钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨

2019-11-29闫回

建材发展导向 2019年7期

闫回

（陕西建工第十六建设有限公司，陕西杨凌 712100）

1 工程概述

某工业厂房，总建筑面积为1.63 万m2，长264m，宽62m，跨度比较大，厂房外围为彩色涂层钢板，上部结构85%为钢结构，只有钢架柱下肢柱为钢筋混凝土双肢柱。基础结构比较复杂，为天然基础，酸洗配套设备最深处达到地下14m。基本风压为0.30kN/㎡，地震加速度值为0.05g，抗震设防烈度为6°。

2 钢结构工业厂房的特点

钢结构工业厂房的主要原料为钢材，具有很高的强度，和钢筋混凝土工业厂房相比，具有更低的密度，并且自重比较轻。原材料便于运输和安装。钢材的承载力比较高，可大幅度提升工业厂房的抗冲击力和负荷，并具有良好的抗震性[1]。在施工中主要依靠构件的预制和装配来完成，大大提升了施工效率，具有很高的工业化程度。此外，在钢结构密封处理和焊接连接紧固上，也具有简便、质量好的特性。钢结构工业厂房除对防震有一定的要求之外，对保温隔热和防火也有很高的要求。钢结构在150℃以下，仍然可以保持钢材的稳定性，通过加设隔热板、耐热材料等，还有助于提升钢结构的耐热性能，进而保证工业厂房的安全性和稳定性。

3 钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用

3.1 抗震设计

抗震设计是钢结构工业厂房结构设计的重中之重，在抗震设计时要全面提升钢结构的抗震性能，促使钢结构厂房具有较强的抗震性，特别是在地震对方区域，更高重视抗震设计，以提升工业厂房生产的安全性。在结构设计时，要确保每个钢构件布置的均匀性、规则性、对称性。并确保相连两个钢构件连接的合理性和紧固性，为避免节点发生破坏，影响钢结构厂房的稳定性，在设计时要合理提升屋架和屋面板、屋架和柱子之间连接的可靠性，降低地震对钢结构工业厂房造成的破坏。此外，还要加强柱和墙之间的拉结，并合理调整宽高比，加强减振方式的合理应用，全面提升大钢结构工业厂房的抗震能力。

3.2 防火设计

当钢结构所处环境的温度超过100℃时，钢材的抗压强度会随着的温度的升高而逐渐降低，塑性则随着温度的升高不断提升。一旦外界温度超过250℃，则会对钢材的性质造成严重影响，甚至引发蓝脆现象，降低钢结构工业厂房整体结构的稳定性，甚至会引发坍塌事故。因此，在设计过程中，必须注重防火设计，通过添加防火材料和降温措施，来提升钢结构耐热性，进而保证钢结构工业厂房的稳定性。

3.3 防腐设计

防腐设计也是钢结构工业厂房设计的重点，钢结构长时间暴漏在空气中，会对空气中的水分、氧气、有机物等物质进行腐蚀，从而降低钢结构原有的承载力和性能[2]。因此，在设计中要切实做好防腐设计，具体而言可以从以下几个方面同时入手：

第一，提升设计人员防腐意识，促使他们在钢结构工业厂房设计中能加强防腐设计。

第二，重视腐蚀现象，在设计前要到厂房现场进行调研，掌握周围空气中的腐蚀介质，根据调研结果，制定有针对性的防腐措施，进一步提升钢结构厂房的抗腐蚀性。

第三，在钢结构表层涂抹一层防锈漆作为保护层，隔绝空气、氧气、有机物和钢构件，防锈漆要选择具有良好疏水性、附着性等特点。以免空气中的腐蚀介质和钢材直接接触，提升防腐性能。

3.4 钢架系统和柱间支撑设计

3.4.1 钢架断面和连接设计

由于该钢结构工业厂房在设计中，设有柱顶屋面檩条和天沟，可有效保证钢架系统的稳定性，因此，在设计时需要重新安装柱顶系杆。在主厂房屋面梁和柱子上选择钢接，但考虑到起重机的运行，需要适当增加上柱的高度。为保证上柱刚度和检修走到的人孔，满足肩梁和屋面梁的连接需求，在上柱以焊接的H 型钢的方式作为实腹式柱。下柱则选择钢管混凝土格构式双肢柱，并用轴压进行控制，以便更好的禁住轴心受压，降低操作难度。

在钢架荷载计算时，要全面计算起重机荷载、屋面活荷载、地震荷载、风荷载等，为钢架系统设计提供真实有效的数据支持。此外，在钢架、墙梁、屋架、檩条等结构设计中，全面分析风吸力对构件内里的影响。就案例工程而言，永久荷载的分项系数可设定为1，屋面活荷载设定为0.3kN/m2，起重机荷载设定时要符合《建筑结构荷载规范》中的要求。

在上柱H 型钢焊接时，选择HA900X500X16X25 的H型钢，为充分发挥腹板的作用，需要在人孔附件安装加劲板，加劲板的宽度控制在250mm 以上，厚度要大于外伸自由长度人孔的1/15。

3.4.2 柱间支撑设计

在钢结构厂房中，柱间支撑的作用主要体现在以下几个方面：其一，是柱的侧向支撑体系，对柱在平面外的计算长度有很大影响；其二，可确保钢结构工业厂房骨架的纵向刚度和整体稳定性；其三，承受钢结构厂房墙体传输来的温度应力、风力等。对提升整个钢结构工业厂房的稳定性、质量、安全性有重要意义[3]。因此，在柱间支撑设计时，根据钢结构工业厂房的特点，分别建立体系，确保其能形成独立空间稳定性结构。