多层钢结构工业厂房结构设计

多层钢结构工业厂房结构设计

魏铁斌

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摘要：所需要的坚固性和耐久性以及在工作内容中多样性和复杂性做到充分的考量，这时候钢结构所具有的重量负荷能力便成为了设计者在设计之初的不二选择。多层钢结构和一般的钢结构有所不同，它重量较轻、设计和施工周期都较短，使多层钢结构本身越来越多地应用到了工业厂房的设计当中，并逐渐成为了主流的设计趋势。本文就此展开了论述，以供参阅。

关键词：多层钢结构；工业厂房；结构设计

1多层钢结构工业厂房的特点

（1）重量比较轻。通常情况下，在选择多层钢结构工业厂房的时候，设计的过程中，在保证应用性能充分发挥的情况下，应当尽可能地使用轻质钢材作为建筑施工的应用材料，这在很大程度上减轻了多层钢结构的设计重量，并且在施工的时候轻质钢材更加有利于施工的进行。（2）施工周期短。对于多层钢结构工业厂房，施工工期短主要体现在钢结构框架部分的施工作业上。一般情况下，多层钢结构工业厂房的韧性比较高，强度相对较大，标准间也多，适合生产线作业，并且有广阔空间，便于将重型设备放置在厂房内部进行操作，满足工业发展要求。（3）承重能力好。其实，对于承重能力这一点，不仅体现出多层钢结构工业厂房的特点，更多体现为要求。同其它建筑一样，承重能力是多层钢结构工业厂房必须具备的，在进行工业厂房的施工时，多层钢结构的设计钢的韧性满足了承载力的要求，有利于工业厂房的施工进行。（4）活荷载较大。工业厂房既要满足工业生产的要求，又要做到符合员工生产的需要。工业厂房一般都会存放很多原料，较大的活荷载能够保证工业原料的存放，同时还能够充分满足工业生产活动的各种要求，保证了工业生产活动的顺利进行，一定程度上提高了工业生产的效率。

2多层钢结构工业厂房的设计理念

对于多层钢工业厂房的设计，它和传统钢结构建筑设计是有所区别的。它所呈现的是结构设计和建筑设计同时完成。这主要是因为多层钢结构工业厂房具有先进的设计软件以及特殊的材料，使相应的设计程序可以实现建筑结构的一体化。传统钢结构主要是遵循这样的设计理念———“先建筑后结构”。多层钢结构工业厂房设计理念主要包含了整体化设计理念和截面优化设计。（1）整体化设计理念方面。第一、关于维护系统和主体结构设计方面的整体化。当下，我国主要采用的方法是把它们分开进行设计。但对于维护系统和主体结构设计方面，最好的办法是统一对它们进行设计。第二、建筑结构设计整体化方面。主要是要改变传统“先建筑后结构”的设计理念，坚持把建筑设计和结构设计一起完成。（2）多次层钢结构工业厂房的截面优化设计理念方面。首先，多层钢厂房所采用的角钢规格的种类最好不要超过五种。主要是为了方便相关材料方面的准备。如果角钢种类规格相近的时候，为了减少规格的数量，需要尽可能进行统一使用。其次，对于那些需要使用c级螺栓和相应支撑杆件连接的屋架杆件角钢的边长，c级螺栓需要是最大直径。最后，在截面厚度方面，需要优选使用那些厚度比较薄的截面。并且需要使用同样用钢量下截面比较的钢度。

3多层钢结构的设计要点和设计思路

第一类是排架一支撑体系。这种体系将多层钢结构的横向部分设计成刚接排架，纵向部分设计成柱型，柱型支撑能够抵抗水平荷载。这种体系成本比较低，但厂房的工艺布局和使用功能对柱间支撑效果会有所影响，因此设计师只有参与到前期的工艺和建筑设计中，才能设计出科学合理的结构设计方案。这种体系多用于纵方向长度较长，而横向跨度方向较短的厂房之中。第二类是纯框架体系。就是将厂房横纵两个方向都设计成刚接框架，不需要设置柱间支撑。这种结构的优点是不受使用空间的影响，缺点是柱不能采取工字型柱，而是采用箱形柱等截面较大的设计，这种结构钢材的使用量较大。第三类是钢架加支撑的混合体系。这种结构是将纵向设计成钢架和支撑混合的型式，利用两者共同抵抗水平力。这种形式如果楼面刚度不够大，就会造成柱子间的变形不协调，支撑柱就难以发挥真正的作用。优点就是能够有效地减少柱的纵向弯矩。在实际设计过程中，设计人员应当要能够结合实际情况来合理选择结构体系，基于将多层钢结构工业厂房的最佳使用技术性能充分并稳定的展示出来的前提下，尽可能降低使用钢材建筑材料用量。

对多层钢结构厂房进行横向设计，保证厂房用途的多样性；而纵向设计是考量工业厂房本身的安全性能和结构性能而进行的设计，例如是否具有防火性能和防震性能。例如某厂房在进行多层钢结构设计的过程中，需要首先进行荷载的测量，即厂房所处环境当中风向、风力，以及地震强度和地震加速度的测量。将测量结果进行分析，X方向风力作用和地震力作用，Y方向除风力作用和地震力作用外还要考虑恒载作用和活载作用，将标准内力进行考量，进行厂房荷载的测算。

在针对多层钢结构工业厂房展开基础性结构部分设计作业工作过程中，相关设计工作人员应当充分关注基础性钢结构建筑施工部分的承重性支撑技术性能水平，在做好相关的技术性安全防范与保护工作基础上，切实提升钢结构建筑施工部分的整体性承载技术障能力。与此同时，还要重点关注多层钢结构工业厂房钢结构组成部分设计与施工作业过程中的节点位置构造技术状态表现特征问题，全面关注柱－柱、梁－梁以及梁－柱等关键位置的支撑性构造组件部分的技术表现特征，通过逐步加强水平性承载支撑体系的技术性能优化表现程度，有效弥补建筑钢结构中侧向结构无法抵抗的水平方向荷载问题，最大限度避多层钢结构工业厂房的钢结构技术部分在具体使用过程中出现非正常性侧向位移现象。

设计人员在设计柱网布置方案时，应当在满足正常的使用需求与生产工艺的基础上，努力遵循经济性、安全性、施工便捷与先进性、技术个性性的原则，合理计算柱距。就楼盖设计来讲，目前，设计人员可采取预制的钢筋混凝土板、现浇混凝土的压型钢板、现浇混凝土普通楼板等几种板型，作为楼盖布设的类型，各种板型均有其自身的优缺点，需要设计人员进行综合分析。在多层钢结构的厂房建筑中，应尽量采用现浇混凝土的压型钢板作为楼盖。

设计者在进行焊接工艺的考量的时候需要先对钢材材质进行分析，选择合适的焊接工艺。一般来说，焊接缝的尺寸不同、钢材材质不同、厂房设计要求的不同都会影响焊接工艺的选择，因此在面对焊接操作时需要优先对整体进行考量。保证厂房设计科学合理。

工业厂房的层数越高，对于多层钢结构的构造就越有利。但是在构造当中也需要考虑到厂房具体的使用环境和生产情景，并且对每一层的具体承受负荷能力做出预估。这时候可以利用软件或者有限元算法来进行测算，通过测算之后在对结构进行设计，保证稳定性。

结束语

钢结构厂房建筑广泛适用于复杂的工业厂房环境，具有优异的环境效益及经济效益。在进行钢结构厂房设计时，需综合考虑钢结构的焊接特性、节点以及支撑构造系统等因素，合理开展多层钢结构厂房设计，此方式可大幅度降低整体设计重量，满足工业发展需求，提升施工效率。

参考文献：

[1]柴思龙.多层钢结构工业厂房结构设计分析[J].华东科技：学术版，2017（11）：54-54.

[2]钟斐斐.多层钢结构工业厂房结构设计分析[J].住宅与房地产，2017（29）：99-100.

[3]王敬奎.多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].工程建设与设计，2018（9）：41-43.