论工业厂房结构设计中的钢结构设计

张晓明

摘要：当前，钢结构的使用也越来越普遍广泛，为确保钢结构工业厂房的安全稳定改进，本文根据钢结构工业厂房的优点和设计特点，探讨钢结构工业厂房的施工特点及优势，对钢结构工业厂房设计要点进行分析，以供参考。

关键词：钢结构;钢结构工业厂房;特点;设计要点

1 钢结构的概述

钢结构工业厂房各结构的组成部分进行了合理规划，以取得更大的经济效益和质量效益。钢结构工业厂房可降低设计难度，改善施工有效性。同时，结构组装过程可以节省更多的建筑材料，从而节约更多的项目成本。使用的建筑材料是一种使用率高、可多次使用的建筑材料，拆下的钢构件可直接回收利用，循环价值高，环保性强。同时，钢结构工業厂房空间利用率高，搭接过程中空间占用率低，设计变化性强，对于空间成分具有多重特征;对以后安装中提高空间利用率有重要意义。

2 钢结构工业厂房的优势

2.1 价格优势

钢结构价格相对便宜，节省很多成本。此外，虽然价格较低，但性能并没有明显下降，价格表结构简单，性能良好。工厂建筑中使用的一些结构常常需要多次搬运，有许多材料经过多次处理，对其性能有很大的影响，但钢结构不存在这种问题。钢结构重量轻，安装方便，如果结构使用有问题，有些结构安装位置不对，容易拆卸和重新安装，这在一定程度上降低了施工人员的技术难度，提高了安装的施工速度。

2.2 环保性

环境保护是当前建筑中一个日益令人担忧的问题，钢结构工业厂房的主要建筑材料是一种绿色环保材料，经过有效回收利用，具有很好环保特点。

2.3 施工操作简单灵活

在传统的厂房建筑中，建筑主体主要是通过加固混凝土来建造的。施工时间长，施工难度大，严重制约了厂房的建设效果。在施工过程中，钢结构工业厂房优化了构件，提高了构件批量生产效率，有效地提高了施工速度，使构件组装更加方便。

3 钢结构工业厂房设计的主要特征

在工业厂房的设计中，目前多采用钢结构。钢结构具有重量轻、跨度大、柱网布置灵活、工艺连接方便，具体特点如下：一是钢结构设计车间使用的钢材具有良好的塑性，一般不会因意外超载或局部超载而突然断裂。钢具有良好的韧性，使结构更能适应动载荷;二是钢结构设计车间用钢材材质均匀，结构可靠性高;三是钢结构设计车间用钢强度高，结构重量轻，制造车间跨度大，可制成大跨度结构;四是钢结构车间的钢材具有焊接性，大大简化了钢结构的连接，适合制造各种复杂结构;五是钢结构的生产和安装高度工业化。钢结构生产主要在金属结构专业厂进行，生产简单，精度高。装配好的构件运至现场安装，装配度高，安装速度快，工期短。

4 钢结构工业厂房设计要点的分析

4.1 钢结构工业厂房立面相关要点分析设计

钢结构有四个基本特征：规模、线条、色彩、变化。比较钢筋混凝土加固，钢结构的线条表现最具特色。传统混凝土现场采光效果不是很理想，一般在设计中都会设计出大量的采光窗，大量的采光窗会使墙面的线形损坏，这种轻钢屋面采用大量的屋面采光，既均匀又不破坏墙体线形，美观大方。目前它非常适合联合车间，同时也解决了联合车间的通风问题。钢结构立面设计主要由工艺布置决定，立面必须以简单、连贯、突出重点。

4.2 钢结构工业厂房格构柱的设计与分析

钢结构工业厂房的格构柱是一种用连接板条将钢截面拼接而成的柱形式，在整个格构柱界面上，弯矩和轴力都转化为竖向轴力，主要作用在格构柱上，其主要作用是格构柱用作压弯构件，多用于厂房框架柱和独立柱，截面一般为型钢或钢板设计成双轴对称或单轴对称截面。格构体系构件由肢件和缀材组成，肢件主要承受轴向力，缀材主要抵抗侧向力（相对于肢体轴向而言）。格构柱缀材形式主要有缀条和缀板。当偏心受压柱绕虚轴弯曲时，应在弯矩平面上进行整体稳定验算，稳定控制计算最不利的轴力;进行格构柱单肢的稳定验算。格构柱的计算还需要包括压条;特殊节点格构柱的设计也包括在整体计算和局部设计中等。

4.3 钢结构工业厂房屋面支撑系统设计

屋面支撑系统的布置应根据该区域的跨度、高度、柱网布置、屋面结构、吊车吨位和抗震设防烈度等确定。钢结构考虑了施工条件和安装需求的限制，无论是否有檩条系统，屋架上弦杆和天窗桁架上弦杆均应设置上弦杆横向支撑。对于屋架间距不小于12m的车间或配备超重型桥式起重机的车间或配备大型振动设备的车间，应提供纵向水平支撑。

4.4 温度伸缩缝设计要点分析

温度会引起钢结构工业厂房的变形和结构的温度应力。当厂房面积足够大，温度应力足够大时，钢结构工业厂房将产生较大的变形和危险。为了避免这种危险，必须在车间内设置温度膨胀节。有两种类型的温度伸缩缝：一种是水平设置温度伸缩缝，另一种是纵向设置温度伸缩缝。选择哪一种取决于具体的工厂设计。温度接头的设置将车间划分为多个温度段，钢结构设计规范确定了每个温度段的长度。温度膨胀节的处理方法有两种，即双柱法和单柱法。设置纵向温度伸缩缝时，可在屋架支座处设置滚动轴承，框架梁与檩条连接处可采用槽钢夹板滑移或椭圆孔滑移。

4.5 节点设计分析

节点设计是钢结构设计的重要内容之一。在进行结构分析之前，应充分考虑并确定节点形式。根据传力特性的不同，将节点分为刚性连接、铰接连接和半刚性连接。设计人员应确保接头的选择符合设计要求。其中一个常见的情况是，最终设计节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，必须避免这种情况。例如，一些刚性节点虽然不存在承载弯矩的问题，但会产生较大的转动，这与结构分析中的假设不符，导致实际工程变形大于计算数据的不利结果。在多跨厂房的设计中，应注意附跨或高低跨连接部位节点的选择，这往往会导致一些问题。在附跨设计中，附跨钢梁与主跨之间的连接大多采用铰接形式。但是，当附跨跨度较大，附跨钢梁截面较高时，程序生成的节点四个螺栓集中在连接截面的中间，实际节点将旋转较大，接头的接触面的分离导致摩擦型高强度螺栓接触面的不足和摩擦型接头的工作基础的损失。而且角度过大，对螺栓有较大的翘曲力，有很大的安全隐患。在设计中应注意，当厂房跨度较大时，在计算模型中将节点定义为刚性节点;当跨度较小时，仍选择铰接节点，并手动调整节点处的螺栓分布以减小角度。

4.6 防锈处理

由于钢结构的表面直接暴露在大气中会受到腐蚀。当钢结构工业厂房空气中有腐蚀性介质或钢结构处于潮湿环境时，钢结构车间的腐蚀将更加明显和严重。钢结构的腐蚀不仅会降低构件的截面，还会在构件表面产生锈坑。构件受力时，会引起应力集中，导致结构过早破坏。因此，为保证厂房结构的安全，应充分重视钢结构厂房构件的防腐，根据腐蚀介质条件，在总平面布置、工艺布置、选材等方面采取相应的对策和措施以及工厂的环境条件，确保钢结构更少腐蚀。

5 结束语

综上所述，钢结构工业厂房可以满足人们对于建筑的众多需求，高水平的工业厂房一定程度推动了生产的稳定发展。钢结构工业厂房的合理设计关系到其质量及建成后的应用效果，从多个角度完善钢结构工业厂房设计，既保证了工业厂房建设的顺利实施，又提高工业厂房的性能和质量。

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