轻钢（冷轧钢）建筑设计面临的困惑

一、轻钢（热轧钢）建筑结构体系争议之争（一）引言

近10年来，中国企业从美国进口了许多热轧轻钢建筑结构加工设备和设计软件。 迅速带来了热轧轻钢建筑结构体系的理论，即热轧轻钢建筑结构体系在中国衍生出了无数的“孪生”兄弟，如台湾的轻钢建筑结构体系、澳大利亚的轻钢建筑结构体系、新西兰轻钢建筑结构体系等钢建筑结构体系、美国轻钢建筑结构体系等。

然而，热轧轻钢建筑结构体系的“哥哥”——2×4轻木建筑结构体系在国内却没有衍生出这么多的“双胞胎”兄弟。 因为无论是日本、美国、日本、澳大利亚、新西兰，甚至亚洲，2×4轻木建筑结构体系都是2×4轻木建筑结构体系，没有国家之分。

我国热轧轻钢建筑结构体系为何衍生出这么多“孪生”兄弟？ 现在还不得而知。

那么国际上是否公认这是区分各国热轧轻钢建筑结构体系的方式呢？ 应该不予认可，因为这些说法在国际热轧轻钢建筑行业中很少见。

热轧轻钢建筑结构体系是2×4轻木结构建筑体系的儿子，两兄弟的年龄相差约150年。 但两个“兄弟”的热负荷特性却完全相同，即：

n 进入静止线骨架；

n具有重复和复合效果的负载共享。

唯一的区别是预制构件的简单更换，即将2×4轻木预制构件更换为热轧轻钢预制构件。

事实上，不仅预制构件的材质从木材变为钢材，紧固件也从“钉子”变为“螺钉”。

没有其他实质性变化。

我国各种热轧轻钢建筑结构体系的“孪生”兄弟是如何定义的？

从各种材质来看，我国现有的热轧轻钢建筑结构体系是按照国家来区分的，或者是按照热轧设备的生产厂家来区分的。

(2)根据国家规定的热轧轻钢建筑结构体系

按国家分有：英国轻钢建筑结构体系、澳大利亚轻钢建筑结构体系、新西兰轻钢建筑结构体系、美国轻钢建筑结构体系等。

按国家区分，实际上是按国家标准区分。 因为虽然世界各国的热轧轻钢建筑结构体系的热学特性都是相同的，而各国的人文、地理、地质、地震、风环境又各不相同，所以有必要制定国家标准各国家或地区因地制宜。 。

最具代表性的是北美的法国、加拿大、墨西哥。 这三个国家的热轧轻钢建筑结构体系标准几乎相同，仅有细微差别。

此外，美国和加拿大的热轧轻钢建筑结构体系标准几乎相同。

然而，不仅我国的热轧轻钢建筑结构体系标准没有采用英国钢铁协会（AISI）的预制构件设计标准，世界各国的热轧轻钢建筑结构体系标准也没有采用英国钢铁协会（AISI）的预制构件设计标准。等效或完全采用英国钢铁协会（AISI）预制构件设计标准，英国钢铁商会（AISI）还免费提供热轧轻钢建筑结构体系预制构件设计软件——WINAISI致全世界。

除中国外，各国热轧轻钢建筑结构体系标准的差异仅体现在荷载参数上，因为荷载参数是根据该国的人文、地理、地质、地震和风环境编制的，没有什么其他的了。 有很大的区别，特别是设计理论和估算方法都是采用安全系数法，或者载荷和阻力系数法，甚至最先进的直接硬度法。

古语云：“失一村，不失一户”。 这样一来，如果按照国家标准来判断的话，中国的热轧轻钢建筑结构体系也应该加入进来，因为中国也有自己的热轧轻钢建筑结构体系国家标准。

(3)按热轧设备生产厂家区分热轧轻钢建筑结构体系

据热轧设备厂家介绍有：FRAMECAD轻钢建筑结构系统、Hayes轻钢建筑结构系统、METFRAMESYSTEM、PinnacleCAD（日本巅峰超轻钢）冷弯薄壁轻钢建筑结构系统等。

热轧轻钢建筑结构体系为什么要按照热轧设备厂家来区分？ 这是因为各个热轧设备制造商的设计软件不同，无法互换，所以热轧轻钢建筑结构体系的众多“兄弟”就成了“孪生兄弟”。

同样，“失去一个村庄，就不能失去一个家庭”。 这样一来，如果按照热轧设备制造商来判断的话，中国的热轧设备制造商也应该增加很多。 我国热轧设备生产企业至少有数十家，因此我国本身就有无数热轧轻钢建筑结构体系的“孪生兄弟”。

（4）热轧轻钢的“设计软件”是什么？

热轧轻钢建筑结构体系的每一个“孪生兄弟”都拥有独特的设计软件。 而且他们都声称自己的软件是热轧轻钢建筑结构系统的“设计软件”。

然而建筑领域的同仁都知道，单体建筑的设计包括：建筑设计、结构设计、装饰设计、水电设计、暖通设计、基础设计等等。

建筑设计包括：建筑功能布局、建筑造型、建筑基调、建筑肌理等，现在有红色建筑设计、建筑节能设计等改造花样。

建筑设计现在基本上是通过CAD或CAD扩展产品来完成的。 最多就是通过3D软件建模，渲染后生成疗效图。 该疗效图还可以扩展并放入动画软件中，产生动态的疗效。

结构设计现在基本都是用CAD，或者其他二维设计软件（如PKPM）来完成。

其他设计基本由CAD完成。

建筑业不如机械工业先进。 全行业早已采用3D设计与制造（CAD&CAM）软件（我会专门写一篇文章介绍热轧轻钢设计的CAD&CAM软件来澄清事实），3D复制技术在机械领域也得到了应用长期设计、制造。

概念建筑3D打印技术已经存在很长时间了，但这只是一个特例。

事实上，建筑行业还没有进入3D设计，还处于2D设计阶段，更不用说3D复制建筑技术了。

尽管建筑师很早就开始使用 3DMAX 等 3D 设计软件，但它仅适用于治疗图。

那么，市场上很多企业订购的热轧轻钢“设计软件”有哪些呢？

答案很简单，它不是计算机辅助设计（CAD）软件，而是计算机辅助制造（CAM）软件，即仅适用于热轧轻钢加工设备。

这让许多既不懂架构又不懂软件的高管感到惊讶。 花巨资买来的热轧轻钢“设计软件”并没有他们想象的那么万能。 现实情况是，那些所谓的公司“设计软件”既不能做建筑设计，也不能做结构设计，只能用来启动热轧轻钢设备。

2、轻钢（热轧钢）建筑设计面临的难点

(1)底漆

近年来，国外不少厂家花费巨资引进了一些轻钢（热轧钢）建筑设计软件和相应的制造设备，但基本上都没有发挥出太大的作用。 苦苦寻找一个理由。

最近接到电话，对方问我们公司的轻钢（热轧钢）建筑设计软件是CAM还是CAD？ 一下子，困扰我很久的问题就解决了。

(2)CADORCAM？

1.什么是CAD？

CAD是Computer Aided Design的缩写，意为计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design），是指帮助设计人员借助计算机和图形设备来进行设计工作。 在设计中，一般需要利用计算机对不同方案进行大量的估算、分析和比较，以确定最佳方案； 各种设计信息，无论是数字、文本还是图形，都可以存储在计算机的显存或外部存储器中。 可以快速保存和检索； 设计师通常从草图开始，将草图转化为工程图的艰巨工作可以交给计算机； 计算机手工形成的设计结果可以快速制作图形，以便设计者及时对设计做出判断和修改； 借助计算机可以进行图形编辑、放大、缩小、平移、旋转等图形数据处理工作。 添加Auto意味着它可以应用于几乎所有与绘图相关的行业，例如建筑、机械、电子、天文、物理、化工等。

CAD 最早的应用是在汽车制造、航空航天和电子行业的大公司中。 随着计算机变得越来越便宜，应用范围也越来越广。

此后，CAD 实施技术发生了许多变化。 这个领域刚开始的时候，主要是用来形成类似手绘图的图画。 计算机技术的发展使得计算机在设计活动中的应用更加有条不紊。 现在，CAD早已不仅仅用于绘图和展示，它已经开始进入设计师专业知识中更“智能”的部分。

随着笔记本电脑技术的发展、性能的提高以及更加实惠的价格，许多公司都采用了三维图形设计。 前几年，由于笔记本性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计上，缺乏真实感，而三维绘图则突破了这一限制，让新的设计蓝图变得更加有形。

添加Auto意味着它可以应用于几乎所有与绘图相关的行业，例如建筑、机械、电子、天文、物理、化工等。

早期，机械行业充分利用了AutoCAD的强大功能，但现在大多数行业的机械设计都采用了兼具计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造功能的3D设计软件。 CAD仅用于少数简单的设计，或者需要2D纸质文件时（例如归档），并且可以从3D文件导入此类2D文件。

对于建筑来说，我们只使用了CAD的一小部分，但如果不是用CAD来勾勒出三维的建筑造型和室内效果，那么我们使用的CAD中的工具就更少得可怜了。

由于早期的CAD并不是为建筑行业开发的设计软件，很多功能并不利于建筑设计，因此需要在CAD的基础上进行二次开发，减少设计软件包，开发适合建筑的CAD软件设计，如天正CAD。

2. 什么是CAM？

CAM是ComputerAidedManufacturing的缩写，意为计算机“辅助”制造。

计算机辅助制造是指机械制造业中利用电子数字计算机通过各种数值来控制车床和设备，手工完成离散产品的加工、装配、检测、包装等制造过程。 简称凸轮。

除了对cam的狭义定义外，国际计算机辅助制造组织（cam-i）对计算机辅助制造还有广义的定义：“通过计算机与制造对象的物质资源或人力资源之间的直接或间接连接接口企业，计算机技术有效地应用于企业的管理、控制和处理业务。” 根据这个定义，计算机辅助制造包括企业生产信息管理、计算机辅助设计（cad）和计算机辅助生产制造三部分，其中计算机辅助生产制造包括连续生产过程控制的两种计算机控制方法。这些广义的计算机辅助制造系统也称为集成制造系统（ims），采用计算机辅助制造零部件可以提高对产品设计和品种变化的适应性，提高加工速度和生产手工水平，缩短加工计划时间，降低生产成本，提高批量生产中的产品质量和劳动生产率。

目前市场上流行的3D设计软件（如UG、Pro-E、SolidWorks、Solidedge、SolidMX、Catia、Alias、MasterCAM等）基本上都具有计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造的双重功能，甚至更多功能。 但这些“制造”仅指机械制造。 而不是建筑施工。

图1是使用Solidedge设计的三维图。

图2是使用SolidWorks设计的三维图。

由于建筑工业化水平远远落后于制造业，建筑行业尚未开发出具有计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造双重功能的3D设计制造软件。

从表1可以看出，轻钢（热轧钢）行业已经有少量计算机辅助制造软件，但功能不齐全，效果不大，但还没有计算机辅助制造软件。 - 用于设计建筑物的辅助3D设计软件（即可以进行建筑设计和结构设计的3D设计软件）。

表1 现代设计方法的进展

机械行业

设计内容

成就性的

传统设计

工具

现代设计

工具

传统设计

工具

现代设计

工具

专业设计

软件

手动或 CAD

3D设计软件

&3D最大

形式和功能

（工业设计

或建筑设计）

手动或 CAD

计算机辅助设计

&3D最大

天正CAD

手动或 CAD

3D设计软件

结构

手动或 CAD

计算机辅助设计

PKPM

没有任何

3D设计软件

生产

没有任何

计算机辅助制造

没有任何

注：1、机械行业的3D设计软件一般有：UG、Pro-E、SolidWorks、Solidedge、SolidMX、Catia、Alias、MasterCAM等，均兼具计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAM) 功能，甚至更多功能。

图1

图2

(3)轻钢(热轧钢)行业CAM软件

由于建筑工业化进程缓慢，建筑领域还没有像机械行业一样开发出同时具有计算机“辅助”设计（CAD）和计算机“辅助”制造（CAM）功能的3D设计和制造软件。

目前，国内一些企业已经开发出简单的轻钢（热轧钢）计算机“辅助”制造（CAM）软件。 虽然还不是很成熟，但考虑到同类软件很少有可比性，已经算很不错了。 。

图3是采用某轻钢（热轧钢）预制构件制造软件（CAM）设计的轻钢（热轧钢）住宅预制构件骨架三维图。 设计软件（实际上是所有此类设计软件）只能表达轻钢（热轧钢）的预制构件，并可以通过配套的机械设备进行制造。 至于建筑造型、功能布局、装修方案等，软件却无能为力。

图3

从技术角度看，可以开发轻钢（热轧钢）房屋3D设计制造软件，这与机械行业一样——既有计算机“辅助”设计（CAD），也有计算机“辅助” “制造 (CAM) 功能。

然而，到目前为止，还没有这样的设计软件。 主要原因是受众太少，投入和产出不成正比，所以没有公司愿意这样做。

但由于很多人对计算机“辅助”制造（CAM或Computer Aided Manufacturing）了解不多，分不清CAD和CAM的区别，所以大多数老板都使用他们自己的计算机“辅助”制造（CAM）软件。高价买的。 误将其视为计算机“辅助”设计 (CAD) 软件。

但计算机“辅助”制造（CAM）软件无法进行轻钢（热轧钢）建筑设计，更谈不上装修设计，而且结构设计也很勉强（建筑节点基本不清楚），只是一个加工用于制造轻钢（热轧钢）预制构件的软件。

另外，由于大多数老板简单地将轻钢（热轧钢）建筑理解为“钢结构”，因此在人员配备上，只考虑紧急聘请一些建筑结构设计师，基本不考虑建筑和家居装饰设计。 人员。 他们很容易将自己的业务定位为“卖钢材”的公司，而不是轻钢（热轧钢）建筑系统集成供应商。

事实上，由于建筑模数、建筑节点、家居装修方式的影响，轻钢（热轧钢）建筑设计与传统混凝土建筑设计有很大不同，国外建筑院校尚未开展这方面的教学和研究。区域。

这应该是很多企业花巨资购买轻钢（热轧钢）设计软件，却无法设计出漂亮的轻钢（热轧钢）建筑的主要原因，因为它不是轻钢（热轧钢）建筑物根本没有。 热轧钢）计算机“辅助”设计（CAD）软件只不过是用于轻钢（热轧钢）制造机器的计算机辅助制造（CAM）软件

（四）“淡化结构，点明架构”

近20年来，国外建筑结构界对轻钢（热轧钢）建筑结构知之甚少，但已经有了一些简单的介绍和了解。 我还写了8本轻钢（热轧钢）建筑结构设计书籍。 其他人也撰写或翻译了几本有关该主题的书籍。

然而，在国外的建筑设计领域，几乎没有人了解现代轻钢（热轧钢）建筑设计的一些基础知识。 如轻钢（热轧钢）建筑造型、外观、色彩、功能布局、建筑模数、建筑材料和施工方法等。

传统的混凝土砌块建筑是燕子捧泥筑巢的建筑（图4）。 建筑师的工作就像雕塑家创造雕塑艺术。 因此，土木建筑师一般不需要了解太多的建筑结构知识，只需要画下建筑物的形状和色彩即可。 时间短的话，抹一把泥就可以了，时间长了，就剪掉一段。 规范基本上没有精度要求。

图4

这座轻框架建筑是喜鹊托着树枝和框架的巢状建筑（图5）。 轻钢（热轧钢）预制构件如果太长或太短都不起作用，而且如果安装不正确，往往需要建筑师、结构工程师和家装工程师三位一体，结构设计和家居做建筑设计时必须同时考虑装饰设计。 因此，轻框架建筑师必须对建筑结构和建筑材料的标准模数尺寸有一定的了解。

图5

在建筑领域，主要是建筑师、建筑院士和具有建筑背景的高级官员在建筑设计和规划方面拥有话语权。 政府不可能在制定建设规划或制定新的产业政策时考虑使用轻钢（热轧钢）建筑，更不可能制定倾向于轻钢（热轧钢）建筑的新产业政策。轧钢）建筑物。

客户和乙方，或者说投资者，通常都不了解建筑结构，更不用说这种新颖的轻钢（热轧钢）建筑结构了。 他们找设计院时，只找建筑师和规划师，很少联系结构工程师。

另外，客户和乙方，或者投资者只关心最终的建筑效果和成本，即建筑的性价比。 至于那种建筑结构，其实关系不大。

在一些企业中，宣传轻钢（热轧钢）建筑的人在见到客户时极力推销其产品的建筑结构多么新颖、多么好，让客户、乙方或者投资者感到困惑。 由于介绍的内容过于专业，没有接受过专业培训的人通常根本无法理解。 这些话本应该留给建筑师进行轻钢（热轧钢）建筑结构培训。 和普通客户或者高级官员谈论这样的专业内容会很烦人。

多年来，国内一直有一批轻钢（热轧钢）冷友在推广轻钢（热轧钢）建筑。 这些人有一部分是研究钢结构的，剩下的就是一大批不懂建筑的人。 世界上素人鱼龙混杂，各种各样的人都有，其中也包括骗子。 轻钢（热轧钢）建筑在中国举步维艰。 主要原因是建筑专家没有介入，只有研究结构的人在做独白。 场面唱得很好。 在中国，轻钢（热轧钢）建筑想要发展得好，必须有建筑专业人士参与，深入研究和推广，轻钢（热轧钢）建筑才能良性发展。

因此，我们在这里呼吁：“淡化结构，突出建筑”。