探究大空间工业厂房钢结构设计及优化改进措施

卢晰

摘 要：本文首先对设计中存在的设计不合理等问题进行分析，随后，对大空间工业厂房的整体布局和细节措施进行研究，加强其内部结构的布置的改进，并考虑造价成本的重要性，从而提升大空间工业厂房的应用效果。

关键词：大空间工业厂房;钢结构设计;细节处理

随着新型材料和科技的不断发展，我国不断地通过多种方式来提高工业厂房的设计优化性，大空间工业厂房中钢结构逐渐显示其优势，应用也越来越普遍。但是在这个过程中也逐渐暴露出来许多的问题有待改善，以此来提高工业厂房的设计有效性。

一、与传统厂房相比，钢结构工业厂房的特点

（一）钢结构工业厂房在材料方面的特点

钢结构厂房强度较大，质量轻，施工方便，可有效提高建造的空间。同时通过节省原料的方式能够使厂房的应用效率提升，也能够出现问题及时的处理，避免出现较大的困难。

（二）钢结构工业厂房在工期成本方面的特点

采取钢结构建筑形式能有效减少现场制作和加工的时间，能够使这个结构与传统的结构相比施工难度降低，也能够提高施工的有效性。

（三）钢结构工业厂房在材料回收方面的特点

钢结构工业厂房在材料回收上也更加适合当前的发展方向，建筑搬迁过程中钢结构较为方便，并且其属于绿色可回收的材料，在回收过程中也没有污染产生，更符合目前我国节能减排的理念。

二、当前工业厂房钢结构设计中的不足

（一）缺乏完善的工业厂房设计结构

在我国大部分的工业厂房设计的过程中，需要较大跨度的钢结构，而传统的设计过程中无法实现其设计的有效性，钢结构的实际开间要比混凝土大很多倍，所以需要设计更加灵活的。但是当前很多工业厂房还达不到相关的规定，仍然存在着局限性，没有经过精准的数据规划以及设计直接进行，这样才导致当前的建造方式不适合，不符合实际的工业厂房需求。很多工业厂房中主体结构缺失，混凝土和钢筋所有的隔绝性能缺少没有安全保障，还存在着重大的安全隐患，长此以往也会对整个大空间工业厂房的稳定性造成影响。

（二）缺少对设计细节的重视程度

很多工业厂房在设计过程中没有考虑到整个构造的空间，只是在设计前期进行一定的分析，而对于细节等过于缺乏。同时在设计思路上也出现了含糊随意的情况，很多设计理念没有真正的应用到其内涵，在做好规划的过程中也没有得到充分的应用，这种条件下不能真正的推动整个厂房的合理性，保证整个细节不欠缺就需要对周围环境进行分析，如果与实际设计结合不全面而忽略了细节方面的安排，则会导致整体不布局欠佳。基于《钢结构设计标准》（GB50017-2017）出发，要对工业厂房整体布局进行优化设计。

（三）欠缺工业厂房内部结钢构设计的合理性

为了进一步将当前工业厂房的利用空间扩充，需要对内部的钢结构进行合理的设计，在工艺布置方面一定要采用框架结构，这种结构更加节约时间，其方式方法也更加便捷。此外，工业厂房所需要的元素较多，并且出现框剪结构时一定要采用有效的框架结构，通过这种方式才能够实现整个布网的匀称，但是很多工业厂房在设计过程中并没有达到匀称均匀的标准，而且其质量中心与刚度中心也不能够达到相接近的目的，这样也使得整个厂房结构不具备简单快捷的特点，其传感力也并不明显。很多工业厂房在设计过程中，其规则和钢柱之间以及尺寸方向等都不能达到完整的设计，而通过横向纵向的控制才能够使其抗震能力达到一致，如何使其更加符合当前的设计要求，并且提高其经济效益就需要当前大多数厂房进行分析。但是，很多工业厂房在设计过程中都不不够合理，特别是在钢架支架的分布均匀过程中，不能使其结构与构造墙体构造实现一致，高度、厚度和宽度与国家的基本标准和行业标准等还出现着较大的出入，这样在设计过程中也存在着很大的不稳定性。

三、大空间工业厂房钢结构设计的优化改进措施

（一）重视布局与细节的整体性

在大空间工业厂房中，其安全性和质量都有相关的保证，这就需要进一步开展优化设计，所以要及时的对其功能进行处理，保障工程的正常运行。在对大空间工业厂房的整体钢结构进行设计过程中，应该与整体布局和细节有效地充分考虑，对周围的环境以及实际的需求进行有效的设计，在设计过程中需要对种总面积做好全面的规划，根据当地的土地资源和环境资源来进行设计规划，同时也要对整个车间进行有效的划分，保证空间的充分利用，此外也要对整个布局进行更好的合理规划，二者只有相辅相成才能够将整个施工场地使用效益用可以发挥。此外，要根據钢结构的实际系统需求相匹配，否则会导致整体的布局与实际的规划出现偏差。

（二）优化内部结构选型与布置

在设计过程中要考虑到综合因素的影响，在设计过程中应与细化单位与生产厂家沟通，并考虑构件运输与现场安装的情况，在保证结构刚度和稳定性的同时，从实际角度出发进行有可行性的设计。这种方式能够大大的缩减空工期，节约施工成本，使整个钢结构更加稳定，符合当前工业厂房的实际建筑需求。同时，这种设计方案中更能够体现钢结构的价值和作用，比传统的钢结构更加完善，在实际使用过程中级配匹配度也会更高。同时也要对厂房的结构进行选型，保证整体的设计与实际的企业过程中的需求是相匹配，也要考虑到厂房内部的结构更加合理和舒适，使施工人员的操作更加便捷。在钢结构应用过程中，一定要按照国家的相关工程设计标准进行，如果出现不符合实际要求，则需要将整个过程中的每一个环节与国家标准对应，只有将每一个系统的连接点相互规范相互严格要求，才能够使其更加系统保证其独立性与全面性。

（三）提高对设计过程中各造价成本的重视程度

在对钢结构厂房进行设计时，要对其中的造价成本进行分析，可能会遇到过各种施工建设中存在的问题，同时二者也会出现相互独立的情况，应配合每一个造价过程进行精细计算。在材料选择过程中也不能为了降低成本而忽视整个钢材料的质量，而选择高材料的过程中也要选择国家符合的质量要求，一定要对价格和质量合理的进行处理，才能够使整个设计最大化，同时也要对整个钢结构的细节进行请安全性和稳定性的设计，保证其每一项数据在细节中体现出来，保证后续的修改和设计执行顺利进行。

（四）注意钢结构支撑设计。

大空间工业产房对内部空间要求比较高，所以设计人员需要根据长方的结构、跨度等进行合理的设计，也要根据实际的厂房需求和设备的安排使用情况进行支撑，也保证厂房稳定的前提。屋盖支撑系统主要包括系杆、横向、垂直 和纵向支撑，在设计时需要考虑到震动设备和屋盖结构，并明确水平荷载的传递路径。而对于横向、垂直和纵向支撑等也要根据实际的布置形式进行灵活的选择，确保地震力及其他荷载顺利传至基础。

为了进一步保证厂房钢结构支撑系统的稳定和牢固，一定不要忽略细节设计，应对檩条，隅撑等构件进行精细计算，保证每个天窗架等结构稳定。温度和压力都会对系统产生影响，所以一定要保证在一定温度下的构件完整，一旦温度区间长度超过150米则应该在其中做好支撑，并在温度区段中间大约三分之一的位置进行相应的布置，从而有效提高厂房纵向刚度。支撑系统受力如图1所示。

（五）强钢结构设计的稳定性

钢结构设计除应保证足够的刚度外，还应采取有效措施保证钢结构的稳定性，防止方結构构件因设计不合而理导致存在弯曲失稳，弯扭失稳或弯剪失稳的风险。应根据不同构件的截面类型和等级采取不同的塑性发展系数进行稳定性验算。此外还应控制构件的长细比，计算长细比时不同构件采用相应的计算长度，对于节点板连接的单角钢和双角钢十字形截面桁架腹杆，其斜截面计算长度应为构件几个长度的0.9倍， 桁架平面内的其他腹杆的计算长度应取其几何长度的0.8倍 。不同部位或不同受力方向的构件均应满足规范中长细比的允许值。必要时应采取加设横向和纵向加劲肋，或加设短加劲肋等措施。对于直接承受动力荷载的受弯构件，则不应考虑其腹板屈曲后的强度。对于轴心受压与拉弯、压弯构件，还应对局部稳定进行计算，且同时满足平面内与平面外的稳定性。此外，对于格构柱还应注意不要忽视缀板缀条等构件的稳定性计算。控制好整体稳定与局部稳定之间的关系，降低不确定因素所造成的不利影响，确保满足设计目标与要求。

四、结语

通过相关的工程经验，我们能够了解施工厂房中出现的问题，解决其中存在的诸多影响，同时也要通过不断的设计改善来解决其中的问题，采取有效的措施来提升工业建筑的安全性和稳定性，保证整个设计与实际情况相符合。

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