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

王兴宾

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摘要：近年来，我国的工业发展很快，企业的规模和数量都有了很大的提升，而且工程技术水平也有了很大的提升。钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能好、施工方便、美观、节能等优点，是当前工业厂房结构设计中应用最广泛的一种。钢结构是一种新型的结构形式，其应用越来越广泛。

关键词：工业厂房；钢结构设计；优化设计；研究

1设计钢结构工业厂房支撑系统时要遵循的原则

在布置支撑系统时要注意保证钢结构厂房的工作空间，使厂房的承受能力、整体的刚度、传递纵向的水平力都得到很好的控制，这样才能有效的避免压杆的不稳定性，防止杆件出现变形的状况。只有这样，才能够建筑结构在整体上更加地稳定。此外，在设计时，还应该考虑厂房结构的具体形式、车间吊车的设置情况、厂房的跨度、厂房的温度以及相关的振动设备。在厂房的每一个温度区段都应该设置稳定的柱间支撑系统，设置的柱间支撑系统要和屋盖横向的水平支撑相互协调。下柱支撑对厂房的结构有很大的影响，它决定着厂房结构的变形方向，还对厂房的温度应力有很大影响。在布置下柱支撑系统时应该尽量使其设置在温度区段的中部，这样才能够保证纵向构件能够在温度的变化下能够自由地向区段两边移动。如果温度的区段长度很小，那么就可以在温度区段上装置一道下段柱，这样可以起到一定的支撑作用，但是要注意的是，当温度区段的长度很长，大于一百五十米时，要想使厂房的纵向刚度达到标准，就要在温度区段上安装两道下段柱，这样才能够保证建筑结构的稳定性。但是在布置时要注意下段柱的安装位置，尽量在温度区段的三分之一处。这样可以降低温度应力，防止其过大。此外，要注意两道支撑中间的距离，尽量不要大于72米。

2钢结构工业厂房特点

第一个特点是钢结构的大跨度。日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。

3钢结构厂房的优化设计

3.1钢架最优柱距的确定

钢架的柱距与钢架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关。随着钢架柱距的增大，钢架用钢量是逐步下降的，但当柱距增大到一定的数值后，钢架的用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降后上升。大量计算数据表明：一般情况下，门式钢架的最优柱距为6～9m，柱距不宜超过9m，超过9m屋面檩条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。因此，从综合分析的角度看，确定合理的柱距才能既节省钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式钢架轻型房屋结构体系在我国的发展。

3.2受力分析

在钢结构厂房的结构设计中，当屋顶处于满载状态时，应从安全的角度对其进行受力分析。在进行应力分析时，根据荷载作用的组合，举例说明：第一，考虑活荷载、雪荷载，并选取二者间最大的荷载，作为结构设计规范。第二，在进行应力分析时，应将雪荷载和积灰荷载结合起来。第三，在钢结构厂房的屋面施工、检修过程中，不得采用这种载荷进行自动加载。第四，按国家规定的负荷标准，安排多个起重机使用。第五，对设计风荷载和地震荷载的区别。规范中指出，钢结构厂房屋顶的垂直荷载标准为0.5kN/㎡。

3.3合理跨度的确定

在设计中，应该根据具体房屋的高度来确定合理的跨度，总体来说，当荷载和柱高一定时，我们在设计中就应适当加大房屋的跨度，这样一来，钢架的用钢量整体增加不明显，但却很大程度上节省了空间。通过大量计算得出：当檐口高度为7m、柱距8.5m，荷载情况完全一致的情况下，跨度在18～48m之间的钢架单位用钢量为18～35kg/m2，当檐口高度为12m时（其他情况相同），跨度在18～48m之间的钢架单位用钢量（Q235-B）为25～40kg/m2，因此，在工艺要求允许的情况下，设计人员选择方案时应选择较为经济合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。

3.4耐热及防火

钢材具有很高的导热性能，其导热系数为50w（m·℃），当受热达到100℃以上时，其抗拉强度就会降低，塑性增大；温度达到250℃时，钢材抗拉强度会稍提高，但塑性却降低，出现蓝脆现象；温度达到500℃时，钢材强度降至很低，会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时，就必须做隔热防火设计。其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材。或者钢结构表面刷厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。

3.5屋面支撑系统

屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑；在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要，无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在70m以内。目前，市场上钢结构屋面的做法常用的有两种：①刚性屋面：双层彩色压型钢板内夹保温棉；②复合柔性屋面：由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层、卷材防水层组成。

3.6钢结构工业厂房防腐设计

在这一具体的设计中，设计师要将工厂周围的环境有机地结合起来，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，在特殊地涂覆防腐蚀材料时，要根据不同的腐蚀防锈要求，选择特定的涂层厚度。

结语：

总之，钢结构厂房的设计工作至关重要，它不仅是工作人员生命财产安全的保证，也是工业行业能否获得更好发展的关键。因此，作为一名设计人员，深刻体会到钢结构厂房相对于传统厂房结构形式的优越性，推广钢结构形式和提高钢结构设计水平已显得相当重要，要保证结构设计的质量达到一个最优值，使厂房的结构设计得到优化。

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．