多层钢结构工业厂房的设计与施工要点分析

田 轩

（湖北省武汉市武汉金中石化工程有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

钢结构建筑因具有独特的承重性、稳定性、安全性、可靠性等受到多层工业厂房建筑设计技术人员的青睐。多层钢结构工业厂房在许多建筑工地中拔地而起，逐步成为当前多层工业厂房建设首选的建筑形式。与传统的混凝土厂房建筑设计不同，多层钢结构工业厂房在建筑设计上，大多使用了轻钢材作为主要建筑施工材料，这种材料能够很好地改善传统建筑材料的重量大、结构性能不足等劣势。多层钢结构工业厂房建设所采用的轻钢材质能够充分发挥结构优点，大幅减轻建筑的总体重量，从而有效地减轻厂房负担。施工过程中，围护层施工用材大多以夹芯金属钢板为主，这种材质能够简化操作过程，节省建筑施工过程的作业时间，并能有效提高我国多层钢结构工业厂房建设的总体水平和厂房施工质量。

多层钢结构工业厂房的建设优势如此突出，离不开设计人员的科学设计，更离不开施工人员的正确施工。本文就多层钢结构工业厂房的设计与施工要点进行分析。

1 多层钢结构工业厂房的特征

（1）钢结构工业厂房内的机械设备种类较多、实际负载的要求较高。现代钢结构工业厂房里主要由大型的机械设备组成，而这些机械设备的总重一般在数十吨以上，其楼面可变荷载量达到2.5～20kN/m2左右。所以，进行工业厂房设计过程中，设计人员要充分考虑各种机械设备对钢结构厂房的影响，要选用适当的布局方式，同时整体结构也要符合具备超强负荷的条件，针对各种机械设备灵活调整多层钢结构的荷载类型，以提高其安全性能，保障厂房顺利投入使用。

（2）有些钢结构工业厂房在使用钢筋混凝土组合楼板时，会出现楼板开孔很大的状况，且质量与刚度分配呈失调状态。部分建筑设施基本是从基础层开始上下贯通，全长可能达到十几米或几十米。所以，施工中往往出现同一楼层大面积开孔，这样会产生结构上的错层现象，从而造成钢结构厂房的质量和刚度在高度上分配不均，严重降低了厂房整体的安全性和稳定性。如果突发地震或遇到其它特殊情况而引起巨大振动，就会导致钢结构出现大量扭转、屈曲等现象，给厂房造成巨大的安全隐患。

2 多层钢结构工业厂房设计要点

2.1 设计要求

（1）大部分多层钢结构工业厂房建造过程中，会设计到物料与机械的运送，意味着对运送工具和运输流程的要求也越来越高。进行内部空间设计时，尽量不要把电梯设计在建筑结构的顶端和转角处。当不可避免地要将电梯设置在这些区域内，就必须调整其周围建筑的框架，尤其是楼板的构造。

（2）进行钢结构工业厂房结构设计时，必须认真控制好其纵、横向的框架变化周期，使其能够维持在规定范围内。钢结构工业厂房实际建造过程中，也需要仔细考虑好其跨度的问题，因为工业厂房建设都有相当大的跨度，布置所需的梁和柱等建筑结构的数目相对较少。但是，部分特殊情况下又会采用梁间距相对小的设计，需要的梁和柱的数量也会增加，此时需要对其横向周期加以合理调节，以增加建筑结构的稳固性、可实施性以及抗震特性。

（3）很多厂房构造占据地段较长，所以需要适当设置部分结构缝，但是对于处于地震高发地带的厂房构造，应该对防震缝的设置进行恰当的规划，不能采取一味增加防震缝面积的方式达到防震的目的。相比之下，适当地减少防震缝的设置对某些特别长的工业厂房来说才更适用，更能有效地提升其整体的抗震性能。而在建筑设计与施工的过程中，也可选择在每段间隔长度40m处，设立宽度约为1.4m的后浇带一条。但需要注意的是，后浇带必须设置在对整体建筑结构受力影响较小的部位。对于不耐高温的部位必须加大其配筋率。此外，还必须合理地布置一些架空层，以提高屋面通风效率，或增加屋面保温隔热实木板的厚度以改善其隔热状况，有利于提高整个厂房建筑的设计质量[1]。

2.2 设计理念

传统钢结构建筑建设过程通常都采用“先建筑后结构”的设计思路。多层钢结构工业厂房的建筑设计和一般的钢结构建筑设计存在较大的差异，多层钢结构工业厂房的建筑设计满足要求的前提是将结构设计与施工进行有效结合。多层钢工业厂房的设计理念主要包括整体式的建筑设计和截面优化设计。

（1）多层钢结构工业厂房整体性建筑设计理念方面，首先是关于整个建筑体系外部和内部结构设计方式的一体化。目前国内建筑行业所使用的设计方式一般分两步，先将建筑物的内外区别开，然后分别对二者进行独立设计。但从实际情况来看，最好的设计方式应该是对它们进行统一的整体规划。其次，在建筑框架设计的集成性方面，设计的重点仍然是要改变当前传统观念中所谓“先建筑后结构”的施工理念，坚持将施工和建筑主体结构设计看作整体。

（2）关于多层钢结构工业厂房的截面优化设计。第一，为了简化建筑材料的准备工作，设计过程中所采用的不同规格的角铁尽量不要超过五种。如果出现某些特殊情况，例如所需角铁的规格类似，应该尽量选用统一规格的角铁，以减少不同规格的种类，防止在施工过程中发生材料混淆。第二，针对那些需要采用C类螺栓和相应支撑螺栓进行连接的屋架以及杆件角锅的部分，C级螺栓也应该采用更大孔径。第三，截面厚度方面，必须优先选择那些厚度相对较薄的截断面。

2.3 设计思路

对多层钢结构工业厂房进行设计的时候，不但要关注它的整体结构，还应该对整体中的某些部分着重考虑。对多层钢结构工业厂房进行设计的时候，必须在头脑中提前确定设计思路。多层钢结构工业厂房设计过程中有很多需要特别关注的部分，包括节点结构、内部支撑体系以及多层钢结构的荷载量等。对其中某些方面的设计思路进行相应的分析：一是关于支撑构件方面的设计思路，从总体上来说，这方面进行设计的时候必须坚持技术创新并持续优化的设计思路。例如在实际工程设计中，侧面钢构件的刚度较低，必须在设计过程中提前增设一道水平的支撑面，避免侧面钢构件发生偏移造成厂房稳定性下降。二是要对焊接工序引起高度重视。必须通过合理的焊缝工序，确保多层钢结构工业厂房的质量满足有关规定。例如，必须对焊接缝宽度的标准尺寸以及相应的焊接部位仔细斟酌。

2.4 设计的关键点

对多层钢结构工业厂房进行设计的时候必须基于现实状况入手，提前对各种影响因素做出具体的评估，并在此基础上对多层钢结构的设置条件进行确定，对有关参数加以优化。首先，在建筑设计的过程中，必须对建筑框架横向与纵向尺寸与参数等做出合理的规划。比如，为保证相应构件的经济性和稳定性，使横、纵向的抗震能力保持一致是至关重要的。另外，为改善厂房的质量，还必须针对外部环境条件，设计适当的收缩缝与防震缝，对配筋率进行相应的改善。其次，内部构造体系方面的设计要求在整个厂房的设计流程中发挥着不可替代的作用。与之相关的建筑结构系统包括框架-剪力墙结合系统、框架结构系统等。对多层钢结构工业厂房进行内部构造设计的时候，必须将多种影响因素综合起来考虑，再选取合适的结构体系。比如，所需楼层数较多的情况下，必须选择框架-剪力墙结合体系[2]。

3 多层钢结构工业厂房施工要点

为保证建筑后续阶段的施工质量，在施工起始环节，即建筑基础施工时，就要对基础性的钢结构设计方案进行仔细审核，确保第一时间对设计中出现的纰漏加以修正完善。对多层钢结构工业厂房来说，进行钢结构施工时，应该把混凝土独立柱作为钢结构建筑的基本支撑设施，为保证建筑工程质量，基础阶段的浇筑质量也需要进行严格管控。基础施工的同时，需要对以下要素进行严格操控：混凝土的基础轴线、顶面高度、钢板定位螺栓连接孔、地脚定位螺钉的部位和数量等。对建筑材料的放置和保存，要严格按照设计要求并遵守相关规定，施工过程中也要做好全面的技术指导，确保材料的合理保管。另外，对材料的使用应加强现场监督，提供技术支持和规范管理，保证整个施工流程的顺利完成[3]。

施工时要严格依照国家有关规范，一旦发现在施工过程中出现纰漏，要及时加以调整，并在问题解决后才能继续进行施工。现场施工时不仅要清楚各道工序的工作要点，同时还必须对其进行深入了解和精确掌握。为了确保焊接材料的质量，在材料入库时要实施严格的检查，并定期取样复检，必须在进行焊接之前对焊接工艺条件做出详细规定，根据不同母材的强度选用适当的焊接材质。而对完全熔透后的一、二次焊接，为保证焊缝品质，还需要进行超声波检查，焊缝工序完成后，要根据工艺设计图纸对焊缝的焊脚长度、外观品质等进行严格的验收，确保焊接质量达到验收标准。

应加大对施工现场中已成型样品的养护力度，确保大型结构零件不松动，同时还必须做到随到随拼，按时装配，逐步缩短工期，以防止因间隔时间过长而导致对钢结构构件的二次损坏。其次，要设立专属场地用以放置主要的结构构件，防止部分易损材料与地面产生直接接触。此外，做好对从业人员的安全施工知识宣传和安全教育培训，并全方位配备安全警示标志和安全装置，在关键的区域放置标志牌，并注意施工现场的消防设施是否完善[4-5]。

4 结束语

综上所述，钢结构建筑物因其自身重量轻、高承重性、建设工期较短等优点，逐渐成为一种广泛采用的建筑结构，并被大量应用于多层工业厂房建造中，大大改善了多层工业厂房的安全性能、经济特性及其使用性能。多层钢结构工业厂房建设过程中，设计人员必须加强整个钢结构体系的设计；施工人员应根据设计要求，明确设计理念和设计思路，理清设计的关键点，严格按照设计开展施工，提升多层钢结构工业厂房建筑设计的整体效果和质量。