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        輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計研究

        2020-01-09 14:05:01周珩
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2020年22期
        關(guān)鍵詞:屋面鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)

        周珩

        (廣西糧食設(shè)計院有限公司,廣西 南寧530023)

        以往工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)組成以鋼筋混凝土為主,消耗的材料較多,而且很容易造成資源的浪費。在“綠色建筑”背景下,輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑領(lǐng)域成為一種熱門材料。除了在使用性能等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的建筑材料外,輕型鋼結(jié)構(gòu)還具有易于組裝和拆卸,可以反復(fù)使用的優(yōu)點,從而提高了材料的利用率,符合節(jié)能環(huán)保理念。近年來,受到城市轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響,大量的工業(yè)廠房開始搬遷,新的工業(yè)建筑在設(shè)計與施工時,可以優(yōu)先考慮輕型鋼結(jié)構(gòu)。在這一背景下探究輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計要點,具有重要的現(xiàn)實意義。

        1 工業(yè)建筑中輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢

        輕型鋼結(jié)構(gòu)融合了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點,成為了工業(yè)建筑中應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)型式。其應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:其一,輕型鋼結(jié)構(gòu)的自重輕,即便是大批量使用這種材料,工業(yè)建筑的自重不高。同樣體積的鋼結(jié)構(gòu),使用輕鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,只有普通鋼結(jié)構(gòu)的1/3,是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/10。由于自重較輕,在工業(yè)建筑施工時基本上不需要考慮地基嚴(yán)重沉降等問題。只需要簡單的進(jìn)行地面整平處理,或是澆筑薄層泥漿,就可以滿足工業(yè)建筑的穩(wěn)定性需求。施工周期短,建筑穩(wěn)定性好。其二,工業(yè)建筑的跨度較大,對穩(wěn)定性、抗震性、抗壓性都有極高的要求。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房,在受到震動后很容易出現(xiàn)墻體開裂,甚至有倒塌的危險。而輕型鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑,輕型鋼構(gòu)件本身具有一定的彈性形變能力,在受到震動后可以通過輕微變形實現(xiàn)力的消解,保證了工業(yè)建筑的使用安全。因此,輕型鋼結(jié)構(gòu)除了在工業(yè)建筑領(lǐng)域有所應(yīng)用外,也被廣泛的使用于救災(zāi)安置房中。

        2 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的空間設(shè)計

        2.1 結(jié)構(gòu)選型。根據(jù)工業(yè)企業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的實際需求不同,在設(shè)計輕型鋼結(jié)構(gòu)時,需要使用到的結(jié)構(gòu)類型也有很大差異?,F(xiàn)階段較為常見的有門式鋼架、箱體式鋼架以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。以門式鋼架工業(yè)建筑為例,將大量不同尺寸的輕型鋼,按照設(shè)計方案進(jìn)行拼裝、固定,形成建筑骨架。后期建筑拆除后,這些輕型鋼材料約有80%-90%可以重新回收使用。從結(jié)構(gòu)的細(xì)部組成上來看,主要有連續(xù)梁框架、邊柱、角柱等組成,連接部位通常采用焊接的方式進(jìn)行固定,也有的使用螺絲固定。門式鋼架結(jié)構(gòu)通常適用于中小型工業(yè)建筑,在大型工業(yè)建筑中,也可以將若干個門式鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行并聯(lián),但是需要在連接部位做好固定。

        2.2 設(shè)計要點

        2.2.1 形體錯列。輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時,形體錯列的主要原因是實現(xiàn)受力分解,特別是大跨度工業(yè)建筑,通過形體錯列可以縮短跨度,避免中間部位的輕型鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的彎曲、下沉。根據(jù)錯列方向的不同,可以分為垂直錯列和水平錯列兩種類型。垂直錯列就是每隔一定的跨度,調(diào)節(jié)輕型鋼結(jié)構(gòu)的高度,形成高低錯列。這樣既可以提升工業(yè)建筑的立體感,增強(qiáng)了美觀性,同時又能夠保證工業(yè)建筑的輕型鋼結(jié)構(gòu)受力相對均衡。水平錯列多見于箱體結(jié)構(gòu)多層建筑。它最大特點是建筑橫向空間可根據(jù)需要無限延伸,單個箱體自成功能或在內(nèi)部相互連通成為大空間。在工業(yè)建筑中,常出現(xiàn)在工業(yè)展示建筑中。

        2.2.2 結(jié)構(gòu)懸挑。工業(yè)生產(chǎn)不僅僅在室內(nèi)進(jìn)行,開敞的半室外空間明確了建筑功能流線,更方便分流原料和商品的運(yùn)輸、卸貨。輕鋼結(jié)構(gòu)延展性強(qiáng),屋面結(jié)構(gòu)可向外挑出較大的灰空間。這種懸挑式輕鋼屋面在原油加工銷售一體化行業(yè)、礦產(chǎn)加工業(yè)、工廠提貨區(qū)等生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,也可單獨作為廠區(qū)大型遮雨、集會設(shè)施。

        2.3 結(jié)構(gòu)節(jié)點的空間造型。現(xiàn)代建筑強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)造型,暴露的節(jié)點真實表現(xiàn)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的關(guān)系,成為一種新的審美情趣。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點能立體地解決節(jié)點處受力問題以外,還可根據(jù)造型要求塑造出具有邏輯性的空間形象,將結(jié)構(gòu)之間力的傳遞藝術(shù)化、視覺化。因此,空間形態(tài)精致與否往往體現(xiàn)在這些節(jié)點細(xì)節(jié)的精致程度上,精確簡潔的結(jié)構(gòu)節(jié)點無疑是輕鋼建筑空間設(shè)計的重點。

        3 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的立面設(shè)計

        3.1 門窗設(shè)計。工業(yè)建筑的門、窗,以及部分建筑中的雨棚等部位,是輕型鋼結(jié)構(gòu)立面設(shè)計的重點內(nèi)容。在門的設(shè)計上,根據(jù)實際生產(chǎn)需求不同,廠房入口選用卷扎門、大型推拉門或平開門等門型樣式。裝卸區(qū)的大門加設(shè)門套和防撞立柱保護(hù)門面,可與雨棚結(jié)合設(shè)計,同時保護(hù)入口免受雨水侵蝕。當(dāng)門窗位置不在同一高度時,可通過增大入口的視覺尺寸來配合窗的排列。在窗的設(shè)計上,要結(jié)合工業(yè)建筑的運(yùn)行、生產(chǎn)需求進(jìn)行靈活設(shè)計。例如造紙廠之類的工業(yè)建筑,窗戶除了采光作用外,還必須考慮通風(fēng)、除味的功能。在設(shè)計時,應(yīng)盡量將窗的面積設(shè)計的大一些。而對于食品廠、電子廠之類的工業(yè)建筑,需要在封閉式環(huán)境下運(yùn)行,這時窗的設(shè)計就要盡可能的小。

        3.2 色彩設(shè)計。輕型鋼結(jié)構(gòu)本身具有一定的美觀性,在工業(yè)建筑設(shè)計上,可以搭配一些醒目的色彩,進(jìn)一步提高建筑的美觀度。另外,在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)部,也可以通過標(biāo)識性的顏色,對內(nèi)部職工的心理產(chǎn)生暗示作用,營造一個舒適、高效的環(huán)境。在色彩設(shè)計中,可以選擇彩色壓型鋼板,也可以搭配使用一些玻璃幕墻,增加了工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)面的色彩豐富度。根據(jù)工業(yè)建筑內(nèi)不同的功能分區(qū),設(shè)計不同的顏色。例如工作區(qū)主要以綠色、藍(lán)色為主,綠色可以緩解視覺疲勞,而藍(lán)色則給人一種干凈、整潔的感覺;休息區(qū)、生活區(qū)主要以白色、米黃色為主,能夠給人一種溫暖、和諧的心理暗示。

        3.3 隔熱設(shè)計。工業(yè)建筑因為作業(yè)環(huán)境的特殊性,對溫度有一定的要求,通常要求恒定在某一個溫度值。因此在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計時,還要考慮隔熱設(shè)計。重點從門窗部位、外墻部位著手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在輕型鋼結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上,可以根據(jù)保溫隔熱等具體需求,有選擇性的使用一些輔助材料,例如ALC加氣混凝土板、彩色壓型鋼板等,都可以滿足這一需求。在建筑外墻設(shè)計上,也可以考慮使用新型高性能的隔熱材料,例如離心玻璃棉等,將這些新型材料鋪貼、固定在輕型鋼結(jié)構(gòu)上,滿足工業(yè)建筑的設(shè)計、施工與使用需求。

        4 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑屋面設(shè)計

        4.1 功能設(shè)計。工業(yè)建筑屋面的面積較大,一些連續(xù)、多跨的建筑,還分為多個屋脊,包含多個內(nèi)天溝,因此對屋面設(shè)計也提出了較高的要求。在屋面設(shè)計時,首先要保證各項基礎(chǔ)功能的發(fā)揮,滿足工業(yè)建筑正常、安全使用的需求。例如,要重點做好屋面排水設(shè)計,排水坡度通常在3%-5%之間。如果坡度過大,必然會擠占工業(yè)建筑的室內(nèi)空間;而坡度偏小,則會影響排水效果。還有就是屋面板接縫處要重點做好防水設(shè)計,內(nèi)天溝也要保證排水效果,避免因為設(shè)計不合理而出現(xiàn)長期積水的問題。除了排水設(shè)計外,像屋面通風(fēng)、屋面采光等,也都是輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計中必須要關(guān)注的地方。

        4.2 造型設(shè)計。為了保證輕型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,在屋面結(jié)構(gòu)上一般不作太多形式上的設(shè)計,以追求實用和保證穩(wěn)定、安全為主。但是現(xiàn)代一些大型工業(yè)建筑,對美觀性也有較高的追求,因此在屋面造型設(shè)計上也要盡量做到實用性和美觀性的統(tǒng)籌兼顧。例如,設(shè)計人員可以考慮采取墻面屋面一體式設(shè)計方案,讓水平屋面和垂直墻面自然過渡,不留棱角,這樣排水十分方便,而且造型十分新穎獨特,也滿足了觀賞要求。除此之外,像入口強(qiáng)調(diào)式、結(jié)構(gòu)組合式等,也都是近年來輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑常用的屋面造型設(shè)計模式。

        5 結(jié)論

        在建筑行業(yè)廣泛推行“綠色設(shè)計”的背景下,對于輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的設(shè)計提出了更加多元化和高標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計師應(yīng)當(dāng)充分了解輕型鋼結(jié)構(gòu)自身的應(yīng)用優(yōu)勢以及特殊功能,然后重點從空間結(jié)構(gòu)、立面結(jié)構(gòu)以及屋面結(jié)構(gòu)這三大部分,制定相應(yīng)的設(shè)計方案。在滿足輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑實用功能的基礎(chǔ)上,還要兼顧造價成本、施工難度等方面,保證設(shè)計方案的可行性。只有設(shè)計方案合理可行,才能將輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢體現(xiàn)出來。

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