工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

邢 妍

(中国石油工程建设有限公司北京设计分公司 北京 100085)

工业厂房的建设是工业发展的重要基石之一,随着经济的飞速发展,工业也不甘落后,这也标志着工业厂房的数量和规模不断增加和扩大。要想保障工业厂房建设的速度和质量,更进一步为工业的发展提供一定的基础,厂房钢结构的设计和应用在建筑业中占有不可替代的地位。因此设计人员要积极学习先进的设计技术,在确保建筑材料质量的基础上,注重钢结构设计的布局,确保应用钢结构能够为工业厂房的建设和施工提高效率,促进工业带动经济的发展。

1 工业厂房钢结构设计的特点

(1)便捷性。钢结构相较于传统的建筑结构来说具有便捷性的特点,首先,钢结构设计的施工需要的时间较短,能够确保施工期限,在成本上也就显现出优势。其次,钢结构的设计受到的影响因素较少,整个施工过程都是在工程内进行,施工现场只需要按部就班的安装和使用,缩短了施工的周期。钢结构的便捷性使得这种结构设计在建筑领域内应用的范围很广,主要应用于厂房、高层的建筑。

(2)经济性。钢结构设计的工业厂房,从设计到施工操作简易,通过材料的集中使用和组装,可以提升建筑钢材料的利用效率,减少浪费,这在经济上也能节省材料成本。钢结构材料不是一次性使用的材料,在使用之后可以回收,大大降低了资源成本,这也就是大多数工业厂房都采用钢结构设计模型的原因。

(3)空间利用率好。在工业厂房的建设中,钢结构都是在厂房内进行安装和施工,其活动的空间明显小于其他的施工结构,这种结构优势也为厂房建设的变更提供了很大的可能,能更好地实现空间规划和利用。此外,工业厂房外部的设计也能实现多样化,提升了厂房内外空间的利用率,促进经济建设[1]。

2 工业厂房建筑结构设计优化概述

建筑结构的优化设计是工业厂房总体设计不可或缺的一部分,要想保证工业厂房的建筑质量,就要优化厂房建筑的结构设计,设计要从概念设计和视觉设计两个层面考虑。首先,概念设计是设计人员利用设计概念并且经设计概念从始到终穿插其中的设计方法。设计人员需要将设计的专业理论知识和实际的设计经验相结合,考虑到实际厂房的需要,不断地完善优化设计方案。同时,设计人员要以实际施工情况为基础,综合考虑各种因素,比如施工周围的环境、材料设备的供应等,不断对设计进行调整,提升建筑结构优化工作的水平。其次,视觉设计需要设计人员专业知识丰富,将各种建筑工程设计构造作为基础,根据不同的设计需求将设计多元化,并做好评估和判断工作,以此选择可行性设计方案[2]。

3 优化设计

3.1 防火设计

现阶段,工业厂房整体建筑项目,其结构设计通常以钢结构为主,相比混凝土建筑结构,钢结构建筑设计更具性能优势,表现在结构稳定性与可塑性等方面。然而,钢结构与混凝土结构相比,防火性能不理想。鉴于钢材具有较强的导热能力,温度较高将会对钢材性能产生一定影响。当温度达到100℃时,钢材抗拉性能将会有所削弱。如若温度处于持续增长状态,当温度升至250℃时,钢材强韧性有所削弱。如若温度升至500℃时,钢材性能将会丧失,甚至引起厂房建筑结构发生坍塌事件。为此,以厂房安全为设计视角,加强厂房建筑结构设计优化,如若钢材温度升至150℃,应关注厂房防火性能,比如钢材的防火涂料能够防止火灾的扩大,一级防火中,钢柱要想达到3 h耐火极限,就必须选用厚型防火涂料,厚度在23毫米;钢梁要想达到2.5 h耐火极限,选用薄型、厚型防火涂料都可以,厚度在20 mm[3]。

3.2 抗震设计

近年来,地震事故频繁发生,究其原因在于:钢结构设计规范性不足,难以顺应施工建设的各项需求,引起厂房建筑结构稳定性缺失现象,由此造成地震事件发生,工厂建筑结构发生倒塌事件,形成较为严重人员伤亡事故。在地震中,其破坏特征是延性破坏,而非脆性破坏,可见到破坏瞬间的过程。破坏瞬间延缓了逃生的时间;破坏瞬间基本很少散离碎片的坠落打击等次生伤害。为此,加强钢结构抗震性能优化设计,尤为关键。钢结构抗震性能,在厂房建筑设计环节中,占据较为关键的环节。钢结构设计期间,应综合开展钢结构抗震性能设计工作,保障厂房抗震性能的规范性。具体抗震设计表现为:以工业厂房建筑项目整体结构为视角,结合厂房建筑需求,全面掌握工业厂房的建筑特点,融合抗震设计元素,使其抗震性能处于合理状态。在设计期间,设计人员应加强厂址确定与优化,减少厂房建设位置处于地质结构不稳定的区域,减少地震问题对工业厂房建筑结构产生的影响。在建筑抗震结构设计期间,应以建筑结构整体稳定性为优先设计原则,以此保障厂房抗震性能的标准性。钢结构在厂房建筑结构中占据较为关键的位置。为此,在开展钢结构抗震设计期间,应从钢结构配件性能予以考量,比如受力性能、结构稳定性等。在性能确定的基础上,最大程度地降低负面因素造成的影响,有效发挥钢结构建筑稳定性能的优势。抗震系统设计,在工业厂房建筑设计中,应作为优化设计的重要环节,以期提升厂房建筑结构的安全性。针对厂房结构性能分析期间,应综合考量多方因素,以钢结构建筑实际需求为基础,完成结构框架设计与选择,提升节点设计工作有效性,保障建材性能,提升钢结构整体稳定性,以此保障工业厂房抗震性能的规范性[4]。

3.3 防腐蚀设计

钢结构腐蚀现象,将会在一定程度上减少钢材构件截面大小。如若在钢材表面发生腐蚀问题,将会严重危及工业厂房建筑项目的安全性,削弱钢结构使用性能,使其应用周期有所减少。其发生条件,以自然潮湿环境因素为主。为此,以钢结构腐蚀成因为出发点,加强防腐蚀优化设计,以此保障钢结构厂房使用周期。有效方法为:保持氧元素与钢结构处于隔离状态、涂刷防腐材料等。此外,针对钢结构防腐设计,应综合考量环境因素,以期保障防腐设计的科学性。

3.4 建材优选

在设计规划工业厂房建筑结构期间,应科学开展建材甄选工作,有助于提升设计优化效果。建材性能差异将会直接危及厂房建筑结构设计效果,使其稳定性与安全性受到影响。工业厂房在实际建设期间,其资金使用存在多重要求,应加强建材品质规范性使用,提升建材使用的成本规划效果,减少建材使用产生的资金浪费问题。在建材选择期间,应综合考量钢材自身性能,如防火性能较差,应选择防火性能优异的建材,以规避防火性能欠佳问题,达成设计优化目标。

4 对工业厂房建筑结构进行优化的设计方案

4.1 工业厂房建筑结构中的防火设计优化

前文提到过工业厂房建筑结构的防火设计,提升工业厂房安全系数的另一个设计就是抗震设计。对于工业厂房建筑而言,地震是非常严重的威胁之一。所以,在对建筑结构进行设计的过程中,防震也是较为重要的环节。在此过程中,应该对基址的选择进行优化,对建筑周围地质较为复杂的情况进行避免,并应该在地震较为频繁的相关区域进行建筑的施工。另一方面,在对相关建筑结构进行平面布局的设计时,一定要对结构稳定性与局部稳定性之间进行良好的协调,对整体性的设计进行相应地加强。在进行平面布局设计时,有着较多的设计方法,应该对对称布局进行采用,将相关建筑的形式进行简化处理,对较为稳定的矩形结构进行相应的选择。因此,如果想要对工业厂房建筑结构进行优化,对建筑结构中抗震设计进行优化是非常有效地策略之一。

综上所述,钢结构设计由于本身具有的特性,施工简便,广泛应用于大型厂房、高层等领域中,要想保证钢结构的质量,就是注重钢结构设计,其中包括防火设计、抗震设计、防腐蚀设计、材料优选等,只有良好的设计才能保障施工的方向,才能保障钢结构设计工业厂房的施工能够有质量的完成。当前钢结构是建筑领域的重要应用,并且在技术应用上日渐完善,逐渐成为建筑领域的主打,是未来建筑的发展趋势。