工业建筑轻钢结构设计问题研究

摘要：笔者结合多年来的工业建筑轻钢结构工程设计实践，通过本文简要介绍了轻钢结构工业建筑的特点，设计时的结构选型、材料选择、构造处理和建筑造型的一般方法。以供同行参考。

关键词：工业建筑；轻钢结构；防火分隔构件；室内物理环境

1 概 述

目前轻钢结构工业建筑主要结构形式为单跨或多跨实腹式截面门式刚架结构承重体系，部分建筑采用钢筋混凝土框架+轻钢屋盖组合结构；围护材料主要有压型钢板和夹心板，从形式上又可分为波纹板和平板（少数建筑采用轻质砌块围护）。板材的连接方式有搭接、咬边、卡扣三种方式。具有以下特点：

（1）施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需45天至2个月，而若采用钢筋混凝土结构则需要6～12个月左右，所用工期为后者的1/4～1/5。

（2）经济效益好：施工周期短，造价低；结构面积较小，实际上增加了使用面积。轻钢结构建筑的含钢量比钢筋混凝土结构降低10%-20%，造价降低10%～30%。一般24m-48m跨工业厂房、仓库，不设吊车，含钢量仅为40-50kg/㎡；设5吨以下吊车梁时，含钢量也只有50-60kg/㎡。在投资决策后短期内便可投入使用，提前获取投资效益，缩短投资回收期；

（3）抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震产生的影响，有利于抗震。

（4）可拆卸搬迁：如果业主需要搬迁，整个建筑可在短时间内拆迁，损失极小，而这是现浇钢筋混凝土建筑所无法具备的。

（5）环保节能：轻钢结构与传统的混凝土结构相比，一是可干式施工，节约用水，施工占地少，减少噪声和粉尘；二是大量减少高能耗材料混凝土和砖瓦的使用；三是建筑使用年限到期，拆除时产生的垃圾少，废钢资源回收价值高。

2 建筑设计

2.1 结构选型

钢结构工业建筑首先应根据生产工艺和设备的要求选择适用、经济的柱距和跨度。在满足生产工艺和设备安装要求的前提下，结合建筑造型设计，就一般项目而言经济跨度为24m、36m。对特定要求的工业建筑（同一跨度、吊车吨位相同、高度相同、使用荷载相同及所处环境相同）随着柱距的增大总用钢量先是减少而后增加这说明存在最优柱距，主要原因是随着柱距的增大，作为整个厂房结构的“用钢大户”刚架的用钢量所占比例逐渐下降，并随柱距的增大降幅趋于平缓；而次结构用钢比率却随柱距的增大而上升，当柱距较大时其用钢量占了主要地位。

2.2 材料与构造

建筑材料的选择和节点构造的设计，直接关系到钢结构工业建筑安全、适用、经济、美观。

（1）安 全

钢结构工业建筑安全包含防火、防腐、抗震、抗风、防雷及防爆等方面，本文结合笔者自身建筑专业，谈一谈钢结构工业建筑防火设计。钢结构工业建筑设计非常重要要的第一步是根据生产工艺、原料和产品的性质特点及其在整体中所占面积比例，确定该工业建筑的

火灾危险性；并结合工程规模确定建筑耐火等级。需要注意的是多（单）层丁、戊类厂（库）房采用轻钢结构时是可以不做防火保护的（使用甲、乙、丙类液体或可燃气体的部位除外，且屋面为不上人屋面），这样能节约造价10%～20%。对于其它需做防火处理的钢构件在轻钢结构工业建筑中一般采取刷薄涂型防火涂料。

① 防火隔墙

工业建筑中内隔墙数量一般较少，大多数内隔墙均有较高的防火要求。笔者在施工图纸校对和多数工程的竣工验收中经常能看到内隔墙与外墙、屋盖间的空缝没有采取有效的封堵措施，防火隔墙特别是封闭楼梯间和疏散通道隔墙起不到应有的防火、隔烟作用。

② 夹层楼板

轻钢结构工业建筑往往在厂房中附设夹层用做仓库或办公用房。在施工图纸校对和多数工程的竣工验收中经常能看到夹层楼板与外墙、屋盖间的空缝有采取有效的封堵措施，夹层楼板起不到应有的防火、隔烟作用。

③ 未出屋面防火墙

适用轻钢结构工业建筑的适用性首先在空间上要满足生产工艺的需求，然后要在室内物理环境上满足生产人员的劳动安全和职业卫生的要求。空间设计往往能得到重视，而室内物理环境的质量常有不尽人意的地方。

光环境。轻钢结构工业建筑拥有良好的室内光环境非常重要，一方面可以节能，一方面可以保证安全生产。室内光环境的质量体现亮度和均匀度上，一般轻钢结构工业建筑进深都大，侧面采光只能解决靠近外墙的一小块区域的采光问题，绝大部分的区域需靠屋面采光。室内采光设计的通用标准为《建筑采光设计标准GB/T 50033-2001》，此外还要结合行业标准，如食品、医药、等行业。屋顶采光形式有点式和条式两种；从采光质量上看点式采光更能保证采光质量，从施工难易程度上看条式采光带施工方便，对于施工水平一般的安装公司来说质量容易保证，不易出现雨水渗漏现象。

热环境。轻钢结构工业建筑室内热环境的控制主要通过保温隔热和通风来调节。保温隔热材料构造有两种：现场安装和成品夹芯板。常用的保温隔热芯材有聚氨酯、EPS聚苯乙烯、岩棉、玻璃纤维棉、聚乙烯；底（内）衬材料有压型（平板）彩钢板、不锈钢板、镀锌板、镀铝锌板、加筋铝箔、强力聚丙烯膜等几种；保温隔热层厚度一般墙面为50厚，屋面为70厚。通风形式有动力风机和自然通风器，自然通风器包括免动力涡轮通风器、避风式通风气楼，复合式通风器等几种类型。通风器宜安装在靠屋脊的位置，通风效果最好，造价相对较低；构造上屋面开孔不易过大，靠屋脊方向应增设导水板，密封材料应采用耐侯性和弹性好的材料，防止雨水渗漏。

声环境。轻钢结构工业建筑室内噪声来源主要为空气噪声、振动噪声及雨水撞击声。对于空气噪声若采用50厚的岩棉夹芯板可隔声降噪约29dB（A），内衬面料采用穿孔材料平均吸音系数SAC=0.85；对于雨水撞击声若采用50厚的岩棉加底衬材料强力聚丙烯膜可降噪19dB（A）；对于振动噪声主要采取阻断振源的办法，除了设备自身采取减振措施外，在振源与主体钢结构间设隔振沟，在安装时尽量避免彩钢板之间的刚性连接而形成“声桥”。

（2）经 济

钢结构工业建筑经济的控制，最根本的在于建筑方案的优化设计。应根据企业的要求和生产的特点在包括项目的选址、总图位置的规划、单体规模的控制、建筑耐久年限和耐火等级的确定、防火分区的划分、建筑造型设计和建筑材料的选择等方面狠下工夫。除了结构上多方案比较得出最优的断面和柱距外，应结合建筑保温隔热、美观等要求选择强度高的夹心板，适当增大檩距减少用钢量；配合建筑、水、电、暖通、工艺等专业的要求适当增加吊挂荷载（尽可能均布），有利于降低用钢量。

（3）美 观

钢结构工业建筑的特点是体量大、水平方向长、形体简洁，建筑构件类型少、规格统一，表观质感好；其整体外观上应是简洁、精致、现代的风格。

3 结束语

钢结构工业建筑造型的设计应根据其自身的特点，充分利用钢结构工业建筑的构成要素：外墙板：高（低）波压型彩钢板、弧形彩钢板、小型彩钢竖直安装平板、大型氟碳涂层水平安装夹芯平板等的材质变化、光影效果和线条对比形成的韵律感；门窗：同一类型的门窗有序的排列形成的韵律感，垂直条窗在低矮建筑上形成节奏感；玻璃幕墙：点、线、面形状各异的玻璃幕墙与外墙钢板形成强烈的材质对比，使轻钢结构工业建筑充满生机；收边：不同色彩和尺度的收边能使轻钢结构工业建筑的轮廓和形体更加清晰、丰满；构架：少量适宜的构架，如网架或点支玻璃雨棚、装饰性强的检修钢梯、避雷针，企业名称字牌等能起到画龙点睛的作用。

作者简介：钟正勇（1980- ），男，大学本科，高级工程师，主要从事建筑结构设计工作。