【摘要】文章首先阐述了轻钢结构厂房施工设计的主要特点，然后分析了轻钢结构厂房设计现状及存在的问题，最后对轻钢结构厂房设计理念及应用进行了探讨。
【关键词】轻钢结构，厂房设计，应用
中图分类号： TU391 文献标识码： A
一、前言
近年来，我国在工程上虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对轻钢结构厂房的施工技术及设计的控制，对确保居民的切身利益有着重要意义。
二、轻钢结构厂房施工设计的主要特点
1．设计问题比较复杂
随着轻钢结构厂房施工的日益频繁，设计管理呈现出较强的复杂性，引发轻钢结构厂房施工设计的因素越来越多。同样的轻钢结构厂房工程，出现的设计问题可能不同；出现了同样的设计问题，引发的原因可能不同，从而对施工技术人员分析、判断、处理问题增加了较大的难度，进而影响了轻钢结构厂房施工的总体设计。
2．设计问题具有可变性
很多轻钢结构厂房工程，最初建成时设计比较过硬。但随着时间的延长和外界环境的发展变化，设计问题容易发生变化。比如：由于应力的作用，一些物的轻钢结构厂房部件，原本没有裂缝的焊接出现了裂缝；部分轻钢结构厂房部件可能长期承重，导致变形扭曲，产生了较大的安全隐患。
3．施工事故发生频繁
目前，我国的大多数物仍以混凝土为主，对轻钢结构厂房施工，很多施工管理人员和技术人员还比较陌生。再加上，我国施工的主体多为民工，他们绝大多数对轻钢结构厂房的施工工艺不了解，导致在施工过程中无所适从，易导致施工事故频繁发生。
4．后果影响比较严重
轻钢结构厂房工程一旦出现设计问题，轻则影响工程的顺利进行，既造成了施工成本的增加，又影响了工期。重则导致物坍塌，给群众的人身、财产安全造成严重损失，导致比较恶劣的社会影响。
三、钢结构在设计中应注意的问题
1、钢结构的设计计算
按排架结构进行计算，有几个设计要点需要注意:一是基础。除发生冲切、剪切破坏之外，还存在较大的弯矩作用，从而导致基础产生倾覆和滑移破坏。在风荷载较大的情况下，特别对于一些敞开和半敞开的结构，轻钢结构自重很轻，有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力，导致基础上拔破坏。为了防止这些破坏的发生，最经济有效的办法是增加基础埋深，对于轻钢结构基础，还须预埋地脚螺栓，用于上部结构和基础的连接，若锚栓离混凝土基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，因此，锚栓离基础边缘的距离不得小于150mm，若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致基础破坏，所以规范也规定了锚栓埋入长度。二是柱脚。柱脚为刚性固定连接，刚性固定连接分为三种形式:露出式柱脚、埋入式柱脚、包脚式柱脚，本设计采用了露出式柱脚即靴式柱脚，在设计手册中有详细的计算过程，可以做到精确计算，对于跨度较大，吊车荷载吨位较高的情况，认为采用埋入式更为合适，对提高和确保钢柱脚和钢筋混凝土基础或基础梁的组合效应和整体刚度有利。三是牛腿处设钢系杆，例如：当下柱截面高度为1100mm时，吊车梁与牛腿连接距下柱形心距离偏心太大，不能保证柱的侧向稳定，所以在牛腿标高处增设钢系杆，以减小柱的计算长度，以防柱失稳，计算时考虑与吊车梁共同传递纵向水平力，同时作为排架柱的侧向支撑点。
2、钢结构的屋面支撑系统及屋面设计
屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑；在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要。无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在70m以内。
3、钢结构的立面设计
轻钢结构的建筑主要有把握以下4个方面的特征：规模、线条、色彩、变化。钢结构厂房的立面主要由工艺布置来决定，在满足工艺的要求下力求立面简洁恢宏同时使节点尽量简单统一。彩色压型钢板使得轻钢厂房的建筑表现得体形轻盈色彩丰富，明显优于传统钢筋混凝土结构的沉重单一。在轻钢厂房的设计中常采用跳跃性色彩和冷色调，重点突出主要出入口、外天沟、收边泛水等地方，既体现了现代化厂房的恢宏气势，又丰富了立面效果。
四、轻钢结构厂房设计理念及应用
1、建筑结构设计整体化
传统钢结构建筑都是按先建筑后结构的理念进行设计，而多层钢结构工业厂房由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计与结构设计同时完成。目前，国外知名设计公司均遵循此理念，而国内多数设计院建筑设计按传统设计方式进行，很难完整地表现其建筑风。
2、围护系统与主体结构设计整体化
国内设计基本按主体结构与围护系统分开设计，合理的做法是统一进行设计。优先选用厚度较薄的截面：使用相同用钢量下截面具有较大的刚度。于此同时，还需注意规范中规定的最小截面。《钢结构设计规范》GB50017规定，在钢结构的受力构件及其不宜采用：厚度小于4mm的钢板，厚度小于3mm钢管。凡需用C级螺栓与支撑杆件相连接的屋架杆件角钢的边长，应注意其所能采用的螺栓最大直径。为便于备料，多层工业厂房所用角钢规格品种不宜超过5种。当两种规格尺寸相近时，宜尽量使其统一，以减少规格数量。
3、构件设计
构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是Q235和Q345，通常主结构使用单一钢种，也可以选择不同强度钢材的组合截面，当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235。当前的结构软件，大都提供截面验算的后处理功能，一些软件可以将验算时通不过的构件，从给定的截面库里选择加大一级，并自动重新分析验算，直至通过，这是常说的截面优化设计功能之一，它减少了结构师的很多工作量，但是，初学钢结构至少应注意两点：软件在做构件的截面验算时，计算长度系数的取定，有时会不符合规范的规定，尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，应该逐个检查。)当预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。强度不满足，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘分厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。使用软件加大界面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区别，实际工作中，常常并不合适。
4、节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。这必须避免。连接的不同对结构影响甚大，会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。连接接点有等强设计和实际受力设计两种常见的方法，设计手册中通常有焊缝及螺栓连接表格等供设计者查用，比较方便，也可以使用结构软件的后处理部分来完成。
（一）、焊接
对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守，焊条的选用应和被连接金属材质适用。E43对应Q235，E50对应Q345。焊接设计中不得任意人加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近，其它详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。
（二）、栓接
普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用，高强螺栓，使用日益广泛，通常8.8s和10.9s两个强度等级，根据受力特点分承压型和摩擦型，两者算方法不同，高强螺栓常用M16～M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。连接板可简单取其厚度为梁腹板厚度增加2mm～4mm，然后验算净截面抗剪等。
五、结束语
通过对新时期下，轻钢结构厂房设计中存在的问题分析，进一步明确了轻钢结构厂房的施工技术及设计控制的努力方向，为轻钢结构厂房的优化完善奠定了坚实基础，有助于提高工程的竞争力和效益。
参考文献
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