工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究

工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究

农丽萍

广西汉华建筑设计有限公司 广西南宁530000

摘要：近几年来，国内外有关钢结构工业厂房的新技术、新工艺层出不穷，新材料的开发也使其在建筑工程中的应用得到了进一步的发展。另外，钢结构本身也有着其它材料所不具备的优越性，在目前的工业厂房设计中，钢结构的设计更具稳定性和柔性，能有效地推动工厂的施工，同时也能有效地保证工厂的施工质量。因此，本文就如何运用于工业厂房的钢结构设计，来改善其结构的品质。

关键词：工业厂房；结构设计；钢结构设计

钢结构是目前工业厂房结构设计中最常用的一种，它具有重量轻、强度高、抗震性能好、施工方便、美观、节能等优点。目前，钢结构正在逐步取代钢筋混凝土的结构，得到了广泛的应用。以下结合自己的亲身体会，着重对轻钢结构的实例进行了剖析。

一、钢结构的应用优越性

钢制建筑在工程中的优越性主要体现在：①钢结构重量轻、布局灵活。与其他建材相比，钢结构在相同的跨度、荷载作用下，自重相对较轻（大约为钢筋混凝土框架的三分之一），并且易于搬运、吊装。钢结构最大跨径可以达到约48米，而且在梁高相同的情况下，钢结构的开间要比混凝土结构大55%，而且可以实现大跨度的厂房设计。②拆装钢结构简单，施工周期短。钢结构机械化程度高，梁、屋架、柱等均可由专业的金属部件工厂制造，质量安全可靠。现场装配时，仅需按设计要求进行相应的螺栓、紧固，节省大量人力物力，缩短工程建设周期。

二、厂房钢结构应用特点

钢结构分为重、轻、重两种，目前还没有一个统一的行业标准，通常把25吨以上的建筑称为重型钢。重型钢广泛用于大型厂房、石化厂房、电厂厂房等，轻型钢材主要用于小型厂房、站棚等小跨度建筑。

（一）自重轻施工简便

在相同的跨度、荷载下，钢结构的承重只有普通钢筋混凝土框架的1/3，因此，运输、吊装、施工更加方便，可以大大减少运输、施工的费用。钢结构可以满足大跨度厂房的要求，最大跨径达到48米。钢结构的原材料具有很高的成品率，可以用专门的金属部件进行组装，节省人力物力，大大缩短了工期。

（二）钢结构可回收利用更加节能环保

由于钢制金属框架下的空闲空间很大，可以在各种管道中设置消防、给水、通风、压缩空气等，所以采用钢结构的厂房，可以充分利用其上部的闲置空间，节省额外的管道安装费用，从而有效地节约了施工成本。钢结构是一种高效的建材，可以重复使用，而且在安装时不会造成噪音、灰尘的污染，拆解后的金属部件可以直接进行再利用，所以，它具有很高的回收利用价值。

三、工业厂房的结构设计要点

（一）防火设计方面

与混凝土结构相比，钢结构的耐热性能更差，耐火性能也更差。因此，必须重视钢结构的保温与防火设计，以保障工厂的安全、可靠、稳定的生产。有关设计单位要明确划分和界定工业厂房的火灾危险等级，并确定其防火级别。最大程度地防止了火灾对钢结构造成的破坏。目前，为了保证钢结构的耐火性能，对钢构件进行防火设计，确定构件的防火保护措施，以保证其耐火性能。另外，设计者还要从多角度的进行分析，并采取必要的防范措施，例如：在火灾发生时，要合理地设计逃生通道和逃生通道，以减少火灾造成的伤害。

（二）防腐设计方面

由于钢结构本身的特性，它在空气中极易被氧化和腐蚀，而在潮湿的环境下，它会加速氧化，从而导致钢结构的腐蚀更加明显和严重。由于钢材的腐蚀，导致构件截面变薄，表面出现了锈斑，在受力过程中会产生应力集中，从而大大降低了钢结构的使用寿命。设计者要根据工厂的实际情况，制订出相应的解决办法，以最大程度地避免钢结构的腐蚀。目前，钢结构的防腐蚀措施是在钢材表面涂上一层防锈涂层，将氧气、水蒸气、氯离子等腐蚀性物质与钢结构隔开，从而达到对钢结构的有效防护。在涂布防腐蚀材料时，应根据防锈和防腐蚀的需要而调整涂层的厚度。

（三）抗震设计方面

在工业厂房的钢结构设计中，特别是在高震地区，应加强钢结构的抗震设计，以有效地提高厂房的抗震性能，增强厂房的抗震性和安全性。在设计中，为了减小振动对厂房的损害，应使钢结构的布局均匀、对称，并使结构传递力清晰、有效。在此基础上，采用科学、合理的连接方法，以保证屋架与屋面板、屋架和立柱的连接牢固，防止节点损坏。同时，还需要加强柱身与墙体的拉力，采用合理的高宽比调节和减震方法，使其在地震作用下的抗震性能得到最大化。

（四）荷载方面

在工业厂房的钢结构设计中，负荷的计算也是一个很大的问题。从一定意义上说，对钢结构进行荷载的设计也是一个先决条件，特别是考虑荷载的正确与否，这直接关系到钢结构的设计结果的可信度。

在计算门式刚架时，其水平投影面积大于60平方米时，应以0.3 kN/m2为宜。荷载规范规定，建筑荷载或维修荷载应在最不利的部位进行计算，房屋面板和檩条的集中荷载为1.0 kN，如果施工负荷超过了，则按实际使用；雪荷载是非常敏感的，因此，在设计时要慎重考虑：在多跨门式刚架水槽中，由于半跨雪荷载的增加，以及多跨门式刚架沟内的雪负荷增加等因素；对于高耸的女儿墙，应采取措施防止积雪积聚；在计算风荷载时，对轻钢建筑的风荷系数有不同的要求，按横向、纵向、单坡、双坡、多跨、锯齿形等不同的情况来确定。

（五）协调好钢结构设计与厂房工艺设计

钢结构厂房是企业生产的关键环节，若与其整体工艺设计不一致，将会对其正常生产造成一定的影响。钢结构厂房设计与工艺设计不相适应，其原因是：钢结构厂房的墙体厚度、高度与工艺设计指标不符，钢支架分布不合理。钢架在钢结构中的分布方式主要有网架、平面壁架、空间析架、塔桅、索膜、框架等，根据企业的实际建厂情况及施工要求，选用合适的钢架。在钢结构中，钢结构是最主要的影响因素之一。不同材质的钢具有不同的结构特性，比如，采用空心截面的无缝钢管可以用作液体输送管道，而圆形钢板则是用于加固钢结构。所以，在选用什么样的钢材时，要根据工厂的工艺设计要求来确定。

（六）重视结构计算过程

钢结构的计算通常是由结构设计软件编制的，其计算结果是钢结构设计中的一个关键环节，通过比较和分析各种软件的结果，最后确定出最适合的截面，可以节省造价。在确定荷载时，对于下雪量大的地区，应考虑在当地的降雪条件下，适当增加钢结构的承载能力，以验证其最大承载能力。在进行构件设计时，必须重视结构参数如净截面、长细比等。在进行接头时，要根据施工情况，选用适当的接头形式，如果采用承压式接头，则要兼顾承压和剪力，而不能将螺栓固定在剪切面上，这时要探讨接头的位置和施工是否方便。

结束语：

综上所述，工业企业的发展离不开工厂的建设，而高品质的工厂的建造，对于提高工厂的安全、稳定、提高工人的生活品质具有十分重要的意义。钢结构由于其稳定、灵活的特点，已成为目前工厂设计中的主流。在进行钢结构工程设计时，应充分考虑设计、施工中应遵循的原则及应注意的问题，以确保工程的正常进行，从而有效地提高工程质量。

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