工业厂房钢结构设计探讨

【关键词】钢结构；工业厂房；设计 

　　近年来，随着经济的迅猛发展，工业厂房设计也提出了更高的要求。而钢结构具有自重轻、环保、施工效率高、高承载力以及耐抗震等多方面优点，广泛应用于厂房的建筑施工中，钢结构对建筑领域来说有着至关重要的作用。本文结合在工业建筑钢结构设计过程中的体会，总结出了一些设计中应该注意的问题，希望对设计人员及施工人员有所帮助，以便同行参考与交流。 

　　1.钢结构厂房的特点 

　　厂房一般有以下几种结构形式：砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构。而钢结构厂房通常适用于工业厂房、仓储库房、净化车间、会馆展厅以及超市，其设计的主要特点有以下几个方面：①组成零件标准，制作精良，安装方便快速，有效缩短了施工工期，减少投资成本；②钢结构独特且轻巧，实际占用面积小，应用面积广，增加了建筑物内的使用空间；③具有较大的空间和跨度，且建筑质量轻，强度极高；④钢结构建筑能够反复利用，且搬动迁移十分便利，避免了大量钢材的浪费，保护环境不受到污染；⑤设计一般选用最先进方法，可充分满足钢材对抗冲击性、变形能力、抗震性以及刚性等多方面要求；⑥具有较高的防火性和较强的防腐蚀性。 

　　应用钢结构建设厂房具有以下几个方面的优点：①钢结构与混凝土结构相比较，混凝土结构具有较为复杂的建筑工艺，且不具备较强的防震能力，而钢结构因自重轻，不但能够弥补这些缺陷，还可以有效降低了地基承载力。②在实际施工过程中具有较快的安装速度，而钢结构的组成零件可以进行大批量工业化生产，应用设备实施给料、焊接和开孔等作业，并及时处理好表面结构，有利于实际建设中的拼装施工，在一定程度上可以减少施工周期。③钢结构系统通常会应用具有较高强度的材料，而钢结构厂房因投资成本不高，且拆迁便利，所以可以反复回收利用，避免了材料的浪费，对环境起到很好的保护作用[1]。 

　　2.钢结构厂房设计 

　　2.1保温隔热与防火设计 

　　钢材具有非常好的导热性能，其导热系数达到50 W/（m·°C），对于钢结构建筑，如果不进行保温隔热处理，势必会造成大量能源浪费和消耗，同时还要满足工艺性要求和舒适性要求。 

　　钢材受热在100°C以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在250°C左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250°C时钢材出现徐变现象；当温度达500°C时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，当钢结构表面温度处于150°C以上时，必须做隔热及防火设计，做法一般有两种：①在钢构件外包耐火砖，混凝土或硬质防火板材。②采用厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料应用技术规程》计算。 

　　2.2屋盖支撑系统及屋面设计 

　　屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车设置及吨位大小、振动设备情况等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑，在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件限制和安装需要，无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12 m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。 

　　屋面设计的重点是防水。屋面防水设计涉及屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度等因素。屋面坡度最小为5%，在积雪较大的地区，坡度应适当增大。单坡屋面长度，主要取决于工程所在区域的最大温差以及降雨所形成的最大水头的高度。单坡屋面长度宜控制在70 m以内，若超过70 m，需做专题研究、特殊处理。 

　　常用的钢结构屋面做法有两种：①双层彩色压型钢板内夹保温棉，使用量很大，但温差大、单坡长造成的彩钢板热胀冷缩问题很难解决。②复合柔性钢屋面系统，由屋面彩钢板内板、隔汽层、保温层、卷材防水层组成。 

　　2.3抗震能力设计 

　　在钢结构厂房施工建造前，应对结构的实际抗震性做综合考虑，有利于解决日后复杂多变的地质问题。设计厂房结构时一定要将刚度与质量呈均匀分布，并应用钢结构固有的受力性来降低横向结构的变形程度。同时还要尽可能实现钢结构对强度的要求，以确保杠杆不会失稳，从而有效提高整个钢结构厂房的安全性和稳定性[2]。在发生地震的情况下，会出现低周疲劳影响，在设计过程中应充分考虑到其对厂房造成的影响。设计抗震性对于钢结构厂方来说具有至关重要的作用。 

　　3.工业厂房钢结构设计中应注意的问题 

　　钢结构工业厂房是企业生产区域的一个模块，厂房都是为生产服务的。厂房结构设计不符合要求常表现为：钢支架分布不合理，墙体厚度、高度、宽度指标不足等。钢结构的形式包括空间桁架、框架、平面桁架、轻钢、索膜、网架、塔桅等，设计师应根据企业的建厂条件和具体要求选择结构，对于悬挂荷载偏大的应选择网架结构，从而减小建筑荷载。此外，厂房结构选型还可以通过采用不同的材料来做支撑结构，具体选择应根据其使用要求，合理选择焊接钢管、无缝钢管等材料来满足结构需要。无缝钢管具有中空截面，可以用作输送流体的管道；钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭等强度时，由于其质量较轻，用于厂房结构可增强钢结构的稳定性。因此，在厂房设计中首先要满足工艺要求，结构设计也一定要满足工艺条件，特别是在方案设计阶段，设计人员应多参与工艺协调，多了解工艺布置，以便减少设计和施工不必要的麻烦。而一些企业在进行钢结构厂房设计时，没有从大局上把握设计思路，造成厂房占地位置划分不合理或企业生产区域的面积不能充分利用。 

　　目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算，如何对计算结果进行分析、评价是一个非常重要的方面，必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析和判断。荷载计算是结构计算的前提条件，荷载取值的准确性直接关系到结构计算结果的可靠性。近年来，由于强降雪天气，导致很多厂房、场馆倒塌，因此设计人员一定要根据当地的雪荷载情况取其中的最大值，以确保建筑安全。强柱弱梁是设计要遵循的原则，强节点弱构件也是要重点考虑的问题。在很多情况下，构件满足设计要求，但是节点却不能满足抗震要求。强柱弱梁指节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力，由于厂房的梁柱中心线一般不能重合，而且柱的截面和节点偏心都比较大，对柱节点核心区的构造和受力往往都有一定的不利影响。此时我们一般采用增大柱端弯矩设计值的方法。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变，即柱的能力提高程度比梁大，这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。 

　　4.总结 

　　随着我国社会经济的发展，各种工业厂房的建设日益加快，采用何种结构形式和结构布置应该综合考虑生产工艺，经济技术等因素的影响，既要考虑经济因素又要满足使用要求。钢结构形式的工业厂房无疑具有其他结构形式所不具有的显著优势。以上对钢结构工业厂房设计进行了简单分析，为设计人员提供了一些参考依据，以便应用于以后的相关设计。 

　　参考文献： 

　　[1]李志勇，戴建琪.探讨在厂房中门式刚架轻型钢结构的设计思路[J].四川建材，2009，（06）：54-56. 

　　[2]林攀举.浅谈门式钢架轻型房屋钢结构设计[J].科技资讯，2010，（21）：73-74.