钢结构厂房设计现状及优化

钢结构厂房设计现状及优化

侯俊强

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司内蒙古呼和浩特市010020）

摘要：钢结构具有强度高、质量轻、施工周期短、造价低廉等优势，大部分厂房均运用这种体系。要想合理利用厂房的空间、最大限度地节省建筑的使用材料、完善钢结构厂房的使用性能与安全性能，必须要不断优化钢结构厂房设计方案。

关键词：钢结构；厂房设计；优化方法

企业厂房的结构也从原来的砖瓦木屋转变成钢筋铁骨，而且钢结构在实际运用中有更多的优越性，如建造成本低、抗灾性强、易安装、可塑性高等特点。因此，在对厂房设计建造中钢结构的质量和技术要求必须进行深入研究，高质量的保障厂房建造的同时，也可更好的服务企业，提高企业的发展和经济效益。

一、钢结构厂房设计现状

1.工业钢结构体系不够完善，具有一定的复杂性以及综合性，涉及到多种配套体系，比如屋面、墙体、防腐、隔热和保温等多个方面的配套材料。而国内的工业钢结构与发达国家相比，其技术水平与设计理念相对落后，专业人才的培养、新产品的研发、设备的制作与安装水平、钢材质量等多个方面都没有得到很明显的提升。从事工业钢结构的设计、制作、安装以及监理等领域的相关工作人员依旧没有掌握好新知识，没有彻底转变新理念，没有充分挖掘新材料，对新的施工方法也缺乏足够的掌握力度。

2.优化施工过程中的钢结构。在实际工作中，为了有效地提高工业建筑中钢结构的稳定性。首先需要我们确保脚螺栓的稳定与坚固，保证在脚螺栓使用过程中控制得当，且可以保证钢结构的应用合理有效。对脚螺栓的安装与埋设，需要重视其精度问题，以保证其他环节的有序稳定运行。其次，要在地脚螺栓的安装中，注意钢柱的准备，有效地协调平面控制网全系统的每个环节，进而更好地保证螺栓的安装精度，使钢结构稳定性增加。第三，要注意顺利弹出柱脚底板十字线、地脚螺栓的中心线，并将柱脚剪力孔做好积极的清理工作，在钢柱就位后，要将标高调整好，并坚固螺母。第四，对钢结构的施工需要注意梁柱安装，并控制梁柱之间的柱间支撑精度，使空间单元的稳定性提高，以保证其他安装工作有效进行。

二、优化方法

1.优化钢结构厂房立面设计。在建筑表现上，钢结构厂房主要具有四个方面的显著特征，即规模、线条、色彩、变化。在钢结构厂房设计过程中，要积极发挥彩色压型钢板的色彩表现力，摆脱传统钢筋混凝土厂房的死板与单调。基于工艺要求，钢结构厂房体型受到约束，因而体型变化多样。在一定程度上，导致节点的处理异常复杂，总体施工造价较高。因此，在具体的设计过程中，要发挥跳跃性色彩的表现张力。综合运用冷色调，突出厂房关键出口、收边泛水以及外天沟等，尽可能地完善厂房立面设计。

2.结构计算时应多因素考虑。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算，如何对计算结果进行分析、评价是一个非常重要的方面，必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析和判断。荷载计算是结构计算的前提条件，荷载取值的准确性直接关系到结构计算结果的可靠性，工艺条件中的荷载问题，如某个工程工艺提出楼面均布荷载为15KN/m2，而根据工艺的设备重量和布置图，根据规范给出楼面等效荷载的计算方法，计算出的楼面均布荷载按10KN/m2考虑就可以。但近两年来，我国大部分地区常出现强降雪天气，导致很多厂房、场馆倒塌，因此设计人员一定要根据当地的雪荷载情况取其中的最大值，以确保建筑安全。其次，强柱弱梁是设计要遵循的原则，强节点弱构件也是要重点考虑的问题。在很多情况下，构件满足设计要求，但是节点却不能满足抗震要求。强柱弱梁指节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力，由于厂房的梁柱中心线一般不能重合，而且柱的截面和节点偏心都比较大，对柱节点核心区的构造和受力往往都有一定不利影响。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变，即柱的能力提高程度比梁大，这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。

3.为了实现钢结构的在厂房中的有效应用，我们要对钢结构工程的整体刚度的提升，确保其受力合理，特别的在纵向力及水平力环节的优化，确保其杆件的挠度、变形及稳定性能得到有效控制，特别是在钢结构工业厂房设计的过程中，要根据厂房的结构型式，进行吊车的有效设置，合理布置厂房宽度、跨度及高度设计环节的优化，保证温度区的长度的有效控制，确保其支撑系统的不断完善，以满足实际工程的要求，根据最新的建筑钢结构防腐蚀技术规程的要求，在工业大气环境中的的钢结构构件，包括桁架、柱、主梁等重要受力构件不应采用格构式构件和冷弯薄壁型钢，钢结构构件应采用实腹式或闭口截面。故我们要进行工业建筑钢结构设计的时候，应优先考虑采用H型钢或者T型钢或者钢管构件。特别的设计桁架的弦杆和斜撑时，不应采用双槽钢或者双角钢，而桁架、柱及主梁等重要构件和闭口截面构件的焊缝，也应采用连续焊缝，角焊缝的焊角尺寸不应小于8mm。

4.我们在设计的过程中也要对钢结构进行抗震性能设计的优化，促进其钢结构抗震性能的提升，以满足实际工作的需要。因此，在设计的过程中，应根据地理环境的不同，考虑结构的抗震等级及要求，合理考虑结构的整体稳定性，特别的梁柱布置的合理性和整体稳定性，应考虑在地震作用下或者想风荷载的作用下要满足规范的要求，确保钢结构的受力性能的提升，保证其变形能得到有效控制。由于受到水平地震力或风力的影响，钢柱底的剪力往往比较大，因此，在设计的过程中，应考虑柱底设抗剪键，设抗剪键来抵抗水平力对基础的影响，保证工程的整体稳定，满足抗震的要求。

5.我们在设计钢结构厂房的时候，还应考虑钢结构的防火要求，因为钢结构的耐火能力是很差的，当钢材受热在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，在设计钢结构工业建筑时，必须做隔热及防火设计。选用良好的耐火材料，保证防火层的厚度及质量，从而满足防火要求。

在我国建筑市场上，钢铁工业占有很大的应用与发展优势。作为重工业中的一种新型类型，对于国民经济的发展起着举足轻重的作用。钢结构厂房的受力体系主要是由纵向结构系统与横向结构系统这两部分组成，要想优化钢结构厂房的整体使用性能以及安全性能、提高厂房的刚度以及抗震性能，必须要不断优化钢结构厂房温度伸缩缝、立面设计、支撑系统、屋面设计以及保温隔热设计与防火设计，从而促进钢结构厂房的可持续发展。除此之外，还要进行抗震设计。不断完善钢结构厂房设计体系，提高整体稳定性能。

参考文献：

[1]王景文.钢结构工程施工与质量验收实用手册[M].中国建材工业出版社，2015.

[2]赵霄，袁文兴，戴冠民．大跨度钢结构在重荷载工业建筑中的应用［J］．山西建筑，2014（33）．