工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

赖力 邢灵巧

攀钢集团设计研究院有限公司 四川 攀枝花 617023

引言

在对工业厂房进行设计时，采用钢结构形式可以提高厂房应用安全性和稳定性，避免结构在应用期间受到周边环境影响，出现倒塌等事故问题。设计人员在开展工作时需要深入现场，对区域内环境、水文地质条件进行全面了解，并且根据钢结构设计要求，选择合理的结构体系，还要对原有设计理念进行全面更新和优化，并且借助信息化技术和辅助软件开展设计工作，要从各个层面对设计风险进行全面预防，还要从根本上提高设计方案应用的科学性，为后期实际建设行为提供科学指导，避免频繁出现设计变更问题[1]。

1 工业厂房钢结构设计要求

在进行工业厂房钢结构设计时，设计人员需要对设计方案应用经济性进行科学评估。与传统结构相比较，钢结构在使用时，选用的材料比较单一，可以降低经济损失问题发生概率。因为钢结构应用较为频繁，而且具有更强的稳固性，在对其进行设计时，设计人员需要对各项材料运用要求进行准确注释，在保证设计质量的基础上降低投资成本。设计人员还要提高钢结构应用环保性，因为在进行钢结构设计时，存在环保性能要求，因此设计人员需要对各项材料制作、施工期间是否会产生环境污染和资源浪费问题进行全面分析，同时要制定有效措施，对材料运用缺陷进行全面预防和控制[2]。

例如，设计人员可以对市场上一些节能环保型材料进行重点关注，并且将其运用于设计环节中，同时要对材料进行回收利用，避免钢结构在应用期间出现资源浪费问题。在进行钢结构施工时，一般不会产生施工噪音和烟尘污染等问题，钢结构制作周期长，建设周期短，施工周期较短，同时易采取措施满足相关节能环保要求。设计人员需要对结构应用环保性能进行科学评估，要保证结构在使用时，能够符合绿色施工要求，只有这样才能扩大钢结构应用范围。设计人员还要提高钢结构应用便捷性，实际上钢结构设计形式比较简单，可以根据不同工艺建设要求，对结构进行优化设计，并且对结构形式进行简化处理，在提高结构应用适应性能的同时减轻结构自重，降低整体造价成本。在进行钢结构制作、安装时，还可以缩短施工工期[3]。

2 工业厂房钢结构设计存在的问题

2.1 缺乏造价控制意识

很多设计人员在对工业厂房结构进行设计时，并没有将造价控制意识融合到设计工作各个环节中，因为钢结构设计工作系统性特征比较强，涉及的内容过于繁杂，在对设计环节进行成本控制时，不仅需要对钢结构材料采购成本进行有效控制，还需要对人力资源和机械设备以及辅助材料应用成本进行有效控制。如果设计人员在开展工作时，并没有对各项材料价格进行全面了解，选择的材料造价成本比较高，就会对项目建设行为产生不良影响。设计人员也没有根据施工现场实际条件，对设计方案内容进行全面对比，导致方案内容与实际建设行为存在较大差异，后期在对设计方案内容进行修改时，就会增加项目建设成本，还会引发资源浪费等问题[4]。

2.2 总体布局存在缺陷

在对工业厂房钢结构布局进行设计时，如果设计人员没有从整体层面上，对各个空间进行合理规划，也没有从细节区域对功能需求进行全面了解。在进行结构设计时，整体布局设置存在问题，就会对结构运用产生不良影响。因为钢结构应用较为频繁，在进行实际设置时灵活性更强，设计人员为了节省材料，降低整体作业成本，需要构建空间跨度比较大的结构。但这种结构在使用时存在较多安全隐患，例如结构应用稳定性比较差，在结构各部件、工艺设备进行安装时，都会对结构产生不良影响。设计人员在进行结构设计时，没有从综合层面对安全风险进行全面考虑，也没有对主体结构与非结构构件连接需求进行全面了解。在进行布局设计时，难以从各个层面对风险问题进行有效防控，会导致钢结构在使用期间出现更加严重的问题，甚至会出现倒塌事故[5]。

3 工业厂房钢结构设计优化措施

3.1 增强造价控制意识

在对钢结构进行设计时，设计人员首先要增强自身造价控制意识，要对各项材料成本进行充分考虑，还要对结构建设期间可能产生的额外经济损失进行分析和研究。在开展设计工作时，设计人员可以借助BIM技术构建数据模型，对设计环节产生的造价成本进行模拟，在此基础上对现有设计内容进行适当调整，可提高设计方案的经济性。在开展钢结构设计工作时，设计人员还要尽可能与多专业协同，各专业设计人员要进行密切沟通和交流。在对现有设计数据进行更新时，需要对存在联系的实际数据进行实时调整，为各项设计工作开展提供有效支持[6]。

3.2 提高布局合理性

在对结构布局进行设计时，设计人员需要保证各项设计成果与工业厂房生产模式相匹配，才能保证工业厂房的正常运行。设计人员要对工业厂房实际用途进行全面了解，并且选择经济实用的设计工艺。在进行具体设计时，设计人员需要根据生产需求，对厂房墙体高度和厚度进行有效控制，还要对钢结构支架进行合理划分，要保证整个结构受力均衡，通常情况下钢结构支架主要包含了桁架、网架及框架等分布形式，设计人员在进行结构设计之前，需要对厂房生产要求和结构布置需求进行全面了解，在此基础上选择合理的结构体系[7]。

设计人员在接收到工艺布置图，进行设计之前，需要对工艺布置和柱间支撑位置关系进行充分理解，要保证设计完成的钢结构在应用时，能够满足各方面要求，还要提高结构整体的科学合理性。在对钢结构进行设计时，设计人员还需要根据结构应用需求，对各相关材料进行正确选择。设计人员要对材料规格和型号相关要求进行准确标注，要保证施工企业在进行材料购买时，能够选择正确材料类型。设计人员还要对工业设计要求进行全面掌握，在此基础上对现有方案内容进行持续调整。设计人员需要深入到厂房现场，对区域内情况进行全面了解，要保证最终设计方案内容符合现场实际，才能降低设计变更等问题发生概率。设计人员还要根据结构发展状态，对结构性能进行持续优化和完善，要保证各结构在使用时具备更高安全性，避免引发事故问题[8]。

3.3 优化设计内容

在对工业厂房钢结构进行设计之前，设计人员需要对钢构件加工和施工要求进行全面了解，设计人员可以深入到施工现场，对区域环境特点和水文地质条件进行全面调查，在此基础上选择正确结构形式，并且制定针对性的设计方案。设计人员还要对区域内雪压和风压等荷载工况进行全面研究，在对各项荷载系数进行计算时，需要借助信息化技术，提高最终计算结果精确性。要对结构构件截面进行合理设计，同时要对施工材料型号和规格进行准确标注，设计人员还要明确施工顺序和建设条件，避免施工人员在进行设计图纸解读时，出现理解失误等情况。在对钢结构材料性能进行分析和研究时，可以发现结构材料性能会受到周边环境温度影响，如果区域内温差比较大，就会对钢结构运用稳定性产生不良影响。设计人员在对工业厂房结构进行设计时，需要对温度影响进行充分考虑，还要做好结构防火设计。设计人员需要对火灾危险类别进行全面了解，还要明确防火要求，要严格按照行业规范开展设计工作。在对结构进行设计时，需要将防护设计放在首要位置。在对消防设施和消防通道进行设计时，需要严格按照相关要求开展设计工作，要保证各项设施在使用时能够发挥更大作用，才能为厂房内部工作人员生命安全提供充足保障。在进行设计方案制作时，设计人员需要对构件防火能力提出明确要求，同时要对钢结构涂刷防护材料要求进行准确标注，要提高构件运用安全系数，才能降低火灾隐患问题发生概率，设计人员要根据厂房周边地理位置和抗震规范要求，对钢结构进行抗震设计，还要对结构传力途径进行科学计算，要保证整个结构受力情况更加科学，避免出现刚度突变等情况。因为不同结构形式，对抗震设计要求存在一定差异，在对纵向结构和横向结构进行设计时，设计人员需要对结构形变问题进行有效防控，避免部分构件或结构出现破坏，对整个钢结构性能产生不良影响。同时设计人员还要做好地震模拟分析，要对钢结构使用期间遭受地质灾害问题之后出现的损伤问题进行模拟和分析，还要对支撑体系能否发挥作用反复推敲，要保证钢结构在地震作用力影响下具备更高稳定性，避免出现结构倒塌等问题[9]。

在对钢结构稳定性能进行优化时，需要设置明确支撑点，还要构建完善支撑体系，要从根本上提高钢结构应用安全性和稳定性，确保钢结构抗震性能能够满足地震灾害抵抗要求。在进行结构设计时，还会受到材料影响，因为钢材料长期暴露在空气环境中容易出现氧化现象，如果周边空气环境比较潮湿，还会引发锈蚀的问题，锈蚀问题比较严重时会对钢结构产生不良影响，导致结构应用稳定性能下降，进而引发安全性问题。在对钢结构进行设计时，设计人员需要对厂房内部环境进行充分考虑，要制定针对性抗腐蚀和防氧化措施，例如可以选择抗氧化性能比较强的钢材料，并且在结构表面涂刷抗腐蚀涂料，从而对钢结构进行全面保护。如果周边自然环境比较恶劣，还要适当增加防腐涂料厚度，避免腐蚀问题过于严重，对钢结构正常使用产生较大影响。在对结构进行优化时，设计人员需要对地脚螺栓进行优化设计，要保证螺栓预留位置更加精确，同时要对埋设精度进行明确要求。一般情况下，工业厂房檐口高度较高，钢柱整体构件长度较长，对钢柱安装的准确性提出了较高要求。设计人员应对钢柱顶、钢柱底进行准确标注，并充分考虑杯口基础、独立基础、桩基础与钢柱的连接。在施工图交底时，提醒施工单位选择合适固定措施，提高螺栓安装稳定性。在对现有设计成果进行验算时，设计人员需要借助计算机辅助软件，对设计成果进行模拟分析和可视化碰撞分析，还要对各个设计环节存在的问题进行全面分析和探讨，为施工单位提供最优的设计方案[10]。

4 结束语

综上所述，在进行工业厂房钢结构设计时，设计人员需要积累工程项目经验，努力学习新型知识和技术。开展设计工作时，构建数据模型，对现有设计成果进行模拟分析，从而及时发现和解决设计缺陷及问题。在进行钢结构设计时，明确各项材料的应用要求，采用合理的结构体系，确保结构更加安全稳固。总体来说，工业厂房涉及的内容很多，比较繁杂。通过深入学习和更多设计实践，可以更多地积累知识、总结经验，不断更新和充实设计理念，以期贡献出更好的设计作品。