试论工业厂房钢结构设计中存在的问题及改进要点

武雅卿，李宁瑞

(江苏省冶金设计院有限公司，江苏 南京 210007)

1 钢结构介绍

近年来钢结构在建筑中的应用越来越多。钢结构分为重钢结构和轻钢结构两种。重钢结构多应用大跨度厂房的建设，如电厂厂房等；轻钢结构厂房多应用于相对小跨度的厂房建设，如仓库、货场等。钢结构自重小，与钢筋混凝土相比，在同等跨度、负载、强度的情况下，钢结构的重量只有混凝土的不到三只之一。

2 工业厂房钢结构设计的准备工作

工业厂房钢结构的设计准备工作包括结构判断、结构评估和结构分析三个部分。在这一阶段中，设计人员先应先对企业所提供的资料进行分析，判断厂房设计是否采用钢结构。然后建立力学模型，合理布置，评估钢结构构件的具体参数。最后设计人员还应分析钢结构是否达到施工要求，对重要的参数进行复核。

3 工业厂房钢结构设计中存在的问题及改进

3.1 结构设计要以实用为原则

工业厂房是企业生产的主要空间，厂房设计应服从于工业生产。结构设计人员应多与企业工作人员协调，尽量了解工艺生产的布置，确保可以减少设计和施工中出现的麻烦。一些设计人员在厂房钢结构设计时没有做到关注全局，从大局出发，造成厂房的生产位置划分不合理，生产区域没有被充分利用。

3.2 荷载设计

荷载设计是结构设计的前提，荷载取值的准确性直接关系到钢结构计算设计结果的可靠性。另外，钢结构的荷载设计必须考虑到气候的影响因素。

3.3 柱的设计

按照结构形式的不同，柱可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类，柱截面的设计分为不实腹式和格构式两种。工业厂房钢柱的设计需要结合企业的实际需求，既满足厂房建设、工艺生产的需要，还要满足经济要求。新兴铸管新疆有限公司轧钢工程线材车间主厂房和圣戈班（徐州）管道有限公司球墨铸铁管技术改造项目主厂房，厂房均为格构柱重钢厂房。格构柱是一项建筑工程技术领域的新技术，尤其是格构柱校正架调垂体系及调垂施工方法的特殊创新以及校正架调垂体系特定设计，使得格构柱即使在超深的基坑中也能够达到较高的垂直度，为后续施工提供了必不可少的条件，减少施工难度，降低后续施工的资源消耗和工程造价。

3.4 防火设计

虽然钢结构具有很多优点，但是其防火能力很差，受温度影响大。钢结构受热在100℃到250℃之间时，随着温度的升高，钢结构的抗拉强度降低、塑性增大；温度达到250℃ 左右时，钢结构的抗拉强度有轻度的提高，但塑性继续降低，出现“蓝脆现象”；当温度超过250℃ 时，钢结构就会出现“徐变现象”；当温度达到500℃ 时，钢结构的强度极低，发生塌落，造成生产破坏，经济损失，甚至人员伤亡。所以，钢结构的隔热和防火设计极其重要。设计人员应当正确定义工业厂房的火灾危险性类别，确定厂房的防火等级，严格按照规范要求，使钢构件达到防火等级的要求，选用恰当的方法对钢结构采取有效防火保护，使钢结构的耐火极限达到规范规定的要求，防止钢结构在遇到火火灾时发生变形，甚至塌落。目前，最常用的方法是在钢结构表面涂覆防火涂料，提高钢构件的耐火极限。另外，设计人员还要充分考虑火灾时的人员疏散要求，合理设计疏散楼梯和安全出口。

3.5 防腐设计

钢结构表面如果直接暴露在大气中就会被腐蚀。当有钢结构处在有侵蚀性物质或者潮湿的环境中时，钢结构的腐蚀就会更加严重和明显。钢结构的腐蚀会导致构件截面缩小，表层局部产生锈坑，受力时出现应力集中现象，使得钢结构的寿命明显缩短。设计人员应对工业厂房钢结构的腐蚀问题格外重视，根据实际情况，拿出合适的实际方案和应对措施，确保厂房结构的安全性。目前，多采用在钢结构材料外面覆盖防锈防腐涂料对其进行保护。该涂层具有致密疏水性强、 附着力好、电阻大等特点，可以有效地屏蔽水蒸气、氧气、氯离子等的侵蚀，起到防腐作用。一般情况下，要求室内钢结构涂层厚度达到100μm；露天钢结构、在工业大气介质作用下的钢结构，涂层厚度为150μm-200μm，钢柱柱脚在地面以下部分，不仅要求用C2O混凝土包裹，且要求其涂层厚度不小于50mm；酸环境中的钢结构要求使用特殊的涂层，如氯磺化防酸漆。

3.6 抗震设计

我国是地震多发国，建筑结构的抗震设计就显得尤为重要，所以要加强钢结构厂房的抗震能力，使厂房具备较高的抗震性和安全性。工业厂房钢结构的设计中，要求钢结构的设计应力求结简洁、匀称、规正；选择合适的连接方式，必须确保屋架与屋面板，屋架与柱子之间的连接可靠，避免节点破坏；选用合理的支撑形式，合理的位置，采取合理的减震措施；加强柱与墙的拉结，调整高宽比，采取合理的减震方式。

3.7 连接点的设计

连接点是钢结构的重要参数之一，设计好连接点可以有效提高厂房的安全性、稳定性、抗震性和持久性。设计人员应根据企业的实际需要，参照厂房建设标准，选择合适的焊接工艺。在连接板的厚度选择方面，要选择合适的厚度。通常，连接板的厚度比梁腹板厚度多4mm，且须保证连接板的质量。钢结构中多采用高强螺栓。高强螺栓根据受力特点分为承压型和摩擦型两种，设计人员需根据实际情况进行选择，以保证施工效果。

4 总结

随着我国可持续发展战略的实施，耗能低、效率高的新型环保材料将逐步取代耗能高、效率低、危害环境的建筑材料，迅速占领建材市场，钢结构材料在工业厂房的应用中越来越广泛。但是在钢结构设计中仍存在很多问题，如何应根据实际需求，优化工业厂房钢结构的设计方案，更新工艺技术，提高厂房的安全性、稳定性，降低建设成本。抗震能力，成为设计人员在实践中不断探索追求的新课题。

[1]刘震.工业厂房钢结构设计体会[J].中国工程信息，2012(11)

[2]兰文清.钢结构工业厂房设计中应注意的问题[J].内蒙古科技与经济，2008(12)