工业建筑钢结构中轻钢和重钢差异　

【摘要】本文首先阐述了轻钢与重钢的相关含义，分别从钢结构判定方法、轻钢材料表现特点以及重钢本身所具有的特点说明二者之间存在的差异性，并分析轻钢与重钢在建筑结构、设计特性以及节点设计中的实际运用，以期为后续钢结构设计的有序进行提供参考。

【关键词】工业建筑；结构设计；轻钢；重钢

0引言

现代化工业背景下，促使新型钢结构得到大范围普及，国家推行的装配式建筑，钢结构直接为装配式建筑，主体建筑和维护系统都为装配式建筑，间接加快了城市建设的步伐。在设计钢结构时，可以将其细化为两种类型即轻钢、重钢，二者之间的差异性并不在于其结构本身，但在对比时，也未制定出明确的界限，对此需重视对轻、重钢差异性的分析，以此保证工业建筑结构整体质量。

1轻钢与重钢介绍

（1）轻钢。根据《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（GB51022―2015）相关内容可以明确轻钢的相关定义：实腹门式钢架的承重结构为单跨或多跨形式，是一种轻钢屋架（如图1所示），也可以被视为钢结构架，在制作轻型钢结构时，可以应用轻钢预制板结构。房屋高度不大于18m，房屋高宽比小于1，承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层钢结构房屋。现阶段，后一种制作方法的应用较少，预制板结构原理是在工业建筑钢屋架的上方安装预制板，但在实际建筑结构设计与应用中，上述提到的两类结构一般会选用钢柱作为结构支撑。一般来说，有关于预制板的厚度并没有明确的说明与规定，设计为0.6～12cm即可。在轻型钢结构实际使用期间，需先将已制作完成的预制板运输至施工现场，严格按照要求与规范对预制板进行安装，这一工序与混凝土现场浇筑不同。此外，工业建筑轻钢屋架中所使用的彩钢类型轻钢结构，但通过分析现阶段各工业建筑工程的施工现状后可以看出，该类屋架结构跨度较大。

（2）重钢。重型钢结构与轻型钢结构是相对的，在划分界限方面并不清晰，一般来说，将厚度大于2.5cm的H型钢柱板制成的钢构件称为重型钢结构。但实际而言，轻、重型钢并没有确切分别，因此需结合工业建筑工程实际情况分析二者之间存在的差异及功能。

2工业建筑设计所用的轻钢与重钢的区别

（1）轻钢重钢判定标准。判定结构为轻钢或重钢时，并没有统一的判定标准，在开展工业建筑工程设计与施工时，很多设计人员以及施工人员会根据自身多年的施工经验判断所选用的钢结构，但其仅可以明确该建筑需应用到的钢结构类型，对于二者之间的差异性无法给出准确的说明。因此，在判定轻钢与重钢时，需明确轻钢材料的表现特点以及重钢本身所具有的特点，以此为依据，判断工业建筑工程中应用的钢结构类型。同时，也可以利用施工时采集到的数据判断结构类型，判定方法如下：①分析建筑施工期间每平方米所使用的钢结构材料总量，若材料用量大于50kg/m2，则可以将其认定为重型钢结构；②对施工现场单台起吊车吊起的钢结构重量进行判断，若起吊重量不小于25t，便可以将其判定为重钢；③将构件钢板厚度作为判定依据，如果钢板厚度大于1cm，则说明在该建筑工程施工中，使用的轻钢结构较少，间接表明此工程选用的钢结构为重钢。此外，还可以依托于多项参数对轻钢与重钢进行判定，比如最大跨度、檐高、结构形式等（如表1所示），若使用的钢结构为表1中所列举的数值，则可以判定工程应用的钢结构是轻钢。事实上，不论是站在国家层面还是技术层面，均未使用过“重钢”作为钢结构的表达方法，但为了能够将其与轻钢结构区分开来，可以将重钢称为普钢。因普钢应用的范围较广，其中又包括多种类型的钢结构，因轻钢技术是以“轻”为特点对该类型钢结构加以强调，并以此为依据，对一些具体事项进行相应的规定，但其涉猎的范围仅限于单层门式框架。通常来说，开展工业建筑工程施工时，会采取轻钢、重钢交替的施工方法，对于电厂厂房、展览中心等比较大型的建筑工程会使用重钢，而对于轻钢屋架中的彩钢则为轻钢结构。由此可见，轻钢与重钢之间的差异性并不体现在结构本身的重量，而是根据其所承受围护材料的重量进行确定。

（2）轻钢材料表现特点。在设计轻钢结构时，因腹板屈曲后，钢结构的强度也会随之发生改变，因此需严格控制对加劲肋的设置，应用少量的钢便可，若增加加劲肋的设置，便会增加钢梁整体使用量，间接形成重钢结构。通常来说，当吊车吨位不高于20t时，在钢结构设计时会选择轻型钢结构，若超过限值，则应选择重钢展开建筑钢结构的设计工作，因轻钢在安全度方面无法达到相关要求。此外，开展工业建筑钢结构施工时，涉及的分类较广，比如电力输送型、建筑类等，站在广义的视角来看，钢结构被认定为建筑类，如工业厂房、场馆网架等。在工业建筑表现特点上，主要有轻型屋盖、轻型外墙等，根据相关规定所提出的在不同抗震区域，不通过外墙单层实腹门式钢架结构的均可以被归类为轻型钢结构。该类结构通常指钢结构单位的重量，一般由轻型材料制成，在制作过程中，使用的构件截面厚度大于0.6cm，小于1.2cm，截面结构多数为H型。通过上述对轻型钢材料以及钢结构的分析可以看出，轻钢是指达到相关规定及标准的实腹门式钢架结构。此外，还可以依托于受力构件截面构成对轻钢结构进行划分，以此确定轻钢的其他范畴，主要包括三种结构即由方管或圆管组成的结构、冷弯薄壁型钢结构以及由上述所提到的各个构件共同组成的结构。

（3）重钢对比轻钢特点。相较于轻型钢结构而言，重钢结构独有的特点主要体现在：①在同一工业建筑工程施工中，若使用总钢材用量超过50kg/m2，则该建筑工程所使用的钢结构被认定为重钢结构；②开展项目施工期间，如果同时需要2台或2台以上的起吊车，且每台车辆单次起吊重量高于20t时，便可以说明该建筑工程采用的是重型钢结构；③运送至施工现场且在现场安装过后的钢板厚度不小于1.2cm，构件截面为型钢组合结构时，则表示该结构为重型结构；④工业建筑项目现场搭建的厂房，檐高大于12m，可以将其认定为重钢；⑤在结构开间方面，若开间大于900cm，则说明该工业建筑工程所使用的钢结构为重型钢结构，需要执行《钢结构设计规范》（GB50017―2017）。

3工业建筑设计中轻钢与重钢的实际运用

某生产厂房规模为408.5m×84m，主厂房为4跨21m的钢结构厂房，钢柱间距设定为6m，纵向设置温度收缩缝。厂房设计施工时，共安排2台32t的起吊车，同时又引进1台双层吊车，其下方承重能力为20t，上方承重能力为32t，并在适当的区域安置2台16t的吊车。

（1）建筑结构。采用框架体系设计厂房横梁，纵向则用钢柱进行支撑，设计框架结构时，边柱设计成实腹工字型柱、中柱为格构柱、上段柱、屋面房梁为焊接工字型柱。利用角钢对屋面进行支撑，同时设计适量的纵向支撑，在横向水平支撑的共同作用下，提高厂房整体刚度。连接水平支撑与梁腹板，并将压杆安置在适当的部位。

（2）设计特性。设计该厂房时，主要设计内容包括格构柱、分离柱，应用到的设备为下层为20t、下层为32t的双层吊车。在对现场实际情况进行综合考虑后，确定格构柱与分离柱共同施工的方案：结构柱在工程中所起到的作用是能够承担风荷载、屋面荷载等，分离柱的实际价值是支撑双层吊车的下方吊车竖向荷载，促使其在力的作用下而分离。利用水平工字型柱将双肢进行连接，以此提高框架内部整体稳定性，针对框架外部，则可以采用纵向交叉的方式，实现外部框架稳定性的进一步增强。此外，还可以计算框架内部的水平连接间距，其中外部长度为0.7H，H表示为独立柱肢的高度，柱脚则使用直插式插入钢混凝土杯口内。

（3）节点设计。设计单层厂房柱脚时，会使用大量的钢材，而整体施工中，钢材的用量占总柱重量的15%左右，因此，为了节省钢材用量，减小施工难度，便采取插入式柱脚施工方式，将其插入钢混凝土杯口中，严格按照相关标准确定柱脚的埋置深度，在柱底板合适的位置设置通气孔。为了保证吊车梁与最初设计方案相符，便将上柱连接与水平连接板分别设置在相邻两个屋梁上，再使用螺栓将连接板与端部连接在一起。

4结语

随着工业化以及建筑行业的不断发展，促使建筑工程被大规模建设，钢结构作为工业建筑中重要构成部分，需重视对钢结构的设计。通过对比研究后发现，轻钢与重钢存在的差异性由其所围护材料的重量而决定，但任何一种钢结构，均可以为工业建筑工程整体质量与稳定性提供保障，达到增强建筑使用安全性的目的。

参考文献

[1]吴敌.钢结构工业建筑设计的实践分析[J].林业科技情报，2021（1）：86-88.

[2]林焕强.某厂房建筑项目钢结构工程施工技术要点分析[J].四川水泥，2020（12）：287-288.

[3]周珩.轻型钢结构工业建筑设计研究[J].科学技术创新，2020（22）：116-117.

李述祥 卓美雅（成都）项目管理有限公司

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