当代钢结构工业厂房建筑设计研究

姜晓泉

【摘要】：近年来，钢结构被广泛应用于工业厂房的建设中。因此，对当代钢结构工业厂房的设计进行研究探讨，能够为钢结构更加广泛的应用于工业厂房提供依据，具有十分重要的意义。本文通过对工业产房结构的发展以及钢结构的特点、设计原则、设计方案的优化进行研究探讨，为当代钢结构工业厂房的建筑设计标准化提供具有可选择性的优化方案，有利于推动钢结构在工业厂房的应用的普及。

【关键词】：钢结构；工业厂房；建筑设计

工业厂房结构的设计是工业厂房设计的前期工作之一，具有重要的决策作用[1]。工业厂房前期良好的结构设计，对于工业厂房设计的优良性具有重要的意义，能够对整个工业厂房设计起到支撑作用。结构设计的质量好坏，与工业厂房的适用性、安全性、美观性、经济性具有十分密切的联系。工业厂房结构的不同，其体现出的动力学和静力学特性均有所不同。工业厂房结构设计一旦被确定下来，那么，这种结构设计就对整个工业厂房的设计起到了宏观控制作用，能够对工业厂房的外观、性能进行有效控制。如果结构设计不够科学、合理，那么，即使后期的构件设计再如何精确，也无法弥补结构设计的缺陷，无法达到理想的效果。

1我国工业厂房结构的发展过程

在之前很长的一段时间内，我国工业厂房的建筑材料普遍为钢筋混凝土，这是由当时我国的基本国情决定的，钢材产量不足，而劳动力十分充足，适合建造钢筋混凝土结构的厂房。实践证明[2]，钢筋混凝土结构的工业厂房具有较多的优点，如钢材消耗较少，构件较为统一化、工业化，大型构件可以进行现场预制，降低了高空作业强度，有利于改善工人的劳动条件。但随着我国社会主义市场经济的不断发展，钢产量大幅度提高，钢筋混凝土结构的缺点逐渐暴露出来，这种结构尽管消耗的钢材少，但其建造成本较高，节点较为复杂，预埋件较多，建造时间长。所以，在工业厂房的建材应用方面，钢筋混凝土的应用范围逐渐缩小。与钢筋混凝土相比，钢结构材料较轻便，工业化程度较高，抗震性能良好，建造时间较短，且十分环保。近年来，全钢结构的工业厂房逐渐增多，很多发达国家的大型工业厂房中的主厂房普遍采用全钢结构[3]，在我国工业厂房的建设中，钢结构工业厂房也逐渐占据主要地位。

2钢结构的结构特点

钢结构主要可分为轻钢和重钢。轻钢通常被应用于小型的工业厂房、低矮房屋、小型货场的建设中，数据显示，小型建筑对轻钢的需求量，每年可达到500m2，并呈现逐渐急速上升的趋势。重钢通常被应用于大型工程、电化厂房、石化厂房以及高层建筑的建设中。目前，在建筑界，对于轻钢和重鋼尚未有统一的判定标准，一些有多年建筑建造经验的工程设计师也无法十分准确的进行阐述。在建筑界，通常根据一些数据对比分析以对轻钢和重钢进行区分，通常认为，使用起吊机进行起吊，重量超过25吨的厂房即为重钢结构[4]。也有认为判断标准应以钢材料比重为准的观点存在，他们认为，如果钢材料的重量超过每平米50kg，那么就可以被认为是重钢结构了。还有人认为应按照工业厂房结构中主要构建的钢材厚度进行区分，如果钢材厚度超过10mm，那么就可以被认为是重钢结构了，因为这种厚度的轻钢结构应用很少。轻钢与重钢之间的区分并不在于钢结构本身的重量大小，而在于该钢结构所能承受的围护材料的重量大小。轻钢和重钢的设计理念和设计原则基本一致，在我国工业厂房中，与重钢结构相比，轻钢结构应用更加广泛，轻钢又被称为“普钢”。本文将重点围绕轻钢结构展开阐述。

3钢结构的设计原则

钢结构的设计方法主要为极限状态设计法，这种方法主要以概率理论为基础，使用分项系数的表达公式进行计算。结构设计的极限状态，是指结构能够满足设计中的某一功能所要求的临界状态，即能承受最大限度的重量，如超过这种状态，无法承受临界重量，那么这种结构便不符合极限状态的设计要求。工业厂房的承重结构需要按照钢结构的承载能力的最大极限状态和正常使用下的极限状态进行设计：承载能力的最大极限状态，即钢结构在承受最大限度的重量或者已经不能继续承载开始变形的极限状态；正常使用下的极限状态，即钢结构在承受正常使用时所规定的某项限值时的极限状态。在进行钢结构设计时，应考虑到结构被破坏所产生的后果，进行不同层次的安全等级评定。特殊的建筑钢结构可另行评定其安全等级。另外，在按照钢结构的承载能力的最大极限状态进行钢结构设计时，还应考虑到其荷载效应的必然组合和偶然组合。在按照钢结构的正常使用下极限状态进行钢结构设计时，除了要考虑钢筋混凝土的房梁外，还应考虑其荷载效应的短期组合。对钢结构的强度、稳定性进行计算时，应使用荷载效应设计值，即荷载效应的标准值×荷载的分项系数[5]。在进行钢结构设计时，荷载效应的标准值、分项系数、组合系数、动力系数以及安全等级的评定均为钢结构设计的重要参考数据。

4优化钢结构设计方案

对工业厂房的钢结构设计方案进行优化时，应首先考虑到建造成本、工业厂房实际需求，针对这两点对工业厂房的钢结构设计方案进行优化，从而达到钢结构设计方案的最优化。

近年来，钢结构被越来越多的应用于大型工程的建设中。很多大型工程的设计方案均出自国外建筑师之手[6]，在对这些方案进行选择时，往往考虑的是选择者个人对建筑外观的审美，而忽视了建筑结构的基本功能需求、成本。这种方案的评选机制存在着严重的缺陷，在这种评选机制下选择的方案，致使近年来我国工业建筑方面出现了一批世界罕见的“浪费建筑”，这些建筑的造型较为怪异，功能不实用，造成了严重的劳力浪费和经济浪费。只有对方案评选机制进行完善，才能避免出现“浪费建筑”，才能更好地优化钢结构的设计。方案评选的评审人员，应由具有多年工程设计经验的工程设计师、具有多年建造经验的项目经理以及能耗方面的专家担任，分成各个方面进行评价，最终将评价汇总，综合选出最优方案。设立“一票否决”制度，如某个方面出现严重的不合理，可以进行否决。选出的设计方案应进行公示，接受社会民众的监督，从而使设计方案达到最优化。

5总结

近年来，工业厂房的实际性能得到越来越多的关注，如防风性能、抗震性能。因此，在对工业厂房的结构设计时，应剔除掉一些前期设计过程中不合理的风险因素，结合钢结构的特点和工业厂房的实际需求，进行科学的设计。在对结构设计方案进行选择时，应综合考虑多方面需求，避免出现严重的资源浪费。建筑设计师、结构工程师以及相关的技术人员应共同携手合作，使建筑设计方案达到最优化。

参考文献：

[1]陶少军.基于钢结构的工业厂房结构体系设计思路浅析[J].科技资讯，2010，8（22）：59-60.

[2]刘震.工业厂房钢结构设计体会[J].中国科技信息，2012，24（11）：80.

[3]马王东，杨小霞.多层钢结构工业厂房设计问题分析[J].建材与装饰，2014，9（2）：36-37.

[4]才洪艳.钢结构在工业厂房设计中的应用[J].中小企业管理与科技，2011，20（18）：239-240.

[5]常有.浅谈钢结构工业厂房设计[J].商品与质量·建筑与发展，2014，21（11）：4.

[6]张莉.有关多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].中华民居，2014，7（21）：70-71.

[7]王昱.浅谈钢结构工业厂房设计[J].决策与信息（中旬刊），2014，31（7）：118.