济钢集团国际工程技术有限公司 250013
摘要：随着建筑事业现代工业的不断发展，如今新型钢结构建筑在工业厂房中得到广泛的应用。在钢结构设计中，虽然轻钢、重型钢都是重要的构件和组成部分，但两者之间的划分并非表面上的意义，如轻钢并不指某种质量比较轻的钢材，因此两者之间的划分并非以本身的性质及其轻重进行划分。目前我国的轻钢、重钢没有一个统一标准，而是将其中的重量、起吊重量来区别。对于现代工业建筑的设计来说，轻钢、重钢都被认为是不可或缺的原材料，把他们科学的组合，才有利于提高工业建筑的整体设计。
关键词：工业建筑；钢结构设计；轻钢；重钢
1.工业建筑钢结构设计中轻钢和重钢的差异
1.1.轻钢
在建筑钢结构的设计中，轻钢通常是指建筑中的轻钢或者屋架，就是指建筑中的钢结构梁，表现出来的建筑工业化建筑中，主要指的是轻型建筑物的屋盖、外围维护等。例如一般单层实腹门式钢架的结构都是属于轻型钢结构，因为它们在设计过程中的承载能力小，所以使用的都是由轻型钢材来做。另外一种方法就是使用轻钢作为预制板的建筑结构，但目前我国很少使用的轻钢作为预制板建筑结构，通常都是在低空的钢框架再次铺上一块预制板。而且在实际工程中，这两种结构形式的柱都可能采用钢柱。一般我们所指的轻钢结构指的是整体结构的重量采用轻型的材料，预制板的厚度可以按规范要求的范围取值，一般在运用时，预先做好板，再运到现场安装，这与现浇结构不同。另外，轻钢屋顶的彩钢板是轻钢结构，但是鉴于现场施工情况，轻钢屋顶桁架结构可能性相对较大。以下结构应属于轻钢结构：（1）冷弯薄壁钢结构（2）由方管和圆管组成的钢结构（3）由上述组件组成的钢结构。
1.2.重钢
根据我国现有的技术文件和标准，重钢的概念并不清楚，而重钢的概念主要是用来区分轻钢和轻钢结构的。以H型钢轻钢和重钢的区别和用途为例，重钢在冶金车间、发电厂和大型加工车间等大型车间有更多的应用。工程上在钢结构的施工中，使用轻钢结构设计时，可以通过考虑屈曲后腹板的强度来减少钢筋的固结，用钢量相应也会减少，可以称之为轻钢结构。相反会加大用钢量，这就可以称为重钢结构。您会看到，与轻钢的概念相比，重钢被更恰当地称为“普钢”。一般的钢结构是广泛的，各种钢结构，钢结构载荷，甚至轻钢相关内容都可以反映在钢结构规格中。但是，当起重机吨位小于2t时，可以使用轻钢结构。否则，将使用重型钢结构，因为轻钢结构的安全性无法满足要求。因此，轻钢与重钢之间的差异是相对的，边界不明确，并且H型钢柱腹板厚度为25mm或更大的构件通常称为重钢结构。
1.3.其他
另外，钢结构在施工中的分类很广，钢结构体系中不仅只包含轻钢和重钢结构。如大跨度的会展中心、体育场、高层钢结构，这些建筑虽然跨度大、含钢量大，但是会展中心、体育场主要属于空间结构，高层建筑为剪力墙、框架剪力墙结构，与重钢、轻型钢结构仍存在明显差异，因此非工业建筑的分类还是以钢结构类型为准。
2.轻钢和重钢在工业建筑结构设计中的应用
2.1.结构形式
钢结构厂房一般指的是门式钢架，主要采用轻钢结构，较常用的材料是“高频焊接轻型H型钢”。维护结构通常使用轻质型材钢板或夹心板。普通工厂建筑的结构范围更广，除采用轻钢结构外，还包括多层高层钢框架或框架支撑结构。工业工厂通常使用热轧钢，维护结构通常由石材和混凝土组成，以形成钢筋混凝土结构，例如钢筋混凝土地板，混凝土包层钢柱，地板混凝土结构和上部钢结构。
钢结构车间设计的主要考虑因素是屋顶桁架的设计非常复杂，尤其是用于单层钢结构车间的屋顶桁架的设计，但是多层屋顶桁架设计的重要性略有降低。可以根据《钢结构设计手册》和《钢结构设计规范》规范执行特定的设计标准，并且在工厂设计中，必须根据《门式刚架结构轻型房屋钢结构技术规程》和相关的设计规范确定柱顶的位移和柱高。
2.2.设计分析
这里以某工程案例说明具体情况：钢架工厂厂房跨度为30m，总面积为2000m2。整体用铁板焊接时，分为4个施工部分。如果顶梁组件由轻型H形钢制成，则必须分为五个施工部分并整体使用。连接了地脚螺栓。焊接钢板的厚度通常为50mm。板的两面都是薄钢板，中间是泡沫。它具有良好的隔音和隔热性能，易于重叠且运输方便。在工厂建设中非常普遍，已采用这种类型的板设计。该工厂不仅施工方便，而且外观漂亮，设计了干净的车间，可以选择这种木板。
此外，在工程设计阶段，使用PKPM软件进行建模，例如门式钢架车间，柱构件焊接H型钢和梁构件焊接H型钢。在初始设计中，梁截面的两端都很小，中间截面很大，因此，如果PKPM软件计算出的参数指标没有超过限制，则必须严格控制可变截面的两端面积。试算型钢梁截面为两端大、中间小时，必须确保结构的刚性，稳定性和整体强度。因此，可以以小端和大中间的形式计算钢梁的截面，并且如果需要，可以更换截面。本项目车间的柱截面为400x300x10x20mm焊接H型钢，梁截面为800x300x10x18mm焊接H型钢，设计基本风压为0.8MPa，跨度为30m，柱高为5.5m，通过屋顶坡度为1:10的轻型起重机。该设计方案有效地提高了钢结构设计的安全性和稳定性。也可以减少钢的使用量，降低了施工成本。
另外，在设计过程中，需要确定顶梁的高度。高度通常为跨度的10%到15%。由于大跨度的梁必须承担更大的重量，因此使用较轻的钢结构来减少屋顶荷载。为了保持组件连接的稳定性，使用中型钢来满足边坡的垂直载荷和风载荷要求，并根据此原理控制钢的数量，以实现轻型钢和重型钢的灵活合理组合。
2.3.节点设计
接头设计还可以选择轻钢和重钢。节点的主要功能是支撑结构的重量。由于轻钢薄且承受力低，因此，如果接头的承受力太大，则接头可能会变形。因此，为了发挥支撑和加固的作用，对于过度支撑的节点应选择重钢，对于低支撑的节点选择轻钢、重钢都可以，通常，主要使用轻钢，这样，接头设计变得更加灵活，不仅节省了钢材，而且可以确保工厂结构的稳定性。节点施工时，首先焊接梁的下部，以便对称焊接。焊接下部后，焊接上部。当翼缘厚度超过30mm时，上下交替焊接。焊接柱状托板时，对称焊接至板厚的1/3时，切开托板，将两层焊接的接头错开，层间温度控制在120℃至150℃之间。
3.结束语
综上所述，重钢是在有了轻钢的存在后才提出的一种钢材种类，与“普通钢”的区分没有区别。考虑到工厂的稳定性和风荷载，有必要增加一定的静载荷并增加钢的用量，这种结构是重型钢结构。但是，从整体工厂设计的角度来看，一般工厂设计部分采用重型钢结构，而整体结构仍然是轻钢结构，因此轻钢结构也使用重钢，这两种钢在设计和施工中大多是结合使用的。
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