多高层钢结构工业[w1]厂房设计要点分析

多高层钢结构工业[w1]厂房设计要点分析

汪奕村

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，400039

摘要：改革开放以来，各行各业雨后春笋般蓬勃兴旺，我国经济得到快速发展，土地问题也随之变得日益严峻，时代的发展对建筑的设计提出了更高的要求。在过去，工业建筑往往以单层钢结构工业厂房为主，但是随着经济及科技发展，[w2]逐渐往多高层钢结构[w3]工业厂房转变[w4]。为满足现代化高标准的生产需要，工业建筑的结构设计[w5]是整个建筑设计最为关键的环节。它与常规民用建筑不同，具有跨度大、荷载大的特点，在整个设计环节中，应全面考虑它与普通建筑的不同之处，保证工业厂房结构设计的科学合理。

关键词：多高层;工业厂房;结构设计;要点分析;钢结构[w6]

引言

钢结构的优势显而易见。比如，有着较好的受荷能力与抗震能力、施工所需周期较短，以及拥有较高的预制率，因此被广泛应用于工业厂房设计[w7]。对于多高层[w8]钢结构厂房的设计，应在前期方案设计环节建立健全的设计理念，有效发挥钢结构的优势。此外，在具体设计中，应严格遵守设计理念，并且有效融合优秀的设计经验，特别要有效把控设计要点。

1多高层钢结构[w9]厂房的特点

和普通的民用钢结构相比，多高层[w10]钢结构厂房有如下特点[w11]：

第一，多高层钢结构厂房，为了满足生产设备的布置和原材料的堆放以及其他生产工艺的基本要求，结构荷载一般可以达到20kN/m2，相比普通的多高层民用钢结构有更大的承载能力需求[w12]。

第二，在钢结构厂房中，经常会有集中荷载和悬挂荷载的使用要求，相比普通的多高层民用钢结构受荷情况更复杂。其中集中荷载主要是设备在生产过程中的满载重量以及生产过程中出现的震动荷载；悬挂荷载主要是室内运输设备、及水、电、风、工艺管线等。

第三，多高层民用钢结构的结构平面布置多规整和对称，楼板具有平面连续性。而多高层钢结构厂房因为生产工艺的要求，经常会出现结构平面不规则、楼面错层、楼面开洞等现象。因此，楼面完整性较差，如果有地震的发生，更容易出现扭转的情况。与此同时，由于楼面错层导致短柱效应的发生，会让水平方向的剪力向着局部柱段集中。

第四，和多高层民用钢结构进行比较，多高层钢结构厂房因为生产工艺上的特殊要求，层高一般也会较高，层高变化一般也较大，较常见的层高范围是4~8m，同时由于钢结构厂房的内部空间很大，所以柱网一般也较大，以12~18m的柱网较为常见。

以上是多高层钢结构厂房的特点，在设计过程中需要采取多种方法综合分析才能达到正常生产和安全可靠的使用要求。

2多高层工业厂房结构设计要点分析

2.1防腐设计

受钢结构自身特性影响，使得其在自然环境下非常容易被氧化，以致出现腐蚀情况，尤其是在钢结构处于潮湿环境状态下，腐蚀问题还会进一步加剧。一旦钢结构遭遇腐蚀情况，其构件截面就会缩小，使得关键受力部位产生应力集中，不仅会缩短钢结构使用寿命，还会影响到钢结构正常性能发挥。为防止这一问题发生，就要在设计时对工业厂房所处环境进行充分考虑，并提出针对性的防腐设计方案，使钢结构防腐蚀性能得到提升，实践中通常会采用涂刷防锈防腐涂料方式，避免钢结构与腐蚀性介质[w13]进行接触，然而想要取得理想效果，还需要结合不同部位及防腐蚀要求，对涂料覆盖厚度进行科学把握。

2.2防火（抗火）设计

当前,在工业厂房设计工作中,设计人员需要重视多个方面的问题,尤其是厂房对防火和抗火能力的实际需求。在工业厂房中,生产工艺类别、设备运行的温度、存储物品危险类别等，对厂房的防火能力提出了不同需求：部分厂房被定为甲类车间、甲类仓库,这些工业厂房必须具备高防火性能；还有部分厂房是用于冶金类生产的,厂房内常常存在熔炉、窑炉、液体金属塑型设备等,厂房内部温度极高,这类厂房也具有较高的防火性能要求。长期处于高温环境下,钢结构可能出现微变形并产生二次应力,而降低钢材的使用寿命（主要是钢材屈服强度降低）,影响建筑结构的整体安全性。为保证厂房的使用寿命以及厂房工作人员的生命安全,设计人员在进行厂房结构设计时需要考虑厂房的使用用途,选择稳定性能好的钢材,并结合使用防火涂料、防火隔层,减少钢结构在长期使用过程中的强度损失,避免钢结构因出现局部较大变形导致安全隐患。为保证工业厂房结构的防火性能,设计人员需要加强对防火涂料产品的了解。其中,水性膨胀型防火涂料的防火性能突出,对环境污染低,易存储,涂刷操作也较为简单,能够有效节约成本。在制作水性膨胀型防火涂料时,相关工作人员首先要将助剂和水加入分散罐中,并通过混合设备以高速旋转的形式展开混合作业,转速为500转/分钟,持续时间为5分钟。其次,在完成高速旋转步骤之后,工作人员要按照既定次序添加阻燃体系、颜料和增强填料,并再次开展旋转作业,转速为2000转/分钟,旋转时间控制在30分钟以内。最后,工作人员要在混合料中添加乳胶并开展旋转作业,转速为800转/分钟,旋转时间控制在15分钟左右。至此,水性膨胀型防火涂料得以制作完成。需要注意的是,工作人员应选择与使用合适的乳胶,控制好颜料的比例,其中,乳胶混合料可采用聚醋酸乙烯酯乳胶与醋叔乳液进行复配。

2.3有效设置变形缝

对于钢结构建筑的变形缝设置限值，相比混凝土结构有更为严格的要求。[w14]具体设计时，对于变形缝的设置，相关人员应高度重视，避免因设置得不合理而出现质量问题。一般而言，工业厂房有着较大的规模，若变形缝施工不够规范，或者设置不够合理，很大程度上会直接影响建筑的使用环境，包括外部使用环境及内部使用环境，如变形问题和湿度问题。如果情况较为严重，会直接损坏生产设备，或者导致工厂不能正常运转。所以，在具体设计时，应全面、合理地分析变形缝的设置，在保证厂房质量的同时，确保厂房使用更加安全。

2.4横向和纵向设计的把关

横向和纵向的分析在进行多高层钢结构工业厂房结构设计之前就应当提前做好。横向设计过程中，要重点将多高层钢结构工业厂房使用功能进行分析，确保多高层钢结构工业厂房能够符合企业生产的多样性变化。多高层钢结构工业厂房结构的纵向设计，主要需要设计人员从安全性和稳定性角度出发，把控设计过程中的重点。另外，在进行多高层钢结构工业厂房的节点和构件设计时，除了要考虑抗震性能和相关构造要求外，更应当考虑到施工因素的影响，根据构件是在工厂制作还是现场制作，采用不同的设计方法，从而确保节点和构件的设计性能正常发挥。

2.5结构的布置及构件截面选择

多高层工业厂房的结构布置应结合建筑的使用功能需要及荷载大小，选择合理的结构形式。一般而言，对于大面积的生产区域位置，多采用单向双次梁体系，即平行弱轴方向采用大截面、强刚度主梁，平行长轴方向，在主梁跨度范围内布置2根次梁搭在主梁上，形成的板格通常为单向板。该体系结构受力形式合理，具有良好的经济效益，得到了广泛的应用。关于梁截面的选择，既要考虑建筑使用的需要，同时也要考虑工程造价的经济性。

结语

综上所述,钢结构是工业厂房建设中的常用结构,关系着厂房的质量与安全。在厂房结构设计工作中,设计人员要综合考量防火（抗火）性能、抗震能力、防潮防腐效果等方面,全面提升厂房钢结构的质量,保证厂房的稳固与安全。同时,设计人员还要充分利用BIM技术等先进技术来完成钢结构的整体架构设计,合理确定钢材用量,为厂房施工提供技术支持。

参考文献

[1]邱志刚.工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析[J].门窗,2019(14):136.

[2]张秀芹,王庆杰.工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析[J].居舍,2019(13):89.

[w1]标题“多高层工业厂房结构设计要点分析”改为“多高层钢结构工业厂房设计要点分析”

[w2]“近年来”改为“随着经济及科技发展，”

[w3]“混凝土结构”改为“钢结构”

[w4] 

[w5]删除“的问题”

[w6] 

[w7]“多个行业”改为“工业厂房设计”

[w8]“数层”改为“多高层”

[w9] 

[w10] 

[w11]“很大优势”改为“如下特点”

[w12]“承受能力提高很大” 改为“有更大的承载能力需求”

[w13] 

[w14]