直接分析法在单层钢结构厂房设计中的应用

直接分析法在单层钢结构厂房设计中的应用

黄浩峰

中国建筑第八工程局有限公司西南公司重庆分公司  重庆  市  400000

摘要：近些年,在我国工业和民用建筑的大力建设过程中,钢结构是使用较多的一种结构类型。随着其数量的增加,对钢结构厂房的随时定期检查评估也刻不容缓,其关系到结构使用安全、使用年限的延续或者使用用途改变等需要。因此,需要定期对钢结构厂房或民用建筑进行结构检测、鉴定或安全评估。基于此，本文章对直接分析法在单层钢结构厂房设计中的应用进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：直接分析法；单层钢结构厂房设计；应用分析

引言

工业厂房的建设是工业发展的重要基石之一，随着经济的飞速发展，工业也不甘落后，这也标志着工业厂房的数量和规模不断增加和扩大。要想保障工业厂房建设的速度和质量，更进一步为工业的发展提供一定的基础，厂房钢结构的设计和应用在建筑业中占有不可替代的地位。因此设计人员要积极学习先进的设计技术，在确保建筑材料质量的基础上，注重钢结构设计的布局，确保应用钢结构能够为工业厂房的建设和施工提高效率，促进工业带动经济的发展。

一、问题的提出

对于单层框排架钢结构厂房，传统的计算方法是采用一阶弹性分析，即按照结构静力学方法进行弹性分析，计算结构在荷载作用下的内力和变形，用弹性分析结果进行截面设计时，采用计算长度系数考虑结构的稳定性问题。通常，为简化计算，将厂房分解为平面体系，分别为厂房的横向框排架和纵向结构两个体系，另外有外围护支撑体系，分别进行考虑。横向框排架计算时，不考虑纵向构件对横向框架的影响，通过计算长度的折减系数来考虑空间作用的影响。但实际计算中由于柱梁连接节点不同，工业厂房大都布置有吊车，屋面采用大斜坡屋面，结构不利于分层计算等原因，计算长度系数不易精确计算。

二、钢结构的特点分析

第一，钢结构强度较高，质量较轻，基本满足许多困难的设计条件。在团队运行更加密集的情况下，钢结构是最佳选择。第二，钢结构具有很强的韧性和灵活性，因此高性能在一定程度上可以满足最苛刻的条件，而不会在正常载荷下出现裂缝。高质量也保证钢结构的使用寿命更长。高度的灵活性保证了钢结构的质量。第三，钢结构的结构特点是材料的集合，因此，如果在实际施工阶段只需通过集中控制拆卸就可以大大加快施工速度。运输没有问题，安装也没有问题，安装也没有问题，使用起来非常方便。

三、直接分析法在单层钢结构厂房设计中的应用分析

（一）防火设计

现阶段，工业厂房整体建筑项目，其结构设计通常以钢结构为主，相比混凝土建筑结构，钢结构建筑设计更具性能优势，表现在结构稳定性与可塑性等方面。然而，钢结构与混凝土结构相比，防火性能不理想。鉴于钢材具有较强的导热能力，温度较高将会对钢材性能产生一定影响。当温度达到100℃时，钢材抗拉性能将会有所削弱。如若温度处于持续增长状态，当温度升至250℃时，钢材强韧性有所削弱。如若温度升至500℃时，钢材性能将会丧失，甚至引起厂房建筑结构发生坍塌事件。为此，以厂房安全为设计视角，加强厂房建筑结构设计优化，如若钢材温度升至150℃，应关注厂房防火性能，比如钢材的防火涂料能够防止火灾的扩大，一级防火中，钢柱要想达到3h耐火极限，就必须选用厚型防火涂料，厚度在23毫米；钢梁要想达到2.5ｈ耐火极限，选用薄型、厚型防火涂料都可以，厚度在20mm。

（二）合理把关横向及纵向设计

在正式设计Factory结构之前，需要创建垂直和水平分析。横向设计设备时，应重点分析工厂使用功能，以确保工厂满足企业生产需求，适应企业生产的变化。厂房垂直基础结构设计时，应考虑厂房的稳定性和安全性，有效把握设计要点。但是，在设计车间和节点时，应考虑工厂的冲击强度，以满足设计要求，甚至考虑设计因素。以元件为基础的制造(主要使用工厂或现场建立的两种方法)会选取适当的设计方法，以最佳化Factory节点的效能并最佳化零件的效能。

（三）防火（抗火）设计

当前，设计人员在设计工厂时必须注意各个方面，特别是工厂对防火和消防的实际要求。工厂车间的消防安全，例如在生产设备、作业温度、贮存货物危险等级等方面有所不同，有的工厂被标示为a类厂房或a类仓库，需要高防火性能。还有一些车间用于金属加工，其中炉、炉、液态金属构造设备等。通常，在工厂中温度较高，并且对防火性能要求较高的情况下，钢结构会在持续温度下容易变形，从而产生第二个应力。钢的寿命较短(主要是钢的拉伸极限值较低)会影响结构的整体安全性。为了保证厂房的使用寿命和厂房的使用寿命，设计人员在设计厂房时必须考虑到厂房的使用情况，选择稳定的型材，结合防火工作选择防火安全，在较长运行期间降低钢结构强度的防火墙，以及诸如以下的安全隐患，避免钢结构发生大变形。

（四）有效设置变形缝

钢结构的变形设置要求稍高，混凝土结构要求较低。但是，在特定设计中应考虑变形焊缝的设置，以避免由于设置不当而引起的质量问题。在工业设施中，通常会有较大的尺寸直接影响建筑的使用条件，例如，如果坡口焊缝设置不规范或不足，则存在变形和湿度问题。在较大的情况下，生产设备可能会直接损坏或中断运行。因此，应对特定设计中的变形设置进行彻底合理的分析，以确保工厂的安全使用，同时保证工厂的质量。

（五）防腐防潮以及钢材用量方面的设计

当今工业设施的生产往往与生产任务众多、生产时间长、生产环境受阻有关，可能导致作业湿度高。工厂的高湿度不仅加快了钢结构的氧浓度，还导致钢结构的腐蚀问题，从而很难保证厂房的稳定性。为此，在构造块设计过程中，设计人员需要了解工厂的生产流程，并根据生产环境制定指导方针，以避免钢结构损坏。在我国，钢的腐蚀主要集中在绘画上，而在我们隔壁，则集中在构造隔热层，将钢结构与外界隔离开来。特别是在蒸汽较高的地区，保温提高了结构的稳定性，延长了钢结构的寿命。

（六）拼装设计

为了确保钢梁各构件之间组成的准确性，结构工程师应在安装过程中首先选择支座位置，然后在屋顶上安装钢柱、梁与木梁之间的连接杆。需要精确测量网格线和楼层。这尤其适用于多柱安装，在这种情况下，地板控制轴必须组合在一起才能唯一定位轴，以减少安装错误。对于屋顶梁的安装，必须模拟整个地面安装和装配过程，以便通过在吊挂前遵守适当的程序来提高施工效率和质量。

结束语

综上所述，钢结构设计由于本身具有的特性，施工简便，广泛应用于大型厂房、高层等领域中，要想保证钢结构的质量，就是注重钢结构设计，其中包括防火设计、抗震设计、防腐蚀设计、材料优选等，只有良好的设计才能保障施工的方向，才能保障钢结构设计工业厂房的施工能够有质量的完成。当前钢结构是建筑领域的重要应用，并且在技术应用上日渐完善，逐渐成为建筑领域的主打，是未来建筑的发展趋势。

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