浅析重型钢结构厂房设计

羊霞

【摘要】随着我国工业、民用建筑的蓬勃发展，钢结构的应用越来越广泛，尤其在工业厂房的建设中占到了举足轻重的地位。本文通过对重型钢结构厂房的结构设计进行分析，提出了加强厂房结构设计的有效策略，提高建设质量的同时更好地满足实际应用需求。

【关键词】重型钢结构；厂房结构设计；有效途径

【中图分类号】TU391 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0206-01

钢结构抗震抗风性能强，施工周期短，保温节能性好，材料的多样性也使得设计富有很大的弹性。凭借着这些优点，钢结构在建筑领域的使用越来越广泛，尤其是在一些大跨度大开间和超高层的建筑中，开始逐渐代替钢筋混凝土成为主要的建筑材料。但是，钢结构也存在着易腐蚀、防火性能差等明显缺点，对建筑施工和生产使用都产生了一定的不利影响。因此，应当对重型钢结构厂房的结构设计进行仔细分析和探讨，以确保建筑结构设计的科学性和合理性，避免一些工程质量问题的出现。

一、设备基础设计

对于大型的吊车厂房往往还存在着一些埋深和荷重较大的设备基础，这些设备基础对于厂房的整体设计具有重要意义。应当根据设备的工作特性、工艺要求及地质条件确定基础的结构形式。在对设备基础进行设计的过程中，要充分考虑其与厂房基础的协调避让性，同时也要有足够的刚度，确保在荷载作用下的变形在允许范围内。在对于一些特殊设备的基础设计时，应当与工艺密切配合，同时应研究各方面因素，解决动力设备共振问题，避免因过大的振动影响机械本身和邻近设备的使用。

二、抗风系统设计

我国是风灾严重的国家，尤其是沿海地区，钢结构厂房在风灾中的破坏可以说是司空见惯的，虽然可能只是一些局部破坏，但足以给予我们警示。在设计前，必须对当地的风力风向等风因素进行全面的考察研究，之后再进行抗风设计，合理开设门窗洞口，避免由于鼓风效应和吸风效应对厂房造成破坏。整体设计要确保厂房的刚度足够，积极采取有效措施提高抗风能力，对一些容易发生先行破坏的薄弱部位进行特殊的抗风（处理。重型钢结构厂房一般高度较高，山墙受风面积大整体刚度较弱，抗风设计时，可以以抗风柱作为竖向支撑点，加设水平抗风梁或钢抗风桁架作为中间铰支点，避免出现抗风柱截面尺寸过大的情况，也确保了抗风系统的整体合理性。

三、柱脚设计

重型吊车的荷载较大，柱脚的弯矩比较大，对于重型钢柱的柱脚设计，应当以插入式为主。实腹式和格构式钢柱插入混凝土基础杯口的深度应当由计算确定，对于非抗震地区最小深度参考《钢结构设计规范》GB50017第八章构造要求的条文，对于抗震设防地区则需要参考《建筑抗震设计规范》GB50011。当柱上拔力较大且杯口护壁较薄时，必须进行验算，确保承载力满足要求。此外，为了防止柱脚的锈蚀，应采用C7.5或C10砼将柱脚包至室内地面以上0.1-0.2m。

四、肩梁设计

肩梁作为上、下段柱连接和支承吊车梁的重要部位，必须具有足够的强度和刚度。在阶形柱变截面处构造肩梁将上、下段柱连成整体，实现内力的传递，确保不产生相对转角和位移，同时也解决了吊车梁、制动梁和柱的连接。对于其位置的确定，应当根据转换桁架的相关概念进行验证，根据实际情况合理设计和应用。肩梁的连接方式主要有两种，一是将上段柱腹板与肩梁上盖板用两条角焊缝相连，并按与腹板等强度考虑，柱翼缘的连接则根据情况考虑。二是将实腹式上段柱直接对焊在肩梁上，此时宜将上盖板下移变为两块加强板的形式，焊于肩梁腹板的两侧。

五、变形控制设计

根据计算的假定值来看，普钢排架的厂房设计，一般是假定屋面的刚度呈现无穷大趋势，挠度太大就难以满足需要。而标准规范中对于吊车轨顶位置的水平位移有着非常严格的规定，如果屋面的梁刚度太小，就会导致钢柱成为悬臂柱，那么位移就不能够满足要求，而且这样也导致用钢量都集中到了柱子上，从而导致柱子的截面需要很大的尺寸才能够满足要求。

在传统的屋面变形控制设计过程中，主要偏向于采用桁架屋面梁，是柱子和屋架相铰接，屋面板的尺寸也很大，荷载比较大，导致容易出现漏水的问题，桁架屋面梁上的刚度较大，结构安全度相对较高。随着技术的不断进步和发展，当前普通厂房建设主要是应用实腹式梁和轻型的彩钢板屋面。这种情况下，屋面的梁变形问题并不严重，也不会产生漏水的问题，是比较理想的状态。

因此，对于普钢厂房屋面变形结构设计，应当确保科学、合理设计，以提高厂房设计质量。对于大吨位的吊车轻型屋面性质的钢结构厂房，应当注重解决屋面钢梁存在的挠度问题，如果对钢梁的挠度控制较为严格，则会出现很多浪费，因此，对于钢梁挠度的设计指标可以适当放宽，根据《门钢规程》进行设计。针对轻型屋面性质的大吨位吊车钢结构厂房设计，应当将钢梁的挠度定为L/250。对于大型屋面板性质的大吨位吊车的轻型屋面板钢结构厂房，可以将钢梁的挠度定为L/4000对于采用轻型屋面但钢梁上悬挂吊车的大吨位型吊车钢结构厂房，则应当将钢梁的挠度定为L/400。

六、平面布局设计

要想保证结构布局的经济性和合理性，首先应当对结构单元进行合理划分，总的来说，平面布置主要是根据工艺、结构与经济的要求确定，同时还要考虑建筑及设备的平面投影尺寸等因素。工艺要求柱的位置与车间内机械、运输设备相协调，符合生产流程，还应考虑生产过程中的可能变动。根据结构单元平面尺寸的基本要求，重型钢结构厂房的结构单元设计中的经济控制尺寸定为跨度方向的尺寸不超过150m，长度方面的总尺寸不能够超过220m。对于能够归并到一个结构单元中的吊车，应当尽量保证钢架端部的下沿结构或者是檐口高度在12m以上，同时确保轨高的差异较小，这样才能够合并为一个单元进行计算。对于重型吊车钢柱的选型问题，应当充分考虑到用钢量的经济指标及取材的便利性。设计人员可以充分比较采用实腹柱和格构柱两种方式下的各种技术指标和经济指标，根据实际情况进行综合评估，选出最优的方案，既能保证工程的合理又为设计和施工增加了便利和经济性。

七、门式钢架天沟设计

钢结构在厂房建设中，施工周期短、可循环使用、可调整等一系列优点，得到了许多工厂的青睐，在现代厂房设计中钢结构更是被广泛普及并得到了很高的评价。但是重型钢结构在厂房建设中也暴露了许多问题有待我们去解决。连跨钢结构门式钢架天沟经常出现漏雨问题就是其中比较棘手的问题之一。目前重型钢结构连跨门式钢架结构中最常用的是内排水通长天沟，这种天沟设计深度受到本身结构尺寸影响，最大高度等于屋面檩条高度，蓄水能力严重受到限制，尤其在北方地区，若遇到大雪天气，积雪及其容易积满，这时排水能力就会彻底丧失。夏天遇到暴雨，雨水溢出天沟会顺着檐口灌入厂房内部。并且因天沟结构比较长，受热胀冷缩影响及其容易变形甚至开裂。如果我们在建设中设计成分段天沟，天沟在长度方向断开，一个柱间设计一个天沟，用厚度约为约3mm的钢板焊接好，这样竖向就有了足够的空间满足天沟排水量要求，缩短了天沟长度，避免了过热或者过冷天气天沟的变形和断裂。

结束语

在设计钢结构厂房，尤其是重型厂房时，不应该想当然地进行设计，需要结合实际情况，考虑到地理环境等因素，然后进行分析。充分了解重型钢结构厂房结构设计和实际工业的各方面需求后，找出最优方案后进行设计。把工程质量放在第一位，同时还能传达出现代建筑设计中节能环保和美观的概念。

参考文献

[1]周瑞.某重型钢结构工业厂房结构设计[J].建筑结构.2010（04）

[2]李云鹏.某工业厂房重型钢结构设计[J].钢结构.2010（05）

[3]王喜雨.钢结构厂房的特点与施工研引[J].商业文化（学术版）.2009（01）

[4]骆兰月，郭冰冰.大吨位吊车单层工业钢结构厂房在纵向荷载作用下的计算[J].工程建设与设计.2009（07）

[5]戴向阳，刘峰.浅谈钢结构厂房设计的一些概念[J].科技信息.2009（22）

[6]田海明，王永岗，崔建华，王丽.某重型钢结构厂房设计与分析[J].钢结构.2009（11）