工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析

工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析

王相如

单位长春黄金设计院有限公司 吉林省 长春市 130000

摘要：当前我国工业厂房结构设计中钢结构类型的应用较为多见，其凭借着较好的刚性、便捷性，为工业建筑的提升奠定了有力基础。下面文章主要对工业厂房结构设计存在问题进行分析，比探讨钢结构设计要点。

关键词：工业厂房；厂房结构；钢结构；结构设计

引言

工业厂房作为工业发展过程中的基础性工程,在工业发展过程中发挥着不可替代的重要作用,是工业化的中心环节之一。厂房的结构设计、材料运用和抗震抗灾能力都是建设过程中需要思考的问题。使用多跨钢结构厂房是工业厂房建设过程中的发展需求,也符合国家对工业发展的可持续化发展的具体要求,主要优势是能够有效减少工业生产过程中的高能耗、低效率的问题。

1钢结构厂房设计的优势

第一，便捷性。钢结构的生产工艺和自身特质使钢结构建筑的建设更加方便快捷,与传统的结构设计相比,使用钢结构建造工业厂房能极大地降低设计和施工的难度,提高工作效率。第二，经济性。钢结构具有强度高及稳固的特点,与传统的建筑结构相比,单位重量的钢结构能够承受更多的荷载,建造时,可以减少材料的用量,且钢结构价格便宜,可以减少修建工业厂房的成本,减少支出,提高企业的经济效益。第三，环保性。钢结构具有可回收利用的特点,避免了厂房拆除造成的浪费和残留物对环境的污染。同时,钢结构在使用过程中不会产生污染物质,是环境友好型建筑。所以,使用钢结构设计工业厂房具有很强的环保性。第四，空间利用率高。钢结构方便组合和拼接,由于自身特点,所占用的空间远小于其余结构,所以,拥有更灵活的设计方案,可变性潜力巨大,在提高空间利用率方面具有很大的优势。

2多跨钢结构厂房的结构设计问题

2.1多跨钢结构容易变形

多跨钢结构厂房和传统的混凝土为主要建设材料的厂房相比,具有重量轻、可回收、节能环保、施工周期短等优势,但是设计过程中通过对厂房的钢架动力特征进行分析会发现,多跨钢结构的振型基本都是平面以外的,刚度较小,通俗地来说就是结构不够稳定且刚度较小,受力一旦超过结构承受的最大范围,钢结构就会发生弯曲、变形、移位、扭曲等情况,这严重的威胁了厂房内部工作人员的安全和设施设备的平稳运行,该问题是设计人员在多跨钢结构中需要面临的重要问题,事关整个工程和后续投入使用的安全性。

2.2结构不合理

项目的造价与企业收益息息相关,工业厂房的建造在设计阶段基本确定了建造的成本,但是在实际设计中,有许多不注意控制成本的情况。例如,钢结构工业厂房设计不科学,需要安装承重结构的部位没有安装,不需要的部位反而安装了,这样会造成资源的浪费,严重时会造成厂房安全质量不合格,需要拆除重建,增加返工次数及项目的成本。

2.3格构柱整体和局部不一致

多跨钢结构厂房大多利用了格构柱的整体、连续铺设进行整个厂房的支撑。且大多数厂房的设计人员在结构布局设计的过程中都会使用双肢格构柱之间的距离设定厂房的通风管道、人行通道、热力通道等,但是由于厂房结构设计不可能是完全规律、死板的,布局问题和通道管道的具体铺设会造成格构柱位置的变化和距离的变化,这就导致了格构柱整体和局部不一致的情况,这不仅不利于后期维护管理,也使得整个厂房的结构趋于不合理。

3工业厂房结构设计中钢结构设计要点

3.1动力特征钢结构设计

多跨钢结构厂房设计时，应该认识到动力特性对于其结构设计及所产生的直接影响。在结构设计的过程中，动力特性分析主要是利用有限元软件SPA来进行的。该软件在分析的过程中可以从点、体、线、面等四个单位来进行，最终可以确定合理的钢结构设计方案。有限元软件在进行多跨度钢结构设计的过程中，要从内部空间动力特性的角度出发，从而可以确定最为合理的厂房空间结构方案。根据动力特性分析的结果，可以直接建设空间结构模型，然后再通过空间结构模型直接划分为具体的单元形式，并且可以通过网络划分的方式来进行墙板、檩条、屋面板等部分的设计，可以更好地减轻这些部件的重量，可以实现钢柱梁体自重的均摊。通过有限元软件综合分析模型的过程中，在设计中可以准确地了解内部空间结构形式，然后可以在不同阶段形成振型图，从而可以掌握其模型变化周期，准确地掌握特性频率数据。按照有限元分析的结果可以确定钢结构中的一榀钢架的主要特性，其与其他结构部分对比发现其刚度会比较小，如果不能进行必要的控制，就会出现左右摆动的问题，对于整个厂房的安全性产生不良的影响。

3.2 破坏机制的设置

城市的工业厂房较少,大部分工业厂房都被建在山区,山区的环境恶劣,有各种地质灾害,这些自然灾害会给厂房带来严重的损失,也会威胁到工作人员的生命安全。因此厂房的工程师要充分考虑防破坏机制的设置。地质灾害对厂房的主要结构影响最大,厂房的主要结构当中,最主要的两个结构就是梁和柱,柱受到伤害,厂房不会马上倒塌,而如果梁到伤害,厂房的顶端结构就会掉落,直接造成损失,所以柱的质量要优于梁的质量,这样可以保证梁最晚受到伤害;另外,要注意强节弱杆,节点通常连接于若干支架,假如节点受到破坏,厂房受到的损失会很大,并且这个损失是不可控的,也是不可逆的。最后一点就是强剪弱弯,在地质灾害当中最容易出现的是剪切破坏,强剪弱弯可以有效阻止破坏进一步的发展。

3.3做好地震作用的计算

多跨钢结构厂房的结构设计过程中通过分析地震作用可以结合底部剪力法、振型分解反应、时程分析法等科学计算方法进行计算,将地震的危害和厂房的抗震能力进行科学的计算转化成为具体的数值,通过反应谱、地震影响系数、数据采集、分析统计结果等具体的操作流程,加强厂房的抗震能力设计,重点在于减少地震对厂房的影响,保障厂房后期运行的安全和应急作用。

3.4屋盖支撑体系设计

屋盖支撑体系的设计与生产车间的高度及跨度、屋盖架构方式、吊车设立和吨位等要素有关。通常情况下,无论是否存在镶条,屋盖架构都应设置纵向支撑。如果厂房屋架距离在20m或内部设立大吨位吊车或者大规模振动装置,应在厂房内部设立垂直方向的支撑,在该支撑设计过程中,要设置好屋面坡度,采用天沟方式。这些因素极大地影响了厂房建筑的防水性。

3.5暖通空调节能设计

在实际暖通空调设计的过程当中,需要根据厂房设计的具体情况来进行,充分考虑厂房的设计需求以及对暖通空调的细节设计进行调整。只有这样才可以让工业厂房的暖通空调满足工业厂房的相关需要。除此之外,也要充分考虑到暖空空调的节能水平,只有这样才可以确保工业厂房的暖通空调水平符合相关的要求。一般来说,工业厂房的布局较为复杂,在这样的情况下,要想有效确保暖通空调的节能水平,就需要在设置暖通空调的管道系统的过程当中,着重对暖通空调的管道进行控制,避免暖通空调的管道与厂房其他管道位置相冲突。只有充分考虑到了工业厂房内部的所有管道位置,才可以推动工业厂房的暖通空调的水平。工业厂房暖通空调的实际设计的过程当中,很多工业厂房的车间往往会对暖通空调提出较为特殊的要求,因此在实际的空调设计的过程当中,需要有效地满足这些特殊要求。

结语

综上所述，钢结构工业厂房具有优美的外观、建造成本低、建造时间短的优点,被工业企业广泛运用。为解决目前我国钢结构工业厂房设计方面存在的问题,增强厂房建造能力,应不断创新并完善设计思路和技术,从多方面提高工业厂房的建设水平。

参考文献

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