冰時期可能采用同樣的防水措施，這樣便有產(chǎn)生漏水的可能。因此應(yīng)不斷改善輕鋼結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計，以降低由于屋面設(shè)計缺陷帶來的損失。具體設(shè)計方法有：
2.3.1搭接式側(cè)向連接設(shè)計
搭接式側(cè)向連接分為有密封膠槽和物密封膠槽兩類。有密封膠槽的搭接處，要涂抹密封膠條，然后用螺釘進行固定。由于此種固定是外露連接方式，相對比較適用于彩色壓型鋼板。低波壓型金屬板在采用搭接式側(cè)向連接時，連接件應(yīng)保證有200-300mm的間距，這樣便能確保板材的側(cè)向搭接方向與施當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向一致。
2.3.2端部搭接處設(shè)計方案
圖1 屋脊節(jié)點構(gòu)造示意圖
輕鋼結(jié)構(gòu)屋面板大多采用連續(xù)加工的制作方法，在條件允許的情況下，通常盡可能采用尺寸較長的輕鋼板，這樣不僅能夠減少廠房屋面的接縫、又能有效降低屋面滲漏的出現(xiàn)，必要時也可以采用兩塊較短鋼板拼接方式。鋼板的搭接順序要堅持從底部到頂部的順序。如圖1，屋脊節(jié)點構(gòu)造示意圖，壓型鋼板凹槽沿排水方向鋪設(shè)，有利于排水，排水坡度應(yīng)取1/10。
3.結(jié)束語
綜上所述，應(yīng)該加強輕鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性，降低由于設(shè)計缺陷帶來的起失，促進輕鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。同時，建筑輕鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)是一個新型的行業(yè)，它是建筑和機械的混合新型行業(yè)，因此在建筑輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的過程中，要特別注意設(shè)計細節(jié)問題，綜合設(shè)計、施工、技術(shù)、造價、施工、采購等多個環(huán)節(jié)，我們有理由相信在采取合理設(shè)計方案及細部節(jié)點構(gòu)造處理等措施后，能夠為我國輕鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)創(chuàng)造良好口碑及廣闊前景與空間。
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