轻钢结构建筑设计的理念及特点

近些年来，随着我国经济的飞速发展和城市化建设进程的不断加快，进一步推动了建筑业的发展。轻钢结构以其施工周期短、性价比较高、环保性良好、抗震性能力强等优点被广泛应用于建筑领域当中。轻钢结构在当今的居民建筑、厂房建筑等领域发挥着不可替代的作用，因此对轻钢结构的建筑设计进行探讨十分必要。
2 轻钢结构简介
2.1 轻钢结构概念
所谓的轻钢结构具体是指结构主要构件的钢板厚度大于等于10mm。从某种角度上讲，轻钢属于一个不太精确的名词，在建筑领域中，对它的解释有两种：其一，按照我国现行的GB50017-2003中的有关规定指出圆钢、小角钢的轻型钢结构是指采用圆钢和小于L45×4与L56×36×4的角钢制作而成的轻型钢结构[2]，这种结构在钢材匮乏的年代用于不适宜钢混结构制造的小型结构当中，目前已经不叫少见；其二，按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中的有关规定指出具有轻型屋盖和轻型外墙的单层实腹门式钢架结构，这里的轻型主要是围护结构是以轻质材料为主。由于目前我国现行的规范和技术文件当中都没有重钢结构一说，为了区别轻型钢结构建筑，更准确一点的说法应当是普钢结构。这是因为普钢结构的范围相对要更广一些，既可以包含各种类型的钢结构且无论荷载大小，而且还能包括轻钢结构的许多内容。轻型钢结构建筑技术规程仅仅是针对该结构“轻”的特点规定了一些具体的内容，这些内容的范围只局限在单层门式刚架。可见，轻钢与重钢之分并不在于结构本身的轻重，而是在于所承受的围护材料的轻重。
2.2 轻钢结构材料选择
钢材的选用是一个比较关键的环节，具体设计中，应结合工程的实际情况并考虑以下几个方面：其一，应遵循经济性原则来选择钢材。按照当前的建材市场行情来看，Q235钢与Q345钢的差价一般在几百元左右，对于没有特殊要求的轻钢结构建筑，应考虑选择Q345钢，若是结构设计中，构件截面对强度要求较高，应采用Q345钢，如果是对刚度要求较高则可采用Q235钢；其二，按设计荷载选用钢材。轻钢结构建筑中，对于直接承受动荷载的构件应选用Q235B、Q235C或是Q345钢，而直接承受静荷载或是间接承受动荷载的构件则应采用Q235B或是Q235BF。除了钢材选用以外，柱脚的设计也需要特别注意。目前，轻钢结构建筑中柱脚通常都是采用铰接或是刚接，具体选则时应当结合工程设计要求、建筑高度、风荷载大小等因素进行确定，如门式刚架柱脚应采用铰接，而厂房内有5t以上桥式吊车时柱脚则应采用刚接[2]。
3 轻钢结构建筑设计理念
由于轻钢结构自身所具备的特殊性，使其在设计理念上也与一般建筑结构有所不同，轻钢结构建筑的设计理念具体体现在以下几个方面上：
3.1 一体化结构设计理念
大部分传统钢结构建筑在进行设计时，一般遵循的都是先建筑设计再结构设计的理念，而轻钢结构建筑因其自身材质的特殊性以及相关设计软件的先进性，使得整个轻钢结构建筑设计程序实现了一体化的设计，简而言之，就是建筑设计与结构设计能够在同一时间内完。
3.2 主体与围护结构的一体化设计理念
目前，国内的轻钢结构建筑通常都是主体结构与围护结构分开设计，而合理的做法应当是两者一并设计，即主体与围护结构的一体化设计，为进一步确保轻钢结构建筑整体安装施工的精确度，若是在柱与柱之间加装轻质墙板，则应当执行建筑模数制[3]。
3.3 截面优化设计理念
在进行轻钢结构建筑设计的过程中，减少钢材的用量是设计的主要任务之一，但这样一来便容易造成结构分析与构件计算复杂化。通常情况下，在门式钢架中，常规的做法是采用轻型焊接变截面工形柱与分段变截面工形梁再借助腹板屈曲后达到的强度来实现这一目标。轻钢结构建筑截面优化的常用方法有很优化理论、穷举法等等。
3.4 建筑表现理念
轻钢结构建筑的表现设计理念可归纳为以下几个方面：其一，建筑整体规模，大跨度的轻钢结构建筑具有恢宏磅礴的气势，这是普通建筑不具备的；其二，线条。轻钢结构建筑中，一般都是使用大量的屋面采光板进行采光，有效地减少了墙面窗口的数量，既能确保建筑采光良好，又能保证墙板线条的流畅性，从而形成独特的建筑风格；其三，色彩。金属压型钢板具有非常丰富的色彩，这使得轻钢结构建筑在色彩的表现上别具一格，色彩的多样性也为建筑师进行设计预留出了一定的想象空间，避免了色彩单调、雷同的情况发生。
4 轻钢结构建筑优点
4.1 施工周期短
对于轻钢结构而言，其大部分构件基本能上都在工厂内制作完成，而在施工现场只需要进行简单的拼接安装即可，一些规模中等的工业厂房整个施工周期大概只要45-60d左右便可完成，如果采用钢混结构很低也需要8个月左右才能竣工。两者相比之下，轻钢结构在工期上的优势非常明显。
4.2 性价比较高
因为轻钢结构建设工期较短，所以能够提前投入使用，这样一来便可以更早的获得投资效益，若是使用彩色压型钢板还能显著改善周边环境的动态感，而且结构本身的自重较轻，耐久性也非常高。根据目前我国建材市场的价格，轻钢结构的整体造价要比钢混结构低很多，同时结构的跨度越大其优势也就越明显。
4.3 环保性良好
钢结构建筑又被称之为绿色建筑，在国外这种结构形式的建筑非常广泛，与混凝土结构相比，其在环保方面具有如下优势：其一，可以采用干法进行施工，节水效果明显，并且施工占地面积较小，基本无噪音和粉尘等污染；其二，由于轻钢结构本身的自重较轻，因而地基基础不需要太深，这在一定程度上减少了取土量，对土地资源的破坏比较轻微；其三，因该结构本身是以轻型钢材为主，这样一来减少了混凝土和砖砌体的用量，当结构达到使用寿命拆除时，也不会产生太多的固体废弃物，钢材还能回收再利用，环保效果十分明显。
4.4 抗震性较高
钢结构本身属于柔性结构的一种，加之轻钢结构的自重较轻，所以能够有效地降低地震等灾害对结构稳定性的影响，它的抗震性要比普通混凝土结构高很多。虽然轻钢结构的优点较多，但是其也存在一定的缺陷，如耐腐蚀性不高、耐火性较差等，这与钢材本身的特性有关，所以对这两方面要求比较严格的建筑类型不适用于轻钢结构，一旦采用轻钢结构，必须进行防腐蚀和防火处理，这样一来会提高成本。
四、结束语
总之，加强对轻钢结构的认识，提高轻钢结构的设计水平，努力做到恰到好处的运用，重视轻钢结构的施工质量，方能确保轻钢结构建筑的设计效果。