基于厂房设计的钢结构设计要点研究大

刘江

摘 要：钢结构因其具有强度高、自重轻、施工快、成本低等特点，普遍应用于工业厂房设计领域。但是，钢结构的防火性比较差、容易受到锈蚀，因而，为了确保厂房能够安全、可靠地投入使用，必须不断对设计方案进行完善优化。本文将简述钢结构厂房的特点，并从温度伸缩缝、支撑系统、防锈蚀、隔热与防火、抗震等方面入手，进行设计要点分析。

关键词：厂房设计 钢结构 技术要点

中图分类号：TU392.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0161-02

钢结构技术广泛应用于大型厂房以及一些公共领域上，具有广阔的发展前景。整体来说，钢结构厂房能够使空间利用率达到最大化，并且质量较轻、工程成本不高。同时，钢结构厂房构建相对简便，环境污染相对较小，还可以循环利用，非常符合当下绿色环保的时代要求。

1 钢结构厂房的特点

首先，钢结构厂房的结构跨度比较大，柱子比较高。钢结构厂房普遍应用于重工业领域，其产品的尺寸以及重量通常都很大。因此，实际的生产需要决定了钢结构厂房的跨度以及顶高数值偏大。其次，纵向柱距较大。重工业企业的生产车间往往会有大型的铣、刨、车等机床、供电设备等，因而需要按照建筑行业相关标准，对厂房进行优化设计，合理设置厂房纵向柱的间距。一般条件下，纵向柱的间距为12～240m之间，如果有特殊要求则会相应加大。再次，吊车起重量大，且使用比较频繁。在钢结构厂房的布局设计阶段，对于吊车主要有两种选择：分别为重级、中级工作制吊车。另外，钢结构的承重构件的截面相对比较大。为提高载荷能力，钢结构厂房对结构强度要求比较严格。在承重构件上一般会选择钢板材料，在构件结构上一般会选取析架式或者格构式。

2 钢结构设计设计要点

2.1 温度伸缩缝的设置

在温度的作用下，钢结构会产生温度应力，进而造成厂房发生形变。温度应力受柱子刚度、吊车轨顶标高以及温度变化范围影响。假如，厂房的平面尺度偏大，那么建议在横、纵方向上要预留温度伸缩缝，进而减小由温度变化导致的温度应力，同时，要按照相关设计标准，进行温度区间的划分。设置温度伸缩缝时，通常会利用双柱方法或者单柱方法进行处理，对于纵向的温度缝可以采用于屋外支座上再添置滚动底座的方法；对于横向的温度缝可以对框架梁（KL）和檩条的衔接处的滑动方式做一些处理，比如说，采用椭圆孔滑动或者是槽钢夹板滑动。

2.2 支撑系统设置

由于钢结构厂房对于空间利用率、刚度以及载荷能力的要求比较高，因此，需要设置支撑系统，从而避免厂房发生大幅度形变，提高钢结构的稳定性能。在进行支撑系统的设计时，要充分考虑厂房的结构、跨度和温度区间，吊车的起重量以及振动设备的影响等等。钢结构厂房常见的支撑有柱间支撑与屋盖支撑两种。下面将分别进行详细介绍。

2.2.1 柱间支撑

钢结构厂房的各个温度区间都应该设有柱间支撑，同时需要注意屋盖的横向支撑的位置，避免二者发生冲突。下柱支撑的布置对厂房结构的纵向变形起着决定性影响，同时也是影响温度应力的一个重要因素。应该将下柱支撑尽量设置在厂房温度区段的中间部位，以便为连系梁、系杆等纵向构件的温度变形提供伸缩空间；假如厂房的温度区间不长，那么在区间中部设置1道下段柱支撑即可；但是，一旦温度区间的长度超过150m时，则需要设置2道下段柱支撑，进而为厂房的纵向刚度提供保障。支撑的位置应该设置在温度区间的中间部位的1/3段内，且2道支撑的间距最好不要超过72m。此外，为了符合钢结构的实际施工要求，增强厂房顶部的纵向刚度，提高其抗风、抗震能力，还需要在2道下段柱支撑之间设置上柱支撑。

2.2.2 屋盖支撑系统

屋盖支撑系统包括横、纵向、垂直支撑以及系杆四部分。影响屋盖支撑的设计因素有钢结构厂房的跨度和高度、屋盖结构、吊车起重量及位置设计、振动设备等。大多数条件下，不管屋盖结构有没有檩，都需要具备垂直支撑结构。对于无檩屋盖结构而言，屋面板和屋架之间有3个焊接点，这同样能够承担上弦支撑的角色，然而，由于受到实际施工以及安装的制约，不管檩有否，屋盖结构都需要在屋架以及天窗架的上弦上布置横向支撑。在以下三种情况下，屋盖需要布置纵向水平：（1）支撑屋架间距超过12m；（2）厂房里配有特重级桥式吊车；（3）厂房里配有大型振动设备。

2.3 防锈蚀处理

未做表面处理的钢结构，长期与空气接触则容易发生锈蚀，如若钢结构厂房处于酸、碱以及潮湿环境中，则锈蚀程度会加大。钢结构发生锈蚀会带来很多危害，除了减少构件截面的厚度之外，还会在其表面留下锈斑，进而出现应力集中的状况，降低钢结构的使用寿命。所以，建筑单位要对钢结构的锈蚀现象多加注意，要根据厂房所处的地理环境，采取最合理的设计方案进行厂房总图设计、车间局部布置图设计以及材料选择，从而提高钢结构的稳定性能，为厂房的安全使用提供保障。

涂防锈漆是钢结构最常用的表面防锈蚀方式，涂层厚度以及层数主要受所处环境以及涂层特性的影响。当钢结构在室内使用，处于自然大气中时，防锈蚀漆需要在底漆的基础之上在刷一层面漆，总厚度大约为100μm；当钢结构在露天环境使用或者处于工业大气中时，防锈蚀漆的厚度要达到150～200μm，有时还需加厚超过200μm。同时，包裹钢柱柱脚地下部分使用的混凝土强度级别要高于C20，且保护层要厚于50mm；当钢结构处于酸碱、或者潮湿等侵蚀环境中时，型钢厚度以及受力焊缝厚度都需要在8mm为佳。

2.4 隔热、防火设计

当温度达到100℃时，钢结构的抗拉强度会与温度成负相关关系，其塑性会不断提高；当温度达到250℃时，抗拉强度稍微加大，韧性降低，也就是所谓的蓝脆现象；当温度达到250℃以上时，钢结构会发生徐变现象；当温度达到500℃时，钢结构的强度会达到低谷，以致于出现坍塌现象。所以，一旦温度在250℃以上，就必须要对钢结构进行隔热以及防火处理。常用的方法有以下两种：其一，在钢结构外表面包裹防火转、或者防火板材等；其二，刷涂防火涂料，涂层厚度需要按照《钢结构防火涂料应用技术规程》中的规定，计算得出。

2.5 抗震设计

钢结构本身具有一定的抗震性，然而，假如没有合理的设计作为支撑，一旦地震强度较大，厂房极易遭到摧毁。因而，对厂房进行整体设计时，一定要把抗震系数考虑在内，必須按照相关抗震标准要求进行抗震处理，进而提高厂房的安全性能。

进行抗震设计时需要注意以下几点：（1）钢结构厂房的整体质量以及刚度要均衡，保障受力均匀，尽可能减少由于刚度失衡而产生的变形不均；横向结构最好使用刚架或者框架，进而充分发挥钢结构的载荷能力，在一定程度上减少结构形变。（2）杆件失稳是破坏钢结构厂房的主因，因此，为了提高厂房的稳定性能，进行支撑系统的合理布局显得至关重要。（3）地震会引发疲劳极限作用，因而在进行结构衔接设计时，必须要确保结构处于韧性工作状态，使其能够承担抗震的任务。（4）当厂房围护墙的抗震设防烈度在7～8度范围内，可以使用钢筋混凝土墙板或者是轻型墙板，譬如说型钢板复合板、石棉瓦、瓦楞铁等等；当抗震设防烈度为9度时，则最好要使用轻型墙板。

3 结语

综上所述，随着钢结构在工业厂房的广泛应用，建筑物的稳定性以及安全性成为了人们关注的热点话题。所以，在对钢结构厂房进行设计时，要充分考虑温度伸缩缝、支撑系统、防锈蚀、隔热与防火、抗震等因素，对设计方案进行优化处理，进而提高建筑的使用寿命，促进经济发展。

参考文献

[1] 中国计划出版社.GB50017-2003，钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

[2] 中华人民共和国公安部.GB50016-2006，建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[3] 才洪艳.钢结构在工业厂房设计中的应用[J].小企业管理与科技下旬刊，2011（6）：239-240.endprint