钢结构厂房设计常见细节问题及其解决对策

李磊

摘要：钢结构厂房的特点是其施工时间相对较短，且具有抗震性能好、承载能力强的优点，因此钢结构在厂房构建中被广泛应用。但是钢结构同样也存在防火性差、容易受到外界环境影响而产生锈蚀等问题。所以在设计时需要充分考虑钢结构的优缺点，充分发挥钢结构的优势和价值。现阶段，钢结构厂房主要有重型钢结构厂房和轻型钢结构厂房两种，前者包括炼钢和轧钢等车间，需要在内部配置大吨位吊车，厂房往往要承受较大的作用力，所以对钢的需求量较大;后者一般采用门式钢架结构，具有施工快、自重轻且成本低廉的优点，在工业厂房构建中应用广泛。

关键词：钢结构;厂房设计;常见细节问题;解决对策

1钢结构的特性

1.1钢结构的优点

首先，钢结构材料强度高、质量轻。衡量质量轻重可以通过钢材的密度与强度的比值来确定。在荷载和约束条件都相同的情况下，钢结构的自重比钢筋混凝土自重小很多。比较跨度和荷载都相同的钢屋架与钢筋混凝土屋架，前者比后者轻2/3～3/4左右，若采用更轻的薄壁型钢，则更轻，比后者轻9/10。结构自重轻不仅可以降低运输费，还可以降低吊装费。其次，钢结构工业化生产程度高，施工工期比较短。钢构件只需要在加工厂大规模大批量生产，可以机械化制造。钢结构采用工厂加工、工地安装的施工方法。这样不仅缩短了工期，同时也可以降低工程造价，从而可提高经济效益。再次，钢结构的抗震性能比较好。在地震中，损坏最轻是钢结构建筑。这是由于钢结构自重比较轻和结构体系相对比较柔。当地震发生时，混凝土建筑容易开裂而粉碎性倒塌。钢结构建筑则不同，由于其的延展性能可减弱地震對建筑物的破坏力。钢梁和钢柱组成的柔性框架足以抵抗8度以上的地震作用，因此广泛应用于在抗震设防地区特别是强震区。然后，钢结构耐热性较好。钢材从常温到250℃，性能基本不变化，耐热性较好。最后，钢结构符合绿色建筑的可持续发展的要求。钢结构能合理利用资源和能源，对环境的污染较小，是绿色环保建筑。由于搅拌浇筑混凝土的手工湿作业，施工现场会产生大量的粉尘和噪声。钢结构不需要使用砂石、水泥等散料，可以避免扬尘、废弃物堆积和噪声污染等问题，也能有效地降低建筑垃圾。钢结构的材料基本上是钢材，可以全部回收，符合国家可持续发展的要求。在相同规模的建筑，钢结构施工中产生有害气体的排放量，却只有混凝土结构的65%左右。其施工过程能耗较低，隔热性能优越，在降低住宅碳排量方面具有明显的优势。

1.2钢结构工业厂房的特点

①钢结构厂房自重轻，钢结构自重仅是砖混结构的1/5。钢结构厂房跨度大，空间大。在合理的结构规划下，纵向柱状钢结构间距可以达到20m。②钢结构厂房的抗震性好、抗冲击性好。钢结构厂房整体刚性好、变形能力强。钢结构已被公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适的结构。③钢结构厂房防火性高，防腐蚀性高，密封性高。比如说，钢结构厂房可用于冷库、化工厂等。④钢结构厂房拆迁方便，可100%回收利用，对环境的破坏相对较少，是绿色环保型建筑。⑤钢结构厂房制造的工业化程度较高，可以快速标准流水线安装。所有钢结构构件均在工厂制作完成，现场只需简单拼装可以大大缩短施工周期，一座5000平方米的钢结构工业厂房，只需40天即可基本安装完成。⑥钢结构占用面积小，使用面积大，钢结构柱截面面积较混凝土结构柱的截面面积减少1/2左右，有效增加了建筑的使用面积。⑦钢结构厂房在使用过程当中易于改造，如加固，接高，隔断等内部分割，调整比较容易，灵活方便。

2钢结构厂房设计的常见细节问题及解决对策

2.1屋面设计

钢结构厂房屋面尤其要注重防水设计，要结合屋面坡度、天沟类型、单坡屋面长度，合理确定屋面防水施工工艺和技术，并根据当地温度、降雨量情况进行适当调节和处理。

2.2温度伸缩缝设计

钢结构厂房对温度比较敏感，为了避免温差对钢结构厂房的影响，要进行温度伸缩缝的合理设计，可在柱顶或梁中部位置设置滑动支座或双柱。滑动支座设置于柱顶或梁中反弯点处，可以较好地保证侧向位移效果，然而其缺陷在于不适用于梁截面变化较大的厂房结构，需要更大的屋面支撑;而设置双柱的方式则可以较好地消除温度应力的不良影响。

2.3荷载设计

钢结构厂房设计要注重荷载取值的计算，充分考虑工业厂房的实际使用情况及环境、气候等影响因素，提升钢结构厂房的可靠性。

2.4柱的设计

钢结构厂房的钢柱截面由型钢截面和组合截面构成。在型钢截面柱的设计中，要考虑型钢种类及其型号的差异性;而在组合截面柱的设计中，则要考虑构件受力性质、大小等因素。

2.5支撑系统设计

①支撑体系设置。可以沿纵向设计若干道屋面水平支撑，同时设计与其数量相同的柱间支撑，并在靠近中间的两道支撑处设置下柱支撑，以较好地连接各个平面的框架，提供侧向支撑点，合理传递风力、温度应力、地震力等纵向荷载。②支撑形式设计。可以设计一定厚度的砖墙，并在钢柱处设置锚固钢筋，以提升结构的整体刚度。柱间支撑要注意选取硬度较大的角钢作为支撑。③隅撑的设计。单纯依靠屋面、柱间支撑还难以确保钢结构厂房的整体稳定性和纵向刚度，还要设计隅撑和檩条，以减少屋面梁的长度，使结构支撑点的设置距离相对较小。

2.6节点设计

节点连接方式的设计关乎钢结构厂房的安全性，可以结合钢结构传力的特点，考虑施工场地、现场环境、吊装顺序等因素，选取刚接、半刚接、铰接等不同的节点连接方式。同时，还要注意钢结构焊缝连接和螺栓连接的不同特点：焊缝连接无须附加连接板，也无须开孔，操作便捷且具有良好的密封性，但在焊接操作中易受到焊接残余应力和残余变形的影响而出现低温冷脆的现象;螺栓连接易于安装和拆卸，但要对准螺栓孔方可拼装，一般来说，要用高强螺栓连接梁柱节点位置，用普通螺栓连接檩条及梁柱连接处。

2.7防锈处理

由于钢结构材料的自身特性，必须重视钢结构厂房的防锈处理设计。要明确和把握钢结构厂房的选址、布局、材料、车间工艺等，并要预先在钢结构表面涂抹防锈漆。结合钢结构构件的使用环境，合理确定防锈漆涂层的数量、厚度;一般来说，防锈漆的外部厚度应当在150～200um、内部厚度在100um为宜。未来还应当加强对高性能涂料、不易锈蚀的耐候钢的研究，以期更好地提升钢结构厂房的质量。

2.8隔热及防火设计

钢结构材料受温度变化的影响，会出现强度、塑性、徐变等，为此，要做好钢结构材料的保温隔热和防火设计。可以采用浇筑混凝土、安装耐火砖的方式，增强钢结构的保温隔热性能。同时，可通过截流法、疏导法等措施，实现对钢结构的防火保护。以截流法中的喷涂法为例，它是将具有隔热性能的防火涂料喷涂于钢结构表面，不受限于钢结构的几何形体变化，具有易于操作的特点，能够较好地提升钢结构厂房的耐火等级。

3结语

综上所述，不同于民用建筑，工业厂房因其自身的功能特点，需要我们对钢结构厂房做出合理设计，便于钢结构厂房内部进行合理的设备布置，满足工厂的生产需要，同时也设计出经济、科学、低碳环保的钢结构厂房，促进钢结构厂房的应用及发展。

参考文献

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（作者单位：金诚信矿业管理股份有限公司）