关于钢结构厂房结构设计的相关研究

关于钢结构厂房结构设计的相关研究

曲锋军 ,李书志 ,王晓爽

北方工程设计研究院有限公司    河北省石家庄市  050000

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。现在，无论是国内还是国外，都在不断的开发技术，使得防腐涂料、防火涂料、高强度钢板等都在大规模的投入使用。因此，钢结构被广泛地应用于工业的建设中，而且发展的速度也越来越快。工业建筑在进行结构设计时，每个设计者的设计经验不同，对规范的了解程度也会有差异，因此，在设计问题时，所选择的处理方式也会有所不同，下面对工厂钢结构的设计研究进行了介绍。

关键词：工业厂房；钢结构设计；注意要点

引言

钢结构厂房具备施工简单、安装快捷等优势，能够批量生产，整体施工周期更短，可减少30%左右的建筑物结构质量，在地基承载力较低等区域具备远超钢筋混凝土结构体系的综合经济优势。同时，钢材本身在强度与性能方面有一定优势，再循环价值可观，无需制模施工，因此钢结构体系属于绿色环保的建筑体系。

1钢结构工业厂房特点

第一个特点是钢结构的大跨度。目前国内很多工厂的设计，都是为了满足大跨度的需要，采用的是大跨度的钢结构，钢结构最大跨径可达48米，相对于传统的钢筋混凝土框架，在不改变梁高的前提下，实际开口间距比钢筋混凝土大50%以上，因此能有效地增加立柱的弹性。该特性使得钢结构在纵向温区长度超过300米，横向温带长度为150m，完全符合有关要求。第二个特点就是钢制的建筑比较轻巧。在厂房的设计和施工中，钢结构相对于常规混凝土结构来说，具有较低的质量，从而极大地减轻了基础的荷载。此外，钢结构体系在很大程度上克服了混凝土结构抗震能力差、施工技术复杂等缺点，其是一种应用于民用建筑项目的材料，其耐久性得到了极大的提高，可以有效地延长轻钢结构的使用寿命。

2关于钢结构厂房结构设计要点

2.1构件设计

钢结构厂房排架结构中，构件设计期间需要验算构件的极限强度、稳定性及承载力。首先，验算各构件组合系数、地震作用效应及重力荷载代表值效应等，获取构件内力设计值后，根据现行《建筑抗震设计规范》，以钢结构厂房排架结构为对象，验算各节点及构件的抗震承载力。同时，在设计构件抗震时，需对地震作用下可能有局部失稳现象出现的框架梁与柱的翼缘、腹板等部位或刚度强度可能退化的情况予以高度重视，避免受地震的影响而出现损坏。基于此，在设计节点及构件时，梁、柱板件需以规定限制为依据设计宽厚比。

2.2钢结构工业厂房防火设计

与混凝土结构相比，钢结构在使用过程中会受到温度的影响，其耐火性能也不是很好。因此，在钢结构工业厂房的结构设计中，应充分考虑保温、防火等因素，以保证厂房整体的安全可靠。在建筑工程的具体设计中，应明确火灾危险等级、防火等级，并严格按有关防火规范进行设计，选用防火等级的钢材，以减少火灾对钢结构的冲击，从而提高其防火性能。在实际工程中，为了提高钢结构的耐火性能和防火等级，一般都会在钢结构上涂覆一层防火漆。此外，在设计时，设计者应采取有效的预防措施，全面实施消防设计，减少火灾造成的损失。

2.3支撑设计

布置支撑时，需要密切结合厂房高度和跨度、厂房柱网布置、吊车起重量及其工作制、屋盖结构形式、屋面材料、有无悬挂起重运输设备、屋架间距、地震设防烈度及有无其他振动设备等情况。屋架纵向支撑的安置中，安置区域多选择排架横梁支座反力的传递平面，与横向支撑相结合的基础上构成封闭型支撑框架，能赋予厂房骨架更强的空间刚度。从垂直支撑布置屋架的原则出发，屋架不超过30m的跨度时，于跨度中部进行一道垂直支撑的设置即可。温度区段中，在安装使用屋架受压弦杆时，为了保证稳定性或促进受拉弦杆长细比的减少，建议从厂房两端屋架出发，沿纵向设置水平系杆至横向支撑桁架节点间。

2.4运用限额设计

厂房框架结构设计经济性的提高还可以依托限额设计方式，这也是比较直接的策略，在现阶段很多项目中得以优化运用。综合分析整个厂房框架结构，准确掌握投资状况以及预算水平，进而可以对设计人员提出限额要求，促使其在相应标准内完成设计任务。对于完成的设计方案，同样也应该结合限额进行审查把关，对于明显超出限额的设计方案进行调整，由此提升厂房框架结构设计方案经济性，满足该方面要求。

2.5钢结构工业厂房抗震设计

近几年，由于地震频发，工业厂房的抗震设计应从总体上提高其抗震能力。即在实际地震设计时，应确保设计厂房内钢结构的均匀性，并使其整体应力分布十分均衡，以钢框架为基础，合理的布置水平、纵向结构，以防止厂房出现变形，即使在地震中，也能保证建筑物本身的抗震性能。在地震中，建筑结构的损坏，主要是由于其承重部件没有满足规定的强度要求，导致结构在地震荷载作用下失去了稳定的支撑点，导致结构的坍塌。因此，在钢结构工业厂房的设计中，必须保证其科学、合理，从而使其整体稳定，并具有更好的抗震能力。在发生地震时，工业厂房中合理的支撑体系可以起到很好的保护作用，并能有效地保障建筑物的整体稳定，使建筑物的结构不至于受到严重的损坏。

2.6柱与吊车梁连接

常选择普通螺栓固定连接柱与吊车梁下翼缘，并采取板铰连接的方式连接柱与吊车梁上翼缘，纵向约束效应并不大的板铰连接在重量工作制吊车梁中十分适用，板铰连接能为梁端最大水平反力的传递提供可靠保障。铰板孔径相比栓径而言有+1mm的差距，以精制螺栓要求为依据严格进行加工作业，铰板栓孔受力方向端距必须保持1.5d以上。本文设计的钢结构厂房中，由于工程吊车具备较大的起重量，增设连接框架柱的垂直隔板于吊车梁的高度中部，引入构造加强的隔板，在计算中可忽略不计。

2.7钢结构工业厂房防腐设计

钢结构自身的特点，使其在空气中极易氧化，尤其是在潮湿的环境中，会使其进一步恶化。在钢结构的腐蚀中，其主要特征是：构件截面急剧减小、局部锈坑、受力部分应力过多等，从而对钢结构的寿命造成了很大的影响。在这一具体的设计中，设计师要将工厂周围的环境有机的结合起来，从而制订出具体的防腐蚀设计，进而有效地增强钢结构的抗腐蚀性能。目前，钢结构建筑施工中，一般都是在钢材表面涂上一层防锈防腐蚀涂层，以防止大部分的腐蚀因素与钢材的直接接触，从而起到保护钢材的作用。但是，在特殊的涂覆防腐蚀材料时，要根据不同的腐蚀防锈要求，选择特定的涂层厚度。

2.8创新设计手段

在厂房框架结构设计中，为了提升设计方案的经济性，设计人员需要从技术层面予以创新，尤其是对于各个辅助设计手段，更应该创新，以此规避各类资金损失问题。在设计手段创新中，如果设计人员可以灵活运用BIM技术以及相关信息化辅助手段，就能够更好地完成设计任务，规避设计方案中容易出现的一些偏差，也可以更好地运用一些经济优化措施。

结语

综上所述，工厂厂房是企业发展的重要物质基础，其科学合理的设计不仅能保证企业的安全与稳定，还能促进职工整体生活水平的提高。目前，钢结构被广泛地用于工业建筑的结构设计。然而，由于钢结构自身的缺陷，所以在设计时应严格按照规范，强化耐火、抗震等方面的设计，以确保其安全，并保障整体的质量，为我国工业的健康发展打下良好的基础。

参考文献

[1]刘丽霞.工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究[J].工程技术(全文版),2022(20).

[2]刘雪冬,燕家琪.工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究[J].建筑工程与管理,2021(06):41-42.

[3]杜俊.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].建材发展导向,2020,18(03):1.

[4]徐志豪.钢结构厂房内管道和支架的安装方法[J].中国房地产业,2020(11):95.