钢结构在工业厂房结构设计中的应用

2020-11-27刘东兴

商品与质量 2020年12期

刘东兴

辽宁省城乡建设规划设计院有限公司辽宁沈阳 110000

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。

1 工业厂房钢结构设计的优势

首先，钢结构设计和一般的结构设计具有明显的便捷性优势，可降低结构设计难度和复杂性，有利于提高工业厂房设计施工的效率。其次，钢结构钢材强度高，在设计时可进行公共空间的合理布置，使建筑面积规划更为合理，从而创造灵活开放的建筑使用空间。此外，钢材本身重量小、具有较好的延展性，可提高抗震能力能力，在地震发生时能抵消一部分地震能量，提高结构的稳定性性。同时，钢结构一般在厂房预制，现场工作量少，从而降低了对周围环境的污染。加上总体用量少、成本低，工期短、间接费用少，还具有明显的经济优势[1]。

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。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]。

2.2 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。

（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[3]。

（2）防腐设计。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[4]。

（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。