钢结构在工业厂房结构设计中的应用

2020-01-15胡嘉中国成达工程有限公司四川成都610041

化工管理 2020年7期

胡嘉(中国成达工程有限公司，四川成都 610041)

0 引言

工业厂房是所有工业企业生产各种材料、加工各种产品的建筑。工业厂房的结构设计和材料选择，对它的功能来说都是非常重要的。同时，结构的稳定性和能否进行相对应的管理也同样重要。本文就工业厂房设计过程中采用钢结构设计的优势进行分析和阐述，提出关键点。

1 钢结构的优点概述

1.1 钢材本身的优点

钢材是我国工业化建筑生产过程中非常重要的一个产物，这种材料具有的特性十分明显。因而在我国的很多基础建设和设备的制造过程中，都有经常使用这种材料[1]。钢材具有超强的稳定性，是因为在钢材的生产过程中，要先进行严格的把关，然后严格控制提炼钢材的过程，增强了钢材这种材料本身的稳定性、耐磨、抗压性。

1.2 组装时候的优点

钢结构还具有超强的承载力，跟混凝土结构的相比，同重量钢结构的承载力是超过了混凝土的，同时钢结构还有一个显著的特点，那就是钢材的比重更小，与混凝土相比，钢结构组合的质量只是混凝土结构的1/3。

钢材制作的结构本身还具有一定简便性和良好的自身特性。钢材可以在后期拆卸的时候进行二次回收利用，在一定程度上节省了材料。在这个节省材料的过程中，还减少了拆迁时的材料损耗。可以节约人力、物力和财力的成本[2]。钢材制作的结构体，在各种产品当中，最常见的组合方式是根据现场厂房的机构进行装配式的结构设计，然后到现场进行回装。

2 钢结构在工业厂房设计中的要点

2.1 主要应用的设计地方

钢结构在工业厂房的设计过程中，主要用于这些地方：

工业厂房的屋顶：针对屋面结构的设计，主要是由于钢结构应用在这些地方可以增强钢结构主体的稳定性。而工业厂房的屋顶除了稳定性，还需要耐热性，在大部分的工业厂房里，需要进行的都是一些大规模热化反应的过程，而钢材本身的特性就刚好决定了采用钢结构设计屋顶是非常适合的。在这个设计过程中，需要注意的不只是针对屋面结构支撑效果的设计，支撑点设计好了，同时对屋顶的结构设计来说也是如此。屋面作为整个厂房里相对重要的结构，它的稳定性和其他方面的设计，都是需要注意的地方。例如，屋面的防水、排水方面的结构设计，就需要进行着重的分析和判断，以防止它出现渗漏的问题[3,4]。

工业厂房的柱子：工业厂房的柱子很多时候都是通过钢结构的组织架构来设计的。而对于工业厂房来说，柱子的承重量和承重的强度，也是设计师需要非常关注的地方。在工业设计上面来说，柱结构一般分为：截面柱、阶梯型柱子和分离式的柱子等3 种形式的柱子。但是，在通常的情况下，工业厂房会比规范里多一些要求，那就需要设计师在设计的时候，对钢结构的薄弱处进行加强或变更结构的受力方式等。

2.2 设计钢结构的注意点

利用钢结构设计工业厂房的时候，需要的不仅仅是在结构上满足工业厂房的日常功能使用的需求，更加需要的是满足美观和经济方面的需求。因此，在这个设计的过程中，这几个方面的设计需要着重的注意。

2.2.1 防火设计

在钢结构中，钢结构的防火性能可以说是非常的好，在150℃的温度之下还能够保持着自身的稳定性，但是在实际的工业生产行为当中，温度是远远高于150℃的，因此，在设计的时候，前提是需要考虑对钢材的加工方面的选择。当温度达到250℃的时候，钢材的特性将会发生天翻地覆的变化，容易呈现出脆性。因此，相关的设计人员，必须要对钢材的处理和组合进行详细的说明，提高工业厂房在日后使用过程中的稳定性。

常用的防火设计的做法是：在钢结构的外表添加一层外包层，通过外包层的高熔点来保护内部的钢材的稳定性。常见的方法为利用石灰水或者是石膏砂浆，再掺入一点石棉形成包浆的钢材的保护层，通过这种保护层的厚度形成足够的耐热性，提高钢材结构的稳定性。同时考虑到未来火灾情况，钢材本身的空间就可以更好的及时充水，从而在一定的程度上可以防止火灾灾情的扩大。空心内的水还可以进行内部循环，使钢材内部的降温速度变快。通过这种方式，可以在很大的程度上提高厂房的结构的安全性。

2.2.2 防腐设计

钢材的优点非常明显，那便是质量轻，结构稳定，还可以二次回收利用，安装工序不繁琐。但是，这个同时，也是需要有一定的防腐设计的。钢材本身的一些优势，在后期的长期风水雨淋的过程当中，非常容易出现被腐蚀的情况。为了提高工业厂房的使用寿命，同时提高钢结构本身的稳定性，还需要对工业厂房的钢结构做一些额外的防腐设计。通过这样的防腐设计来让我们厂房的使用时间更长。那么，在设计的过程中，常用的增加防腐性能的工艺是什么呢？在很多时候，我们常常采用钢材本身的性能来进行防腐性能的设计。工业厂房的钢材防腐除了在钢结构表面涂刷防腐涂料外，还可以采用镀锌的方式来进行防腐。镀锌的方法是：将钢材和相关的构件放入600℃左右的锌水里，让钢材和相关构件的表面上，能够通过这种方式形成一种复合的保护层。通过镀锌的方法，将钢材的表面保护起来，不仅可以防腐，还可以避免钢材本身容易被锈水的侵蚀的问题得到解决。在镀锌过后，再在相关钢材的表面涂上一层环氧树脂和铝涂层的膜，形成复合的保护层，可以在更大的程度上保护钢材不受到腐蚀。

2.2.3 抗震设计

工业厂房除了需要满足使用功能之外，更重要的是要满足基础功能。其中抗震性的设计是少不了的。钢结构厂房的自振频率与厂房内大型振动设备相近时，会大概率发生共振的现象，导致结构的不稳定性。因而，要排除这种情况的发生，就需要设计一个可以抵抗这个不稳定的结构。

这个结构的设计主要有3 种方法。第一种是设备与钢结构连接的设计，可以通过优化钢结构的布置，释放设备附加给钢结构的振动应力。第二种方法就是提高钢结构的抗侧力，增强钢结构本身抵抗侧边共振强度的能力，这样可以在一定程度上减小钢结构的侧向变形。第三种就是在较长的多层钢厂房中，设置抗震缝，避免出现整个厂房位移过大而倒塌的情况。因此，在这种设计的过程中，还需要考虑多种情况的综合，将安全性提升到最高。

2.3 辅助结构设计要点

除了在主体结构的设计上，需要注意以上的那些要点之外，还需要在辅助结构的设计上注意一些方面的点。这些辅助设计的点都是非常重要的。主要有以下几个方面需要注意：(1)钢结构结构设计的做法工艺设计；(2)钢结构横截面和荷载能力截面的设计计算；(3)对钢结构钢材本身材料的源头选择。这里的每个因素都是非常重要的。设计工作本身就是一件非常严肃的事情，而钢结构的设计应用，正在创新与实践的过程当中不断完善的。因此，这些建议也应该注意。