钢结构在工业厂房设计中的应用

文/李胜男、林雪梅 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039



钢结构在工业厂房设计中的应用

文/李胜男、林雪梅 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

【摘要】伴随着社会经济的飞快发展，显著推动了工业厂房建设进程，与此同时，钢结构也被广泛地应用在工程建设中，逐渐形成钢结构。笔者将结合自身经验，围绕钢结构进行着重分析，希望能为工业厂房建设提供参考。

【关键词】工业厂房建设；钢结构；应用

前言

一、钢结构的特征

工业厂房建设是一项繁琐、艰巨的工程，其工作环境比较复杂，受外界环境的影响较大，因钢结构具有较强的稳定性，且安全系数较高、承受能力较强，所以，近年来，它被广泛应用在工业厂房建设中。现阶段，钢结构已经成为一种现代建筑类型，并得到了工程人员的高度青睐。通常，钢结构主要具有以下特点：

（一）施工周期短

钢结构具有较强的韧性和强度，同时具有较多的标准间，在生产线作业中的应用优势更加明显。

（二）重量轻

在工业厂房建设过程中应合理使用轻钢，这是因为轻钢的重量相对轻，且功能与其它材料相似，这可大大减小钢结构的重量。经比对可知，钢结构自重在钢筋混凝土结构中的比例为1/2-1/3，钢结构的应用可有效缩减基础负载，这在地质条件不良的津沪地区更为明显。

二、设计思路

（一）优化结构体系

若想在厂房建设中合理应用钢结构，首先应确保设计合理，优化结构体系。钢结构体系直接充当厂房框架，且结构体系直接关乎着工业厂房的整体性能与稳定性。因此，在设计钢结构厂房的过程中，工程人员应正确认识楼层高度、工作环境和使用情况，并奠定扎实的理论基础，确保钢结构的有序施工与正常使用。

（二）注重横向与纵向设计

高耗能高污染向低耗能低污染的转变。传统出版业对于纸张、油墨等原材料高度依赖，属于高耗能高污染的典型代表。转型升级语境下的新兴出版，一方面强化对绿色印刷的评估和考核，在财政项目的绩效评估中旗帜鲜明地强调绿色印刷指标；另一方面，以数字化为主题的新兴出版，主要依靠互联网、移动互联网进行传播，直接摆脱了纸张的载体，从源头上摒弃了高耗能高污染的帽子。

在工业厂房的横向设计中，着重增强钢结构的使用性能，确保用途多样，进而满足设计需求；在工业厂房的纵向设计中，应全面考虑钢结构的自身性能，提高节点区域的抗剪，增强抗弯能力，确保安全稳定，进而改进钢结构的整体性能。

三、设计要点

（一）支撑体系

在钢结构厂房中，支撑体系发挥着支撑以及防护作用。从重要程度与地位方面来说，支撑体系等同于结构体系，因此，设计人员应重视支撑体系的设计，并积极创新，不断优化。

（二）节点构造

对于钢结构厂房而言，柱柱、梁梁以及梁柱是最关键的节点，它们的受力情况比较复杂，因此，在实际设计环节，设计人员在严格遵守整体设计思路的前提下，还应围绕节点部位进行改进。现阶段，盖板式、托作式是最为常用的节点方式，有时还会使用栓焊连接式，以此来增强性能。

（三）焊接工艺

在钢结构厂房的设计过程中，因涉及轻钢安装这一操作，所以，应进行焊接设计。焊接工艺设计直接决定着最终的设计效果。在具体的焊接操作中，应掌握焊缝尺寸，并留心焊点问题，同时，还应妥善处理钢铁材质，进而确保钢结构的合理应用。

（四）负载承受能力

在设计环节应综合考虑工业厂房的实际用途。依据厂房用途特性进行负载值的计算，以此来评判结构设计的合理性。另外，在设计钢结构时，应着重考虑结构稳定性，综合分析在不情形中稳定性的变化规律。在计算负载值时，有效使用现代技术，凭借先进的软件程序设计，科学计算，确保与设计用途相符。

（五）抗震性能

在设计环节应着重增强抗震性能，以此来提高工业厂房的抗震性，为实现这一目标，不仅要提高部件支撑性，还能增强结构承受能力。通常因弯矩系数的不同，耦合效应也会出现一定的变化，所以，在钢结构的抗震设计环节，应着重考虑耦合效应。

四、安装要点

首先，在钢结构的安装前期应重新测量预留埋件位置；然后，全面准备安装所需用具、设备。在厂房建设中所使用的钢结构的种类较多、体积重、跨越程度大、结构相对复杂，因此，应综合比对各种施工方案，不断改进，从中选出最理想的设备进行安装，确保如期交工；最后，依据工业厂房的实际建设情况，参照施工进度，合理编排安装顺序。待吊装位置确定后，参照工程安装图纸进行复核。在钢结构的安装中，应着重做好钢梁安装，这是因为钢梁的体积较重且跨越程度较大。常规作业流程为：拼接钢梁——吊装就位——固定钢梁，确保钢梁稳定性——安装下一跨钢梁，进行固定，确保钢梁稳定性。在这一过程，应切实保障安装质量与安全。

同时，钢结构工程师应全面履行自身职责，严格监控每一个安装环节，确保满足安装要求。而安装指挥人员应科学规划、合理组织，认真观察吊装过程，切实保障人身安全与设备的正常使用。

五、实际应用

某医药公司的生产车间，主体三层，局部两层，宽度12米，建筑高度10米。建筑总面积为3000平方米。屋面采用BHP型钢板保温系统，其中屋面为柔性支撑，梁柱使用工字型钢，柱间通过圆管进行支撑，地震烈度为7度。

（一）计算方法与分析

通过PKPM软件对结构进行分析，在结构计算环节采用多种形式。该工程属于横向承重体系，所有梁柱都是等截面。为实施综合比对，主要采用框架体系以及框架与支撑相结合的体系，在这两种结构体系中，梁的截面形式相同，刚架柱存在差异。对于框架体系仅仅构建空间模型，而对于框架与支撑相结合的体系构建平面模型和空间模型。分析框架与支撑相结合体系的平面模型可知，在空间衔接中，侧向支撑发挥着巨大作用，可降低横向自振周期，提高刚度。计算结果比较柔，这表明地震作用力预估不准确，偏小，因此，对于地震烈度大于等于7度的钢结构工业厂房尽量构建空间模型进行计算。

分析两种结构体系的空间模型可知，因支撑作用的影响，所以，框架与支撑相结合的钢结构的纵向刚度较大；因工字型柱的影响，框架与支撑相结合的钢结构具有较大的刚度，自振周期与侧向位移均较小；框架结构和框架与支撑相结合的结构相比，需要消耗较多的钢材，而混合结构经济、可靠。

结语：

综合来说，钢结构具有降低结构重量、提高利用率、强化抗震性能等独特优势。现阶段，它被大面积应用在工业厂房建设中，若想实现钢结构在工业厂房中的可持续应用，应合理设计，不断提升结构自身性能，进而为工业厂房开拓更加广阔的应用前景。

参考文献：

[1]高健.浅析钢结构厂房的设计方法及质量控制[J].科技创业家，2013，（04）.

[2]韩瑞芳.钢结构厂房设计中需注意的问题[J].科学之友（B版），2011，（03）.