关于厂房钢结构设计不足的探讨

关键词：钢结构；厂房设计；不足；改进措施 

　　0引言 

　　随着我国社会经济的迅速发展，工业经济有了飞跃式发展，大跨度、大柱网和大吨位重型厂房越来越多，为选用钢结构提供了大量的机会。由于钢结构具有强度高、塑（延）性好、自重轻、施工工期短、制作方便、节能环保、构件可重复利用、地基基础费用省等优点，近些年来，在国内外钢结构新工艺、新技术的发展和推广的基础上，加上高强板材、高效防火、高强防腐涂料在工业建筑中被大量的应用，从而使钢结构在工业建筑领域得到较快的发展。但是由于受传统发展理念的制约，设计师在厂房设计阶段会遇到不同的问题，导致厂房设计质量存在诸多问题，这直接导致了后期施工建设不达标，给企业造成了巨大的经济损失。 

　　一、钢结构厂房设计不足之处 

　　作为一个结构设计师必须要做到的就是根据企业用户的需要对厂房结构进行整体设计，对厂房的柱网、跨度、气楼、吊车形式等进行详细规划，以满足实际使用需要。 

　　首先是柱网跨度等，确定柱网跨度时，必须要了解生产工艺、设备的布置，生产线的数量、吊车的吨位及使用频率等。而不是一味的追求结构的用钢量最小，不满足生产使用要求，即使厂房造价很低也是最大的浪费。 

　　其次是内部结构，由于钢结构厂房内部有柱间支撑，柱列上有电缆桥架、管道支架等，某些构件承受的荷载也随之加大，对敏感结构厂房自身的受力情况合理规划是设计的重点和难点。厂房内部结构设计不足表现为：钢支架分布、气楼形式不合理，柱间支撑位置影响内部物流通道，内部隔墙和梁柱檩条等连接不合理造成地震力加大，刚度不均匀。另外由于对生产工艺、对吊车的外形尺寸了解不够，造成厂房内吊车吨位、数量、形式（单梁吊、双梁吊、半门吊）、安装吊车所留的净空高度等不合理，从而影响生产使用或造成较大浪费。 

　　最后是成本造价，工业建筑设计必须充分考虑成本造价高低，这是决定企业收益大小的关键。工业厂房设计方案基本上决定了后期施工的成本投资，成本控制失效是厂房设计常见的弊病。例如钢结构厂房在空间结构设计上不科学，柱脚形式（铰接、锚栓刚接、锚栓加钢靴刚接、埋入式刚接）选用不当，厂房使用性能不达标引起返工返修次数增加等，这些都会增加造价。 

　　二、厂房设计的前期准备工作 

　　通常，在钢结构厂房准备设计前期我们首先需要注意到的就是结构判断、结构选型以及结构布置等几个重点内容。 

　　其一，结构判断，并不是所有的厂房都适合钢结构形式，若设计师盲目地采用钢结构，会给建筑造成潜在的安全隐患。在设计准备阶段，需根据企业提供的资料信息综合判断，进一步分析所要设计的厂房是否适合采用钢结构。 

　　其二，结构评估，结构评估是通过建立力学模型来分析构件截面的具体参数。根据应力比、变形、长细比等控制指标确定钢材等级。钢结构厂房的结构预估是对梁、柱、支撑断面参数进行设定，然后再确定钢梁钢柱是否选择成品钆制型钢还是用钢板焊接 H 形截面。 

　　其三，结构分析，上述准备工作结束后，设计人员则可分析厂房的钢结构是否符合施工要求。钢结构厂房结构分析是很重要的流程，在分析阶段可以对重要的参数再次核对，分析结构周期、应力比、结构变形等是否符合规范要求。 

　　三、结构的选择 

　　厂房设计是一项繁杂的系统工程，设计过程中需要考虑多方面的因素。为了保证厂房设计方案的科学性，结构设计师在正式设计前要收集多方面的资料，包括使用方的生产工艺资料，对厂房结构方案综合评估后方可进行施工图设计。 

　　在结构设计中首先使用要求确定其结构形式，结构的选择一般主要考虑其安全和经济两方面因素。钢混结构的特点是：首先钢筋混凝土结构是结合钢筋和混凝土两种材料的性能，并各使用其优点，与钢结构相比可节省钢材，但使用了大量的混凝土，其建设工期是钢结构的两倍以上。近几年由于土建施工企业一线工人工资涨幅较大，苏南地区工地点工每天200元左右，木工班组、瓦工班组、钢筋工班组按建筑平米报价后每天工资达400～500元，造价已超过钢结构厂房，钢筋混凝土结构突出优点是耐久性比较好，维修费用也很少。缺点是由于钢筋混凝土结构自重较大，所受地震力也大，相应为抗震部分所配置的钢筋、选用的构件断面也大，同时钢混结构抗裂性较差，施工工期长，环境污染大。钢结构厂房主要用于大跨度、大空间、大吨位、受动力荷载影响大的结构。其特点是材料的强度高，塑性和韧性好，自重轻，具有良好的抗震性能，制造简便，可拆卸，可重复利用、施工周期短，所有结构构件均在工厂制作，拉到现场吊装焊接即可。 

　　四、结构的布置 

　　在选定钢结构的具体形式后，应重点考虑钢结构的布置情况。钢结构的布置点应从整体上把握均衡性，例如从力学的角度考虑，钢结构厂房的结构布置应满足受力均匀的要求，以免受力过于集中而超出结构承载范围。还可以从空间利用、设备摆放、生产需要等角度考虑，详细地策划结构布置方案。此外，设计阶段还可对柱距、跨度布置作合理调整。确定柱网跨度时既要满足工艺要求，又要使结构用钢量相对较小。常用柱距为7.5 m、9 m、12 m，有时为满足工艺要求抽柱形成15 m、18m、24 m柱距，跨度一般按设备布置、生产线数量确定。 

　　五、连接节点是设计的难点 

　　除了做好前期准备工作之外，钢结构厂房的改进设计必须抓住厂房建筑的结构要点。根据强节点弱构件的抗震设计原则，连接节点是钢结构的关键参数，控制好节点设计可有效地提升厂房的稳定性、耐久性、抗震性、安全性。对钢结构厂房连接节点的设计，本文从焊接、栓接、连接板等方面提出以下改进意见。