探析工业厂房结构设计中钢结构设计的应用

王金英

摘    要：与钢筋混凝土建筑结构相比，钢结构具备强度大、质量轻、延塑性强优势，而且施工装配化水平较高，成本较低，可以获得较高建筑建设效益。因此，钢结构设计在厂房结构设计中有着极为广泛应用。想要实现对厂房空间利用最大化，节约建设成本，同时实现对厂房使用、安全、寿命的有效保障，必须提高对钢结构设计在厂房结构设计中应用重视程度，不断优化钢结构厂房设计。基于此，文章先是分析了钢结构厂房设计特点，明确钢结构设计要点，进而探讨了钢结构在厂房结构设计中具体应用。

关键词：钢结构厂房;设计要点;优化措施

1  工业厂房结构中钢结构设计特点分析

根据工业厂房实际使用需要，钢结构设计特点主要体现在下几方面。

1.1  钢结构跨度较大，承重柱较高

在工业生产中，其生产设备、产品、原料的体积、重量通常较大，而且为了实现对空间高效利用需要对原材料、产品等进行叠放，因此对厂房面积、承重有着一定要求。同时为了便于产品、设备、原材料运输，厂房吊车轨顶标高、跨度等要求也较大。

1.2  纵向柱距较大

工业厂房钢结构设计有着相关行业建设标准与特殊设计要求，特别是在对空间利用率方面，应注重实现对空间最大利用。因此在对工业厂房钢结构厂房进行设计时，应注意对厂房纵横向柱间距离控制。再者，工业厂房中吊车使用频率高、起重量大，因此纵向柱间距设计必须合理。吊车在钢结构厂房设计中设置方式通常有轻级、中级、重级三种工作制吊，应根据工厂生产实际需要，对厂房钢结构纵向柱间距展开合理设计。

1.3  承重结构截面大

承重构件截面大也是工业厂房钢结构设计显著特点。结合厂房结构荷载与厂房使用实际需要，同时满足钢结构强度、刚度、稳定、抗震性方面整体要求。为了承受大吨位重量荷载，应在确保承重足够前提下对结构设计进行优化。

2  工业厂房结构设计中钢结构设计要点

在对钢结构厂房进行设计的过程中，基于工艺要求与实际建设需要，必须对框架结构进行合理选择，在对钢结构厂房进行设计、布置过程中应注意以下几个要点：

首先，在厂房钢结构柱网布置上应进行对称均匀设计，确保厂房结构刚度、稳定性、抗震性均可得到较好保障与提升，并且应注意在保证钢结构质量同时，避免厂房结构空间发生扭转、变形问题。其次，在设计时应避免钢结构出现梁、柱结构等构件应力过于集中而出现变形、凹角、收缩等问题，进而降低了整体结构刚度与稳定性。最后，在对厂房钢结构进行设计时应从结构整体上对水平荷载处理进行综合考虑，保障厂房结构较好稳定性、可靠性。厂房整体结构重量产生的竖向荷载也由钢结构承担，因此，在工业厂房钢结构设计须同时结合对水平、竖直方向荷载综合考虑。

目前，在许多工业厂房钢结构设计中，结构参数并不能反应结构整体与局部之间安全水平，出现了许多结构安全失稳问题。因此，厂房钢结构设计须要经过多次优化才能充分确保结构设计的安全性、稳定性。

3  工业厂房结构设计中钢结构设计具体应用

3.1  防火设计

钢结构比混凝土结构对温度反应更加敏感，在防火性能方面有着较大缺陷。因此，钢结构隔热与防火在设计过程中显得尤为重要，是确保厂房结构安全、可靠重要保障。设计人员应结合厂房生产用途来对潜在火灾危险类型进行准确识别，进而对厂房钢结构设防火等级进行确定。严格遵守相关规范以及防火要求选择满足防火登记钢结构构件、材料，避免火灾对钢结构产生毁灭性影响。为了有效提升提高钢构件耐火性，可在设计时结合施工材料选择合适的防火涂料。此外，在安全设计方面，应结合厂房全局设计对疏散楼梯、安全出口、紧急疏散通道等进行合理设计，避免火灾发生对人员造成较大伤害。

3.2  防腐设计方面

钢结构暴露在空气中极易被氧化，尤其是在潮湿环境、酸碱性环节下会遭到严重腐蚀。腐蚀问题会使得钢结构构件截面变小，局部出现锈坑还会导致应力过于集中进而缩短结构寿命。这就要求在进行厂房钢结构设计之时应根据工业厂房具体环境情况，设计合理的预防方案，将锈蚀、腐蚀影响降到最低。目前，较为常见的防腐设计就是在钢结构材料外面涂抹防腐涂层来对氧气、水蒸气等进行隔离，进而达到保护钢结构目的。值得注意的是，不同结构部件，暴露在外不同环境情况，防腐涂层的厚度也不一样。

3.3  抗震设计方面

对于工业厂房钢结构设计而言，由于吊车等大型设备运行过程中会产生较大震动，会对厂房结构稳定性造成不良影响，特别是地震多发区域，钢结构防震设计显得更为重要。因此在工业厂房钢结构设计过程中必须重视结构防震设计，切实保障结构抗震等级满足设计要求。在设计上，钢结构的梁、柱等应均匀、对称布设，确保结构具备较好的传力效果，最大限度地降低震动对厂房结构造成的影响。在屋脊与屋面板、屋架与梁柱之间连接设计必须合理可靠，尤其是要确保连接节点较高强度。除此之外，在柱与墙拉结设计方面应确保高宽比例，并结合实际情况进行调整，最大限度地提升厂房钢结构抗震能力。

3.4  温度伸缩缝设计方面

环境温度出现较大变化，尤其是昼夜温差较大的地区，厂房钢结构极易由于温度应力而出现变形情况，因此为确保温度应力得到有效控制，则在设计时必须确保足够大的钢结构平面尺寸，尤其是要确保横向、纵向温度伸缩缝合理设计。一方面，应结合实际安装施工需要对钢结构设计单元数量进行明确划分，进而确定采用单柱或者双柱处理方式，通过在屋顶支座上设计滑动支座来实现对纵向温度裂缝的有效处理。另一方面，采用椭圆滑动，或是槽钢夹板滑动的设计对结构交接处温度伸缩缝进行有效处理，有效将温度应力影响降低 到最小。

3.5  立面与支撑结构设计方面

色彩与支撑结构是钢结构厂房重要表现特征。在色彩设计方面应充分利用压型钢板色彩良好张力，弥补传统厂房设计在色彩方面的缺陷。钢结构厂房不受施工工艺较大限制，且体型设计方面也是多种多样，因此可在具体外形设计方面充分发挥色彩跳跃性表现力，尤其是在外天沟、进出口等处，优化钢结构厂房立面设计效果。在支撑结构设计方面，应全面考虑厂房结构形式、高度、柱网布设等因素，实现对支撑结构的最优设计。一般来说，钢结构檩条选择设置在垂直支撑上，如果不采用檩条设计，则需以上弦支撑形式来对屋架与屋面进行连接，实现对支撑结构设计的优化。

3.6  屋面优化设计方面

工业厂房钢结构设计中，屋面设计重点在于防水功能的优化。屋面优化设计中，屋面坡度、长度、天沟形式是最为重要的三个因素，必须予以重点考虑分析。尤其是在屋面坡度设计方面最为关键，应结合通风、节点设计、施工材料以及施工技术等方面考虑，将屋面的坡度设置为5%，寒冷地区坡度还应进行适当加大调整。此外还需结合当地降雨、温度等变化情况进行设计分析、考虑，确保厂房使用功能正常。

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