工业厂房结构设计中钢结构设计的应用*

何建梁

(甘肃省第四建设集团有限责任公司 兰州 734000)

随着我国工业的快速发展,工业厂房结构也变得更加多样、复杂,其稳定性、安全性也引起了社会的高度关注。工业厂房是现代工业生产的核心基础设施,厂房内通常装备一些大型机器设备和起重运输设备,这也要求厂房结构设计能够承受较大的静、动荷载及振动或撞击力,如果工业厂房结构性能不达标,就容易出现安全事故,不仅影响到厂房的正常运作,而且还会威胁到作业人员的人身安全。所以不断优化工业厂房结构十分关键。钢结构作为一种常用的建筑结构形式之一,这种结构具有卓越的强度和稳定性,很好地迎合了工业厂房建设需要。

基于钢结构的优势,在工业厂房结构设计中,我们要认识到钢结构的优势,积极采用钢结构来替代传统的建筑结构,从而提高工业厂房结构的稳定性和安全性,使工业厂房能够满足实际工业生产需要。

1 钢结构在工业厂房结构设计中的应用优势

钢结构是由钢制材料组成的结构,主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,如图一。较比传统的建筑结构,钢结构的优势是显著的,不仅自身重量轻,而且结构整体刚度好、抵抗变形能力强,广泛应用于大型厂房、场馆、超高层建筑等领域,较比传统的建筑结构,钢结构被誉为绿色建筑的主要代表,因为钢结构材料可重复利用,符合了可持续发展理念,且钢结构自重轻、污染少,能有效减少建筑垃圾,节约资源[1-2]。工业厂房是用于工业生产和为工业服务的建筑,这类建筑一般占地面积较大,而且厂房内通常装备笨重的大型机器设备,这类厂房在结构设计方面有着较高要求,不仅要求厂房满足正常使用时的荷载,而且在抗震设防、温度变形等方面要求较高。钢结构凭借其自身的诸多优势,在工业厂房中有着广泛的应用,其发挥着显著价值。

图1 钢结构组成示意图

首先,钢结构可以提高工业厂房结构的稳定性。工业厂房是为工业生产服务的,这也要求厂房结构必须具备良好的稳定性,而钢结构以其高强度和刚度优势能够有效地支撑整个工业厂房结构,使得工业厂房能够承受重型设备、大量物品的存储和运输,尤其是钢结构抗震性能好,将其应用于工业厂房中,可以有效提高厂房结构的抗震性,从而确保厂房作业安全。

其次,钢结构的应用可以节省工业厂房建设成本。由于工业厂房规模都比较大,所以厂房建设需要投入较大的成本,而钢结构制造与安装机械化程度高,拼装速度快,工期短,且这种结构可以轻松加工和定制,使得设计师可以根据工业厂房结构设计实际需求创建各种形状和尺寸的工业厂房,不仅提供了空间布局的自由度,而且大大地节省了工业厂房安装成本。同时,钢结构灵活,方便拆卸,可以很好地迎合工业作业实际需要。

最后,钢结构的应用可以延长工业厂房使用寿命。较比传统的建筑结构,钢结构具备较好的耐久性和可靠性,将这种结构应用于工业厂房中,不仅可以提高厂房结构的稳定性,同时也能延长厂房的使用寿命。同时钢结构耐用,不易磨损,能够适应各种气候条件和环境,从而很好地保证厂房内机械设备的稳定运行,从而提高工业厂房生产效率[3-4]。

2 工业厂房结构设计中钢结构设计应用常见的问题分析

较比传统的建筑,工业厂房对结构要求非常高,尤其是结构的强度和稳定性,要求工业厂房结构必须满足大规模机械作业运作需要。钢结构凭借着稳定性好、塑性佳、耐用、施工简便等优势,被广泛应用于工业厂房结构中。但是在实际应用过程中,钢结构设计也存在一些问题,需要引起设计人员的高度重视。

2.1 上部结构问题

在钢结构设计中,柱底板安装是非常重要的一道工序,柱底板通常支撑在找平钢板上或者安放在找平的螺母之上,而一些大型的柱底板通常是安装在灌浆层后,然后再与柱焊接在一起,以此保证柱底板完全承载找平钢上。但是在实际钢结构设计中,一些设计人员很容易忽略找平板及二次灌浆问题,将柱底板下的找平排除在外,在这种情况下,预制的钢柱就无法满足厂房结构支撑需要。还有就是钢柱底板作为整个厂房结构的支撑点,如果钢柱底板没有与混凝土结合,或者说混凝土出现裂缝,就容易导致钢柱底板在荷载作用下或出现变形或者沉降,从而影响到厂房结构的稳定性,容易引发安全事故。

2.2 钢结构自身锈蚀问题

在应用钢结构的过程中,许多人往往只看到这种结构的优势,从而忽略其自身的劣势。钢结构有着自身的一些缺点,比如锈蚀问题,耐火性差等,这也要求设计人员在具体设计中需要做好钢结构的防火及防腐蚀处理。在工业厂房结构中应用钢结构,一旦钢结构防腐处理工艺不合理、防火处理不到位,钢结构投入使用后,就容易发生锈蚀问题,进而破坏原有钢结构的稳定性,不仅影响到了钢结构的使用寿命,而且还遗留了巨大的安全隐患。

2.3 设计人员专业性问题

在钢结构设计中,设计人员的水平高低对钢结构设计质量有着直接的影响,如果设计人员不专业,就会影响到钢结构整体质量。钢结构具有很高的技术难度,需要有一定的结构设计专家和技术人员进行设计和构建。然而就目前来看,一些设计人员专业水平还有待提高,他们在具体设计处理中很容易受传统思维的影响,缺少丰富的设计经验,无法真正做到具体问题具体处理。

3 工业厂房结构设计中钢结构设计的有效应用策略

将钢结构应用建筑中符合了可持续发展战略的要求。伴随着我国建筑行业的发展,钢结构的应用也越来越广泛,尤其是在工业厂房中,可以提高工业厂房结构的稳定性,保证工业厂房安全。钢结构作为一种稳定性好的建筑结构,要想发挥其在工业厂房中的积极作用,设计人员需要深入钢结构设计研究,严格按照钢结构设计要求,不断优化工业厂房结构。

3.1 优化钢结构

在工业厂房建设中,钢结构是一种明确的选择,因为工业厂房需要具有较大承重 能力和密集的空间,而且工厂需要经常调整或升级来适应新的生产流程,尤其是一些大的调整,会对原工业厂房结构产生破坏,而钢结构不仅安装简便,而且便于拆卸,这种结构很好地迎合了工业厂房建设需要。基于钢结构在工业厂房中的积极作用,设计人员需要结合工业厂房设计需要,对钢结构进行优化设计。

首先,考虑到钢结构柱底板的稳定性要求,在安装柱底板时必须用砂浆找平,确保柱底板作业面平整。

其次,结合工业厂房对钢结构的稳定性、强度等要求,在制作钢结构时需要选择合适的钢配件,确保钢结构强度达标、稳定性达标。

最后,做好钢结构的加固设计,基于工业厂房结构的荷载作用,钢结构不可避免的会出现一些磨损,为了保证钢结构的稳定性,设计人员需要做好钢结构的加固设计,如增加附加支撑、调整荷载分布情况、对超静定结构支座进行强迫位移等,这些都可以对钢结构进行起到很好的加固效果[5]。

另外,由于工业厂房规模大,结构复杂,难以确定顶点数,所以在采用钢结构设计时,需要做好结构强度及荷载计算,而且需要做好钢结构的焊接工作。确保钢结构稳定、可靠(见图2)。

图2 钢结构工业厂房的焊接示意图

3.2 做好钢结构的防火、防腐处理

虽然钢结构在工业厂房中有着较好的优势,但是钢结构的耐火性、耐腐性较差,所以在工业厂房设计中应用钢结构时,设计人员需要做好钢结构的防火、防腐处理。

首先,结合工业厂房结构实际,在应用钢结构时,选择相应的防火钢材,同时根据防火、防火要求,在钢结构表面严格按照相关要求涂抹防火阻隔材料,以此提高钢结构的整体防火性能。

其次,做好钢结构的防腐设计。由于工业厂房规模较大,钢结构暴露比较充分,容易出现不同程度的腐蚀,所以设计人员需要做好钢结构的防腐设计。

一般来讲,为了提高钢结构的防腐性能,需要在钢结构表面涂抹防腐性能好的防腐涂料,而且需要在防腐涂料进行保护,防止防腐涂料遭受破坏;再者,为了避免温度应力给钢结构造成影响,在钢结构中涂抹一层砂浆,并用钢丝网或钢筋来加强,以限制收缩裂缝并保证钢结构的强度,形成保护膜,同时为了避免钢结构超负荷作业,可以分时段作业,针对一些大型的器件尽量避免在钢结构上作业。另外,必须加强对高效性能钢材的研究,这种高效性能钢材主要指的是钢材强度比较高,塑性和韧性也比较好,耐火性能优良,只有不断优化了钢结构性能,才能保证钢结构很好地迎合工业厂房运行需要。

4 结语

钢结构与其他建筑结构相比,在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有较好的优势,不仅能够满足工业厂房上大开间灵活分割的要求,而且可以提高工业厂房结构的稳定性,减少工业厂房结构变形,保证工业厂房作业安全。随着科学技术的不断发展,钢结构必然会取得新的突破,以提高工业厂房结构的稳定性,进而更好地迎合工业发展需要。