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

温彤

（陕西省水利电力勘测设计研究院  陕西 西安  710001）

摘要：在工业生产中，厂房是进行生产任务的重要场所，所以建造厂房对一些工业企业来说非常重要，这是因为厂房的安全性和功能性会直接影响到整个企业的生产效率。现如今，在工业厂房结构设计中采用钢结构设计的种类就很多，使用频率也很高，这使得工业厂房的建造具有一定参考价值。本文就工业厂房结构设计中的钢结构设计要点进行了分析。

关键词：工业厂房；结构设计；钢结构设计；要点分析；

0.引言

    在目前的工业生产中，厂房为工业加工提供了场地，同时也是工作人员休息之地。所以，对厂房进行合理的结构设计非常重要。而钢结构这种材料，优点比较突出，在工业生产中，用途也很多，由于它相对稳定，而且耐腐蚀，这样工业产品的使用年限可以进一步延长，工业厂房的质量也可以进一步保障。以下结合自己的亲身体会，着重对轻钢结构的设计要点进行了剖析。

1. 工业厂房钢结构设计的特点

1.1经济性

与其他结构类型的工业厂房相比较，钢结构的使用，可以提高工业厂房的性价比，另外在结构构件连接过程中，也可以节省材料，从而减少了不必要的浪费。这就是说，在经济方面，由于钢结构本身具有一定的优势，所以在工业厂房结构设计过程中能够使用广泛。

1.2环保性

在进行厂房建设时，使用钢结构网架，会留出很多空间，这样可以进行管道的布置。也就是说，厂房顶部的空间可以实现利用，这样降低了管道的安装费用，在一定程度上缩短了施工周期。另外，钢结构作为一种建筑材料，进行安装时，产生的噪音也可能会逐渐变小，进行装配时，有些材料还可以回收利用，这体现了钢结构环保性特点。

1.3空间利用率高

钢结构的空间利用率很高，在进行工业厂房安装过程中，钢结构适应变化能力很强，在空间形态方面尤为体现，这一点很关键。另外在厂房的后期建设过程中，对空间的优化也可以通过使用钢结构来进行。

1.4有效提高施工效率

由于采用高强度、自动化的生产工艺，所以制造商在制造钢构件时，可以确保所使用的金属零件精确性。从生产基地向工地运送钢材构件，在装配过程中，需要对零部件进行螺栓连接和其他简单的配筋操作即可，这种方法使施工时间进一步缩短，施工流程进一步简化，施工质量得到进一步保障，工期得到进一步改善。

2.钢结构厂房应用特点

钢结构分为重、轻两种，目前还没有一个统一的行业标准，通常把25吨以上的建筑称为重型钢。重型钢广泛应用于大型厂房、石化厂房、电厂厂房等，轻型钢主要应用于小型厂房、站棚等小跨度建筑。

2.1 自重轻和施工简便

在相同的跨度、荷载作用下，钢结构承重只有普通钢筋混凝土框架承重的1/3，因此，采用钢结构进行运输、吊装、施工可能会方便，这样也进一步降低了相关费用。而钢结构也可以满足大跨度厂房的要求，最大跨径达到48米。钢结构的原材料具有很高的成品率，可以用专门的金属部件进行组装，从而节省了人力和物力，缩短了工期。

2.2 钢结构可以回收利用和节能环保

由于钢制金属框架下的空间很大，可以在各种管道中设置消防、给水、通风、压缩空气等，所以采用钢结构厂房，可以充分利用上部的闲置空间，节省额外的管道安装费用，从而有效节约施工成本。钢结构是一种高效的建材，可以重复使用，而且在安装过程中一般不会造成噪音、灰尘污染，拆解后的金属部件还可以二次利用，具有很高的价值。

3.钢结构厂房结构设计的要点

3.1结构设计

（1）确定结构形式：钢结构上部刚架采用实腹式结构形式是可以的，构件采用高频焊接H型钢是可以的；基础与柱脚之间采用刚性连接方式也是可以的。

（2）构件截面：厂房内设有吊车，高度较高、跨度较大，构件为变截面，由于腹板主要以受剪为主，翼缘主要以抗弯为主，所以增大腹板的高度，可以使翼缘的抗弯能力得到更好的发挥。

（3）节点设计：①增加连接强度，如增加螺栓大小及焊缝厚度。②与横梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度，且两对螺栓间的最大间距不大于400mm。③加厚梁柱节点位置的腹板厚度或增设水平和斜向加劲肋。④主刚架构件的连接采用高强度螺栓，当端板连接只受轴力和弯矩，或剪力小于其实际抗滑移承载力（按抗滑移系数为0.3计算）时，可采用高强度承压型螺栓连接，否则应采用高强度摩擦型螺栓。

3.2屋盖支撑体系设计

屋盖支撑体系的设计与生产车间的跨度、高度、屋盖架构方式、吊车吨位等因素有关。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。如果厂房内部设立大吨位吊车或者大规模振动装置，那么应同时设立垂直方向的支撑，而在该支撑设计过程中，要设置好屋面坡度，这一点非常重要。

3.3钢结构计算过程的重视

对于钢结构计算过程而言，一般通过数值模拟来进行结构计算。这样可以找出工业厂房结构设计科学合理性的具体方法，对于工业厂房结构的建设效率和建设质量也是如此。而在施工场地方面，如果出现场地不平整情况，应在施工前对场地进行填平和压实，另外天气因素的影响，例如会出现降雨和降雪等情况，这时提高厂房顶部的承载力就显得很重要。

3.4提高耐热性能

钢材属于金属类别，所以具有较强的导热性能。在钢结构厂房中，这种导热性能却具有危害性，耐热性能不高使得整个厂房的防火功效令人担忧。据调查，以250度温度为界：在250度以下，随着温度的升高，钢材的抗拉强度会减小，而塑性会有所提高；在250度以上，随着温度的升高，钢材的抗拉强度会增大，而塑性会有所降低，同时钢材的强度也会变小；当温度达到500度时，钢材的强度就会降到最低。当钢结构应用到厂房建设时，温度过高就会给厂房带来倒塌的危险，需要在提高厂房耐热性能方面做出改善。

3.5钢结构厂房电梯位置的布设

多层钢结构厂房设备复杂、货物很重，需要竖向运输，而竖向运输在电梯间就可以实现。由于钢筋混凝土使电梯井筒产生很大的刚度，而建筑物受电梯井筒作用会产生偏心力，所以应进一步考虑。结构设计时，尽可能不要在建筑物的端部和角部设置电梯井筒。

3.6钢结构设计与工艺设计结合

为确保生产作业的顺利进行，钢结构厂房需要与整个生产模块的工艺设计相协调，例如厂房墙体厚度和高度确定，需要结合具体工艺设计指标来实现。另外对于钢支架而言，分布形式以网架、平面桁架等为主，所以在具体设计过程中，设计人员需要结合工业厂房建设的实际要求、实际建厂条件等来合理选择钢支架形式。

3.7钢结构厂房抗震性能设计重点

对于钢结构厂房抗震设计而言，在厂房建设前，需充分考虑结构的抗震性能，以应对复杂多变的地质情况，虽然钢材具有一定的抗震性能，但是在总体布置方面，应考虑到安全性，使风险最大程度降到最低，即厂房结构的质量和刚度均匀分布会更好，应力在刚性薄弱位置集中的情况也会改善，多采用刚架和横向结构，通过钢结构的受力性能来减少横向结构变形也是可以的。另外钢结构支撑系统的增强，也会使厂房结构的整体稳定性上升，这一点也是很重要的。

4.结束语

工业企业的发展离不开工厂建设，而高质量工厂的建造，对于提高工厂的安全、稳定具有十分重要的意义。钢结构由于其稳定、灵活的特点，已成为目前工厂设计中的主流。在进行钢结构工程设计时，应充分考虑设计、施工中应遵循的原则及应注意的问题，以确保工程的正常进行，从而有效地提高工程质量。

参考文献：

[1]吴品忠. 工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J]. 中国建筑金属结构,2021(1):86-87.

[2]王国兵.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].工程技术研究,2019,4(10):200-201..

[3]刘雪冬,燕家琪.工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究[J].绿色环保建材,2021(06):41-42.

[4]赵会兰.钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨[J].建材与装饰,2020(13):107-108.

[5]刘丽霞.工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究[J].门窗,2019(20):143.