工业钢结构厂房结构设计问题探讨

张才思

摘要：随着社会经济的快速发展，钢结构建筑物越来越多，工业生产、民用建筑等建筑物多采用钢结构建筑。钢结构厂房具备很多的优点，例如：施工速度快、结构承载能力高、整体刚度以及抗震能力比较好等优点。但是，钢结构作为一种比较常用的建筑材料，其本身也存在着一些缺陷。本文主要对工业钢结构厂房结构设计问题进行探讨。

关键词：工业厂房；结构设计；支撑系统；厂房特点

随着科学技术的不断进步，钢结构得到了广泛的应用，在近些年的工业厂房结构设计中，钢结构已经成为了工业厂房结构的一种重要的形式。但是，钢结构也存在着防火性能差、抗腐蚀能力低等缺点，因此在进行厂房钢结构设计中的重点问题，就是要根据其自身的特性扬长避短，将其自身的性能发挥到极致。因此本文从工业钢结构厂房的结构设计角度出发，针对结构设计中涉及到的一些问题进行分析讨论。

1.工业钢结构厂房特点

钢材料自身具有高强度、高塑性、高韧性等优点，因为这些优点使其比较适合，在大跨度、承载重、高度比较高的工业厂房结构中应用。采用钢结构形式的工业厂房不会因承载过高而发生突然断裂的问题；在动荷载的环境中应用钢结构是比较合适的，因此在地震频发的区域使用钢结构是非常有利的；钢结构形式工业厂房的自身重量轻，与普通的工业厂房结构形式相比，其可以减轻整体重量的30%左右，因为钢材的强度高、自身重量低，从而对地基的承载能力要求比较低，这就大大降低了地基与基础工程的施工成本，并且钢结构的吊装与运输等施工过程也比较方便；钢结构一般都是连接在一起的，这就有利于改建和拆迁，而且钢结构的各种构件可以在工厂批量生产，施工简单，安装方便，大大的减少了建设工期；工业钢结构厂房是绿色环保建筑体系，其建筑所用的材料大部分为钢材，钢材具有高强度高性能的优点，循环再利用的价值高，并且施工时无需模板施工。

2.柱网和温度伸缩缝的结构布置

（1）柱网：进行柱网布置时，要满足工艺要求、经济效益要求以及柱距相关规定要求；保证构件具有统一性和标准性可以在很大程度上减少相关的工作量。设计柱距时根据相关的实践经验，可以总结出以下几点经济效益比较高的方法：当地基的承载能力比较差时，重型的工业厂房采用24m，中型的工业厂房采用18m、15m，轻型的工业厂房采用12m；当地基承载能力好时，工业厂房一般可以采用12m、18m的柱距；对于厂房的横向布置，当其总跨度小于18m时，跨度采用3m的倍数为宜；当总跨度大于18m时，跨度采用6m的倍数为宜；对于厂房的纵向布置，之前都是以6m或者是12m为基本柱距；随着压型钢板作为厂房的屋面以及墙面的材料之后，其基本柱距也就变为了18m或者是24m；

（2）温度伸缩缝的布置：钢结构钢房变形的主要因素就是外界温度变化导致的，温度一旦发生变化，就会导致钢结构产生温度应力，产生的应力大小与柱刚度和吊车梁高度有关。厂房的平面尺寸比较大时，温度发生变化就会使厂房的上部结构出现横向变形和纵向变形，从而增加了柱内的弯曲应力，该应力过大时将会对屋面以及墙面造成一定的影响。因此为了避免温度变化对厂房造成的影响，就需要设置温度伸缩缝，温度伸缩缝的布置可以沿横向布置或者是纵向布置，如果厂房的平面尺寸比较大时，可以将整个厂房分割成多个温度区段。温度区段的具体长度可以根据，钢结构工业厂房的结构设计规范来确定。温度伸缩缝的做法可以设置双柱也可以设置单柱，对于纵向的温度伸缩缝的设置，可以在厂房的屋架支座位置处设置滚动的支座，对于横向的温度伸缩缝的设置，可以在框架梁与檩条相连接的位置处，采用槽钢夹板滑动等方式。

3.框架结构设计

框架体系是钢结构工业厂房常采用的承重结构形式，框架结构的横向刚度比较大，并且可以内部可以形成矩形空间，有利于吊车进行工作，能够满足使用要求。横向框架结构的柱底端通常都与基础刚接；柱的顶端一般分为铰接和刚接两种形式，柱顶采用铰接时，地基沉降或者温度变化对铰接的影响程度比较小，并且节点处的构造处理比较容易，屋架的两端处不会产生弯矩，但屋架的下弦杆会一直处于受拉状态，因此柱的下部产生的弯矩很大，导致横向的刚度比较差；当厂房的高度、吊车起重量、刚度等要求比较高时，并且为单跨厂房时，其柱顶一般采用刚接形式。

4.支撑体系的设计

4.1柱间的支撑设计

厂房内应在每一个温度区域内的柱之间设置比较稳定的支撑系统，并且协调好与屋盖上的横向支撑的布置。厂房结构纵向变形的原因是柱下部支撑所在的位置决定的，并且对温度应力也有一定的影响，下柱的支撑位置应该设在温度区的中断位置，保证纵向构件能够因温度变化影响自由的伸缩，例如吊车梁等纵向构件。如果温度区的长度比较短时，可以在其中部位置安设一道下段柱的支撑系统，一旦温度区的长度超过150m时，应当在温度区内中间位置处的1/3左右的范围内，安设两道下柱支撑，这样可以有效的保证工业厂房的纵向刚度，此外还会尽量避免较大的温度应力，因此所设置的两道支撑之间的距离不能超过72m。上段柱的支撑不仅可以设置在下段柱的支撑柱之间，还可以设置在温度区段的两端柱之间设置支撑，这样可以很好的满足结构的安装要求，而且可以提高上部厂房的纵向刚度，以及良好的传递风荷载和地震荷载等。

4.2屋盖的支撑体系

屋盖的支撑体系主要由：横向、纵向、垂直、以及系统杆件构成的。布置屋盖支撑系统时要综合考虑厂房的设计跨度、设计高度、屋盖结构采用的形式、以及相关的施工机械设备等条件之后，再进行屋盖支撑体系的布置。通常情况下，不管是有檩还是无檩的屋盖结构都设置垂直的支撑体系，在无檩的屋盖体系中，将屋面板与屋架焊接在一起，可以支撑上弦，但是由于施工条件和安装需要的限制，不管是有檩还是无檩的屋盖体系，都要在屋架的上弦以及天窗架的上弦设置横向的支撑体系。对于屋架的间距大于12m以上的工业厂房，或者是厂房内对吊车的起重量有较高的要求时，屋盖结构都需要设置纵向的水平支撑系统。

5.节点设计

在钢结构工业厂房的设计中，节点部位的构造设计是一项非常重要的工作，钢结构设计的设计工作一般是由杆件设计和节点设计。节点设计主要遵循的原则就是构造简单、受力明确。进行节点设计时通常按照比杆件内力增加10%的值，进行节点连接设计，对于杆件内力比较小的而言，其焊接长度要超过120mm。施工不得随意的增加杆件的截面尺寸，要保证节点构造绝对安全。焊缝的布置要合理，尽可能的将焊缝的位置布置杆件的行心，确保其受力合理，尽量减少因焊接造成的变形以及应力。

6.抗防锈防腐处理的方法

如果钢结构出现生锈的问题，会使其截面的面积减小，而且在构件的表面会形成局部的锈坑，一旦构件受力时就会出现集中应力的情况，进而致使构件破坏，因此，在进行工业钢结构厂房设计时，要重视预防锈蚀的问题，根据厂房的周围环境情况，对厂房内部的结构布置和材料的选择要采用合理的对策和措施，确保厂房可以安全的使用。对于刚构件的防锈蚀的处理一般在工厂制备时就已经完成了。对于北方地区或者是环境比较干燥的地区而言，还可以在钢构件上在增加一道70-80μm厚的干膜。具体的处理流程可以为以下几个步骤：除锈→涂底漆→中层漆→面漆。

7.结语

工业钢结构厂房从其结构形式来看，具有施工相对简单传力明确等优点，尽管具有很多的优点，但是需要注意的问题还是有很多，本文所阐述的不能全面的概括所有的问题，希望在今后的发展中不断的探索，积累更多的实际经验，寻求更好的解决措施，为钢结构建筑的发展打下坚实的基础。

参考文献：

［1］王俊峰.工业钢结构厂房结构设计重点问题研究.化工管理.2018年:116

［2］范潇.工业钢结构厂房防腐防火的对措分析.山东工业技术.2019年:29