浅析钢结构工业厂房的结构设计

浅析钢结构工业厂房的结构设计

路文才

身份证：23012119820204XXXX哈尔滨北方环保工程有限公司

摘要：钢结构厂房由于其优越的性能条件在工业厂房的设计中运用越来越广泛，涉及到的结构形式众多，不仅包括轻型刚架结构，而且也包括桁架结构，网架和网壳结构，多层房屋钢结构，以及其它各种各样的构筑物。本文在介绍钢结构工业厂房优点的基础上，重点就设计中需要注意和防范的几个问题进行了分析和阐述。

关键词：钢结构；工业厂房；设计处理；

引言

钢结构建筑是继钢筋混凝土建筑之后的最具革命性建筑的新发展和新应用。轻钢结构建筑的特点突出：整体刚度和抗震性能好、施工速度快、结构占有面积小、承载力高，在工业厂房中钢结构逐渐代替了钢筋混凝土结构，以其大跨度、大空间的表现在建筑规模上相当出色。

1钢结构厂房的优点

钢结构工业厂房因其施工速度快、自重轻、抗震性能好、环保等特点在建筑工程中已被广泛认可，与钢筋混凝土结构相比，有其独特的优点：

1.1钢结构自重轻

钢结构的容重虽然较大，单与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其它结构轻，便于运输和安装，并可跨越更大的跨度。自重轻不仅可以减少运输和吊装费用，还可以降低基础造价，其综合经济优于钢筋混凝土结构体系。

1.2钢结构布置灵活

钢结构能满足工业厂房建筑设计的大跨度要求，跨度最大可达48m，在梁高相同的情况下，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50%，从而使柱网布置更加灵活。纵向温度区段长度允许300m，横向温度区段长度允许150m，符合工业厂房不设变形缝的要求。

1.3钢结构节约面积

钢结构与混凝土结构相比节约结构占用面积，增加使用面积，空间利用率高。网架结构形成的屋面下部空间较大，可布置各种管道，如通风、消防、空调冷水、采暖、给水、封闭母线、压缩空气等，充分利用建筑空间，节约投资。

1.4钢结构抗震性能好

由于钢结构本身具有较好的塑性和韧性，故能够充分耗散地震能。不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏，钢结构对动力荷载的适应性较强，钢梁、钢柱组成柔性框架可抵抗8度以上地震，因此钢结构在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方应用广泛。

1.5钢结构施工速度快

轻钢厂房全部钢构件都可以在专业化的金属结构制造厂制作加工，机械化生产程度高，保证精度，确保质量。制成的构件运到现场组装，现场通常只需进行紧固件和螺栓的安装，施工速度快，大大缩短建设周期，使厂房能尽快建成投产，获得良好的经济效益。

2钢结构在工业厂房设计中需注意的问题

2.1钢结构工业厂房的防火设计

钢结构工业厂房防火能力很差，当钢材受热在100℃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℃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℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，钢结构必须做隔热及防火设计。

①正确定义建筑物生产的火灾危险性类别，合理确定建筑的耐火等级依据《建筑设计防火规范》，对厂房生产火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类，如果确定工程为二级耐火等级，就应该严格按照二级耐火等级加涂防火涂料进行防护，使钢构件达到二级防火等级的耐火极限要求。

②设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法对钢结构采取有效的保护，就是将钢结构的耐火极限提高到规范规定的值，防止钢构件遇火发生变形塌落。目前，保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料，发生火灾时它作为耐火隔热保护层，有效地提高钢构件的耐火极限，满足现行国家规范的要求。在使用防火涂料时，应当注意防火涂料和底层防腐涂料的相互匹配，不得与底层防腐涂料发生化学反应，以免影响防腐防火效果。

③钢结构建筑设计时要合理划分建筑物的防火分区，对每个防火分区的面积进行严格的控制。同时要控制每个分区的疏散口数量及疏散距离，安全出口是指符合防火规范规定的疏散楼梯、直通室外地平面或安全区域的门。由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，科学设置疏散指示标志，使人员能快速疏散到安全地带，从而大大减少人员伤亡和人民财产损失。

2.2防锈处理

钢结构表面未加保护而暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢构件处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅使构件截面厚度减薄，而且还会在构件表层产生局部锈坑，当结构构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏，因此对钢结构厂房防锈蚀问题应予以足够地重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、车间内部工艺布置结构选型和材料选用等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构安全使用。一般钢结构的防锈蚀通常采用防锈漆涂刷其表面，涂层的层数和总厚度应根据构件使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度为100μm，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求总厚度为150μm~200μm或200μm以上。钢柱柱脚在地面以下部分应采用强度等级不低于C20的混凝土包裹，其保护层厚度不应小于50mm。有侵蚀介质厂房的受力构件，其型钢厚度不得小于8mm，受力焊缝厚度不宜小于8mm。

2.3立面设计

轻钢结构的建筑表现主要有以下4个方面的特征，即规模、线条、色彩和变化。

彩色压型钢板使得轻钢结构建筑表现得丰富多彩，给人一种明显区别于传统钢筋混凝土建筑的耳目一新的感觉。在钢结构工业厂房的设计中，厂房的体型受工艺的约束，同时体型变化过于丰富会形成复杂的节点处理，从而提高工程造价。因此在设计中常用手法是采用跳跃性色彩和冷色调，重点突出主要出入口、外天沟、收边泛水等，既丰富了立面又体现了现代化工业厂房的恢宏气势。

传统的钢筋混凝土结构厂房，外围护墙体为砖砌体，外装修为涂料或面砖，辅以色带，由于混凝土屋面设置采光罩效果不理想，设计时通常在墙面设置大量的采光窗。但对于围护墙体为彩色压型钢板的钢结构厂房来说则不然。线条是表现轻钢结构建筑风格最独特的特征，匀称的线条或横或纵，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，体现了强烈的现代工业气息。若在墙面设置大量的采光窗，则破坏了墙面的线条造型，同时轻钢结构屋面可以大量使用屋面采光板，采光均匀，非常适合目前有色金属行业流行的联合厂房，既能保证建筑采光又不破坏墙板的线条。

2.4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50W/（m・℃），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℃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℃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℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃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℃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。

3结束语

要进一步挖掘和发挥轻型钢结构的承载潜力，降低用钢量指标，必须从最基本的研究做起，尽快地解决目前轻钢结构存在的一些关键技术问题。在未来的工业厂房设计中，钢结构仍是厂房结构形式的首选，随着防火涂料与方腐蚀涂料的发展，钢结构势必将在更多的领域中得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]王景文.钢结构工程施工与质量验收实用手册[M].中国建材工业出版社，2005.

[2]张鹏科，来朝辉.钢结构工业厂房设计及施工问题分析[J].陕西建筑.2009（10）

[3]韩瑞芳.钢结构厂房设计中需注意的问题[J].科学之友（B版）.2009（07）