工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

冯晓亮

摘要：在工业厂房结构设计中应用钢结构形式，能全面提升厂房施工实用性、功能性，降低厂房施工成本，提升厂房使用寿命。钢结构在设计过程中要分析多项影响要素，整合施工作业各项要求，在满足经济性的要求下，保证钢结构厂房的安全性。

关键词：工业厂房;结构设计;钢结构设计;应用

1钢结构概述

钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚度好、抵抗变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载;建筑工期短;其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。

钢结构应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度;此外要轧制新品种的型钢，例如H型钢（又称平行翼缘工字钢）和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。

2特点

2.1材料强度高，自身重量轻

钢材强度较高，弹性模量也高。与混凝土和木材相比，其密度与屈服强度的比值相对较低，因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装，适于跨度大，高度高，承载重的结构。

2.2钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高

适于承受冲击和动力荷载，具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀，近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。

2.3钢结构制造安装机械化程度高

钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。

2.4钢结构密封性能好

由于焊接结构可以做到完全密封，可以作成气密性，水密性均很好的高压容器，大型油池，压力管道等。

2.5钢结构耐热不耐火

当温度在150℃以下时，钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间，但结构表面受150℃左右的热辐射时，要采用隔热板加以保护。温度在300℃ 400℃时.钢材强度和彈性模量均显著下降，温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。

3工业钢结构厂房结构设计

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，而其他如檀条、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6～9 m，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。

3.2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。

3.3柱间支撑

3.3.1柱间支撑的作用和要求

在工业厂房的结构体系中，钢柱、钢梁、吊车梁作为直接受力的基本构件（俗称主钢构）固然重要，但是柱间支撑同样不能忽视。柱间支撑起着承担和传递水平力（吊车纵向刹车力、风荷载、地震作用等）、提高结构的整体刚度、保证结构的整体稳定、减小钢柱面外稳定应力、保证结构安装时的稳定等重要用。地震时，合理的支撑刚度能够避免震害的加重。柱间支撑的布置要求是在建筑物的每个温度区段或分期建设的区段中应设置独立的支撑体系。对于厂房，一般每个柱列均布置柱间支撑。其中无吊车的房支撑间距不大于45米，有吊车的厂房柱间支撑间距不大于60米。在温度区段内柱间支撑宜对称布置。具体项目中设计人员应根据建筑要求合理布置柱间支撑。一般在两端第一开间均设置支撑，因使用功能要求第一开间无法设置时可适当调整，但须设置相应的刚性撑杆传递荷载给柱间支撑;同时注意柱间支撑尽量避开厂房大门。

3.3.2柱脚设计

轻钢结构柱脚形式有两种：即铰接柱脚和刚接柱脚。对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单。但部分轻钢节结构厂房都有吊车，依据《轻钢结构刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：用于工业厂房且有5t以上的桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接; 《技术措施结构2003）规定：当设有桥式和梁式吊车时，轻钢结构刚架柱宜采用等截面构件，柱脚应设计成刚接。因此5t以上的桥式和梁式吊车的门刚结构柱脚应设计成刚接;3t及以下悬挂式吊车和无吊车的门刚结构，柱脚才可以设计成铰接。有较大吊车的房屋，柱项位移较大，柱脚采用刚接，使得每榀刚架形成超静定结构，不但能减小柱顶位移而且具有更大的安全储备。对于高宽比和风荷载较大的无吊车门刚结构，柱脚也宜设计成刚接。

3.3.3围护结构中檩条的设计

檩条通常是风荷载工况起控制作用，设计时常忽略验算风吸力作用下的稳定，导致大风时很容易失稳破坏。为了保证风吸力作用下的整体稳定，通常在檩条之间设置拉条。计算中己考虑拉条的作用而施工图中忽略了布置拉条或拉条布置不当都将导致檩条失稳破坏。正确的拉条布置位置是根据计算结果在檩条上下翼缘附近，在上下稳定均需要拉条约束时，在实际工程设计中有些设计者对屋面或墙架最上端檩条的侧向支撑，如拉条、斜拉条、撑杆能正确设置，但对中间墙面或屋面，如门窗洞口、屋面风机开孔处、屋面天窗（采光窗）等处，经常只设拉条，而漏设斜拉条和撑杆等，根本无法将拉条上的拉力传至承重结构上。其根本原因是对拉条、斜拉条、撑杆的传力作用及途径不清楚，同时也是对规范条文只知其然，不知其所以然，从而给围护结构的设计带来安全隐患。

结论

工业厂房钢结构设计工作要严格遵守法律法规制定的要求，并且要以提升工业建筑的安全性、稳定性和可靠性为目标，从结构的选型到细节的把控进行全面的考量，以最大程度保证取值的合理性。在设计的实践中，要充分总结，改进不足，按照工业建筑的实际需要有所侧重，保证钢结构工业厂房的质量。

参考文献

[1]李伟.工业厂房建筑结构设计优化的探究[J].居舍，2018（29）：88.