多层钢结构工业厂房结构设计研究

多层钢结构工业厂房结构设计研究

史春艳

中国华西工程设计建设有限公司沈阳分公司， 辽宁 沈阳 110000

摘要：目前，我国的工业化建设的发展迅速，为了保证钢结构能充分发挥其优势和特点，必须在设计阶段就考虑好制造、施工及运营阶段的实际情况，钢结构的设计必须在保证结构安全性的前提下，考虑适用性和耐久性的合理设计。同时也应结合钢结构的特点，做好节点部分的细部设计，在符合GB50017-2017《钢结构设计标准》及相关规范的前提下，实现标准化设计、工业化生产、模块化安装的一体化建造模式。

关键词：多层钢结构；工业厂房；结构设计研究

1框架结构概述

1.1框架结构的基本概念

所谓的框架结构是指在建筑机构中的梁体、柱体以及衔接方面的结构形式，其构成建筑结构的主体部分也是其中的沉重新结构，这里的称重主要指代的是水平方面以及垂直方向的作用力。在现阶段的部分结构中，更多的是以框架结构作为承重的主体，相应的建筑墙面不再作为承重墙来进行设计。从而在建筑的墙体上可以有效地分为围墙，分隔墙以及其他墙体等更为灵活的作用。同时在框架结构的设计中，墙体由于不再担任承重墙的地位，在其材料使用以及装饰方面就有了更大的灵活性。例如在墙体上使用新型材料和保温材料，在一定程度上降低了建筑自身的重力，满足了人们对于建筑物的更大需求。而且在建筑整体的稳定性、美观性有着更大的提升。

1.2框架结构特点分析

首先，在实际施工运营过程中，框架结构可以减少墙体沉重材料的使用，节省了原有施工中的材料投入，在一定程度上有助于建筑工程企业提升作业的效率以及工程造价的控制。其次，由于框架结构具有较大的灵活性，在设计过程中可以保证整体建筑框架的质量一致，从而在建筑整体的重量分配上不需要再进行相应的设计与规划工作。再次，框架结构承重墙的作用，从而在设计过程中可以最大程度的规避原有墙体承重位置的布局限制，实现大规模生产以及标准化施工工作，对于未来的建筑发展有着积极且深远的意义。最后是在建筑工程的效率以及施工效率上相比于其他建筑结构，框架式结构可以结合浇筑混凝土技术在一定程度上满足建筑结构整体性与刚性的要求，从而在建筑整体的安全性一稳定性上做出助力。

2钢结构工程设计方法

结构设计时应分结构方案设计和具体结构设计2步进行。结构方案设计主要包括结构选型和材料选用，应先进行各种方案的比较而后确定；具体结构设计在方案确定后进行，包括结构布置、截面和连接设计等，最后绘制施工图。

2.1钢结构工程设计的容许应力法

容许应力法比较简单，早前应用较多，我国GB50017—2017《钢结构设计规范》也采用了此法，目前仍有许多国家在使用这种方法。容许应力法采用S（荷载效应）和R（结构的抗力）这2个因素来确定结构抗力是否能满足荷载效应引起的结构及其构件的内力和变形，常用γsSk≤RK/γR来表示，其中γs和γR分别为荷载效应分项系数和结构抗力分项系数，两者均为大于1的系数，通常又把γs和γR的乘积定义为K，称之为安全系数。但容许应力法有其不足之处，由于荷载和结构抗力都具有不确定性，设计人员很难确定安全系数的大小；对于可变荷载与永久荷载比值不同的结构均采用同一安全系数K进行设计，导致各类结构安全水平不一致；安全系数K取值随意性较大，一般都采用经验来判断。

2.2钢结构设计的概率设计法

结构的极限状态是指结构或构件能满足设计规定某一功能要求的临界状态，超过这一状态，结构或构件就不能满足设计要求。概率设计法只要求所设计结构的安全度的概率保证。ps为可靠概率，记作ps=P（R–S>0）；用pf表示失效概率，记作pf=P（R–S<0）=1–ps；概率设计法安全储备不作要求，这是与容许应力设计法在概念上的一个很大差别。但目前全概率设计方法只能用于说明概率设计方法的概念，在实际工程中还是很难应用。现阶段人们主要研究近似的概率设计方法，如一次二阶矩阵近似概率设计方法，目前我国建筑钢结构设计中除疲劳设计和抗震设计外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。结构在规定设计年限内应具有足够的可靠度，按照设计使用年限可分为5年的临时性结构、25年的易于替换的结构、50年的一般性建筑、100年的特别重要性建筑，其结构重要性系数分别取为0.9,0.95,1.0,1.1。承重结构在设计时应考虑2种极限状态，分别为承载能力极限状态和正常能力极限状态。承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态；正常使用极限状态是指结构或构件达到正常使用的某项规定的限值时的极限状态。

2.3建筑钢结构工程设计的塑性设计法

在建筑钢结构的设计中塑性设计法也是一种较常用的设计方法，该设计方法是对钢结构的每个材料单元进行分析测量。建筑材料可以体现出塑性效果和材料强度，通过详细分析建筑钢结构的内部作用力，明确其分布情况。然后协调地处理建筑钢结构的整体稳定性，避免建筑钢结构在使用中出现变形断裂的质量问题。结构采用塑性设计，当按正常能力极限状态设计时，应采用荷载的标准值，并应按弹性理论进行计算；当按承载能力极限状态设计时，应采用荷载的设计值，并应按简单塑性理论进行能力分析。采用塑性设计时的材料屈强比不应大于0.85，钢材应具有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%。

3多层建筑结构设计中框架结构的问题与处理措施

3.1基础系梁的设置问题

在对基础系梁的设计过程中需要做好吸纳更多埋设深度工作，尤其是对于多层建筑来说其基础系梁的设置问题，对于建筑的称重、结构方面都有着一定的影响，所以就这一点而言需要按照实际的情况做出分析与设计。例如在基础系梁埋设较深的状况时，可以利用基础系梁减少底层柱的长度来计算系梁的埋深深度，一般在０刻度的位置进行系梁的埋设。为了保证多层建筑的抗震能力可以在建筑主体的主次轴方面分别设置好基础梁，实际高度在中心距的1/5处。同时考虑到础梁与锥形斜坡之间的空隙，在实际的建设过程中可以利用混凝土进行填充，从而在一定程度上对其进行加固处理。

3.2层建筑结构薄弱层的判定及处理

（1）薄弱层的判定一般状况下，推框架式结构的薄弱层判断可以从以下几个方式进行。首先是个人指定，即在建筑结构软件中设计人员依据相应规范，对建设中的薄弱层进行直接指定，从而进行处理。其次在进行薄弱层判定的过程中，可以通过数据计算来完成。最后是经过实地走访的模式进行判断，通过敲击以及专业设备的测定来完成薄弱层的判断。（2）薄弱层的处理框架结构中薄弱层的存在，会在一定程度上2对于建筑结构的抗震性能以及稳定性能造成巨大的隐患。因此在建筑结构设计过程中需要进行相应的处理，常见的方式是添加该层柱截面梁截面以及减重墙的厚度。如果在构建多层建筑结构设计过程中难以避免薄弱层的出现，就需要对其屈服强度系数进行二次验证，如果验证的结果小于0.5，则需要对框架结构进行二次调整，从而保证建筑的使用安全性。

结语

综上所述，在现代化城市建设的过程中，多层建筑的发展趋势是未来发展的主体。但是多层建筑结果在自身复杂性和多样性上存在一定的设计阻碍，相应设计人员需要做好薄弱层、基础系量以及纵向框架的设计工作。从而最大限度的提升多层建筑框架结构的稳定性，继而为整体建筑的安全性做出保障。

参考文献

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[2]刘锦华.建筑钢结构工程设计及其注意事项[J].四川水泥，2018（6）：88.

[3]乔聪，尹淑杰，马元洁.试析建筑钢结构工程设计及其注意事项[J].河南建材，2019（3）：1–2.