工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

【摘要】近年来关于钢结构工业厂房设计的一些新技术和新工艺不断涌现出来，再加之一些新材料的研制成功，这更在一定程度上推动了钢结构在工业厂房结构中的应用。而且钢结构自身具有其他材料无法比拟的优势，在当前工业厂房设计中，钢结构设计具有较好的稳定性和灵活性，有效的促进了工业厂房建设的顺利进行，并有效的保障了工业厂房的建设质量。基于此，本文对工业厂房钢结构设计的应用进行分析，以期提高工业厂房结构质量。

【关键词】工业厂房；结构设计；钢结构设计

在当前工业厂房结构设计中，钢结构应用十分广泛，钢结构具有轻质、高强、较好抗震性能、施工方便、美观及节能等特点，在建筑领域受到越来越多的青睐。在当前工业厂房结构设计中，钢结构已替代了钢筋混凝土结构，得以广泛应用。下面根据个人经验，重点以轻钢厂房为例进行要点分析。

1、荷载条件

活荷载的取值是按荷载规范规定的，即计算门式刚架时，受荷水平投影面积超过60m2时，可取0.3kN/m2。荷载规范规定施工荷载或检修荷应按出现在最不利位置进行验算，对屋面板和檩条集中荷载按 1.0kN，施工荷载有可能超过时，按实际情况采用；雪荷载对轻型钢结构房屋很敏感，故应认真对待考虑：半跨雪荷载的增大及多跨门式刚架沟浴处雪荷载增大等；对高大女儿墙宜采取措施防止雪的堆积；风荷载计算时，轻钢结构对于风荷载系数有着不同的规定，按横向、纵向、单坡、双坡、双坡多跨、锯齿形屋面等不同情况分别进行取值。

2、结构布置

结构布置应包括：定位轴线布置、门式刚架布置、檩条布置、墙梁布置、支撑布置和山墙柱布置等。

门式刚架常用双坡排水，在温度区段长度允许情况下尽量采用这种办法。这样屋面板辅设简易，屋面渗水、漏水现象可能性减少，但排水面积增大，可能会有积水，另外中柱高度比较高。当屋面坡度较小时，应校核结构变形对坡度变化的影响。多雨和多雪地区宜取坡度大一些，斜面梁挠度不宜大于坡度的 1/3。

门式刚架定位轴线，纵向以通过柱子下端中心为定位轴线，工业建筑边柱的定位轴线有时候也取柱外皮。柱子轴线：以柱子小头的中心线引伸平行于柱外翼缘的直線为柱子轴线，斜面梁轴线以小截面中点引伸平行于上翼缘 平面的直线为斜梁轴线。

3、支撑体系

可在端部的第一个开间或第二个开间（并在第一开间相应位置设置刚性系杆）设置柱间支撑，同时应设置屋盖横向支撑，在横向支撑之间应设刚性系杆以组成几何不变体系。

柱间支撑的间距一般取 36～45m。有吊车梁时，柱间支撑应分层设置，吊车梁以上的上部支撑应设置在端开间，并在中间或三分点处同时设置上、下中柱间支撑。当边柱桥式吊车起重量大于或等于10t，下柱支撑宜设两片，吊车起重量较小时，下部柱间支撑可设置单片。在边柱柱顶、屋脊以及多跨门式刚架中间柱柱顶应沿房屋全长设置刚性系杆。多跨门式刚架的内柱应设置柱间支撑。支撑一般采用圆钢或型钢，当房屋中设有桥式或梁式吊车时，支撑宜采取型钢支撑。圆钢支撑宜配置花篮螺丝或做成可张紧装置。支撑与构件间的夹角在30°～60°范围。

当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向框架式支撑。屋盖支撑为保证屋盖结构空间工作提高整体刚度，承担和传递水平力，避免压杆偶向失稳，以及保证安装的稳定等。

柱间支撑与刚架柱组成刚强的纵向构架 ，保证房屋纵向刚度。柱间支撑承受房屋端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区 尚应承受房屋纵向地震力，并传至基础。柱间支撑为刚架柱刚架平面外提供可靠的支承，减少柱子在刚架平面外的计算长度 （ 指分层设支撑 ）。中柱必须设置支撑以保证整体刚度和传递风荷载，中柱根据高度，可在中间设一道系杆，减少中柱的计算长度。

4、围护结构

门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置应考虑设置门窗、挑檐遮雨蓬等构件和围护材料的要求。当侧墙采用压型金属板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距根据板型和规格确定，但不应大于计算要求的值。墙梁型式一般采用卷边“C”和“Z”形，或为轻型薄壁H型钢，宜采用热浸镀锌。

墙梁可设计成简支或连续构件。当墙梁需承受墙板重及自重时，应考虑双向弯曲。当墙梁跨度小于等于6m时，应在墙梁跨度中间位置设拉条。当墙梁跨度大于6m时，应在墙梁跨度三分点处各设一道拉条或撑杆。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱或墙架柱。

冷弯薄壁型钢实腹式檩条常用的有卷边Z形钢檩条和卷边槽钢檩条，主要用于轻型屋面，檩条跨度一般不大于9m。卷边Z形钢檩条可以做成连续，在屋面荷载作用下挠度较小，受力较为合理，用钢量省，构造简单，制作、安装方便，且可叠合堆放。

5、除锈方法的选用和除锈等级的确定及涂料品种的选择

除锈方法的选择，钢材表面处理是涂装工程中重要的一环，其质量好坏严重影响涂装工程的质量。欧美一些国家认为除锈质量要影响涂装效果的60% 以上。钢材表面除锈方法有：

手工工具除锈、手工机械除锈、喷射或抛射除锈、酸洗除锈和火焰除锈等。不同除锈方法，在使用同底漆时，其防护效果也不相同，差异很大。选择除锈方法时，除要根据各种方法的特点和防护效果外，还要根据涂装的对象、目的、钢材表面的原始状态、要求达到的除锈等级、现有的施工设备和条件、施工费用等，进行综合比较，最后才能确定。

涂料选用正确与否，对涂层的防护效果影响很大。涂料选用得当，其耐久性长，防护效果好。相反，则防护时间短，防护效果差。涂料品种的选择取决于对涂料性能的了解程度和预测环境对钢结构及其涂层的腐蚀情况和工程造价。

综上，当前工业厂房结构设计中广泛应用钢结构，钢结构以其较好的稳定性和灵活性特点在工业厂房结构中进行应用，并取得了较好的成效。但基于钢结构自身的缺陷，在工业厂房钢结构设计过程中，还要遵循具体的原则，加强防火和抗震性能的设计，以此来保证钢结构工业厂房的安全性，全面提高钢结构工业厂房的质量，为我国工业的健康、持续发展奠定良好的基础。

参考文献：

[1]吴楚卿.钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨[J].中国新技术新产品，2018（8）.

[2]杨翠萍.试析工业厂房结构设计中钢结构设计[J].环球市场，2018（7）.

作者简介：

张健，出生年月（1981.4-）性别：男，学历：大学本科，职称：工程师，研究方向：建筑结构设计。