关于钢结构厂房结构设计的相关研究

韩雪松

摘要: 钢结构被广泛地应用于工业的建设中，而且发展的速度也越来越快。工业建筑在进行结构设计时，每个设计者的设计经验不同，对规范的了解程度也会有差异，因此，在设计问题时，所选择的处理方式也会有所不同，下面对钢结构厂房结构设计研究进行了介绍。

关键词：钢结构；厂房；结构；设计

引言

在过去，建筑往往以单层钢结构工业厂房为主，但是近年来逐渐往多高层混凝土结构发展。为满足现代化高标准的生产需要，建筑的结构设计的问题是整个建筑设计环节最为关键的。它与常规民用建筑不同，具有跨度大、荷载大的特点，在整个设计环节中，应全面考虑它与普通建筑的不同之处，保证工业厂房结构设计的科学合理。

1钢结构工业厂房特点

钢材具有结构强度高、自重轻、整体结构刚度好、抵抗变形能力强的特点，常用于大跨度和超高、超重的建筑物中。相对于传统的钢筋混凝土框架，在不改变梁高的前提下，钢结构明显超过混凝土结构的开间，因此可以能满足工艺对跨度的需要。钢材具有塑性、韧性两种类型，可有较大影响变形，能很好地承受钢材动力荷载，故情形屋盖钢结构厂房纵向温区长度可达到250m，横向温区长度可达150 m，可大大减少因结构超长而设置的伸缩缝。

在厂房的设计和施工中，钢结构相对于常规混凝土结构来说，具有较低的重量，从而极大地减轻了基础的荷载。此外，随着钢结构新技术的研发和应用，工业厂房抗震性能得到了显著改善，在钢结构厂房的建设施工中可以循环回收利用，不但有效地节约了成本，还能实现节能环保的社会效益，且钢结构厂房所用到的各类构件可预先在加工厂进行标准化、机械化生产、质量和精度有保证，进行安装和拆卸比较方便，可有效提高施工效率。

2钢结构厂房结构设计

在钢结构布置形式中，可采用多种形式，如平面桁架、网架、门式刚架及三维钢框架等，设计人员要根据厂房的功能需求、工艺特点选择合适的结构形式。

2.1 构件设计要点

钢结构厂房设计时，需验算构件在不同荷载组合下的强度、稳定性及承载力。首先，根据单体结构特点及结构形式应选取合适的验算规范以确定构件的宽厚比、高厚比、柱长细比、结构位移等限值；其次，确定构件计算长度，当梁高不大且平面内应力较小而平面外应力比较大时，应减小梁的计算长度以达到经济性的效果。最后，合理确定构件两端的约束条件，并根据内力设计结果进行构件连接节点设计。

2.2 屋面设计要点

屋架结构分为有檩体系和无檩体系，目前多采用有檩体系结构，其是以压型钢板为面层，以轻型冷弯薄壁型钢为支撑骨架，屋面设有轻质保温材料所组成的结构体系，主要特点是外观新颖、美观大气、色彩丰富装饰性强，具有现代化气息，且围护结构自重轻、可在工厂机械化标准化制作、施工装配简单等优点。

屋面檩条宜采用冷弯薄壁型钢构件，其截面形式主要有Z型卷边和C型卷边两种。当按简支构件计算时一般采用C型，当按连续构件计算时，宜采用Z型嵌套方式达到部分或完全连续。当檩条跨度大于10m或屋面荷载较大时，宜采用轻型桁架式檩条或高频焊接H型构件。

2.3柱脚设计要点

柱脚是结构中的重要节点，其作用是将柱下荷载（轴力、弯矩、剪力）传递给基础，以使钢柱与基础有效地连接在一起，保证上部结构在各种荷载作用下的稳定性。柱脚分为外露式、外包式、埋入式和插入式四种。抗震设防地区的多高层钢框架柱脚宜采用埋入式、插入式或外包式。轻型工业厂房多采用外露式，重型钢结构厂房一般采用插入式。

柱脚构造应符合计算假定，传力可靠，减少应力集中，便于制作安装，在抗震设防地区，柱脚节点应与上部结构的抗震性能目标一致，其构造应符合“强节点、弱构件”的原则，在遭受小震和中震时应保持弹性，在罕遇地震作用时，柱脚节点的极限承载力不应小于与其连接的柱全塑性承载力的1.2倍。

2.4支撑设计要点

布置支撑时，需要密切结合厂房高度和跨度、厂房柱网布置、吊车起重量及其工作制、屋盖结构形式、屋面材料、有无悬挂起重运输设备、屋架间距、地震设防烈度及有无其他振动设备等情况。柱间支撑与屋盖横向支撑宜设置在同一开间，无吊车厂房的端部柱间支撑、有吊车厂房的端部上柱支撑、以及端部屋盖横向支撑应布置在房屋端部和温度区段第一或第二开间。屋架纵向支撑应设置在传递支座反力的平面内，与横向支撑构成封闭型支撑框架，能赋予厂房骨架更强的空间刚度和整体性。屋架垂直支撑应布置在有横向支撑的区间内以形成空间稳定体。

2.5工业厂房防火设计

与混凝土结构相比，钢结构在使用过程中会受到温度的影响，其耐火性能也不是很好。因此，在钢结构工业厂房的结构设计中，应充分考虑保温、防火等因素，以保证厂房整体的安全可靠。在建筑工程的具体设计中，应明确火灾危险等级、防火等级，并严格按有关防火规范进行设计，选用防火等级的钢材，以减少火灾对钢结构的冲击，从而提高其防火性能。在实际工程中，为了提高钢结构的耐火性能和防火等级，一般都会在钢结构上涂覆一层防火漆。此外，在设计时，设计者应采取有效的预防措施，全面实施消防设计，减少火灾造成的损失。

2.6钢结构工业厂房抗震设计

近几年，由于地震频发，工业厂房的抗震设计应从总体上提高其抗震能力。即在实际地震设计时，应确保设计厂房内钢结构的均匀性，并使其整体应力分布十分均衡，以钢框架为基础，合理的布置水平、纵向结构，以防止厂房出现变形，即使在地震中，也能保证建筑物本身的抗震性能。在地震中，建筑结构的损坏，主要是由于其承重部件没有满足规定的强度要求，导致结构在地震荷载作用下失去了稳定的支撑点，导致结构的坍塌。因此，在钢结构工业厂房的设计中，必须保证其科学、合理，从而使其整体稳定，并具有更好的抗震能力。在发生地震时，工业厂房中合理的支撑体系可以起到很好的保护作用，并能有效地保障建筑物的整体稳定，使建筑物的结构不至于受到严重的损坏。

2.7钢结构工业厂房防腐设计

钢结构自身的特点，使其在空气中极易氧化，尤其是在潮湿的环境中，会使其进一步恶化。在钢结构的腐蚀中，其主要特征是：构件截面急剧减小、局部锈坑、受力部分应力过多等，从而对钢结构的寿命造成了很大的影响。在这一具体的设计中，设计师要将工厂周围的环境有机的结合起来，从而制订出具体的防腐蚀设计，进而有效地增强钢结构的抗腐蚀性能。目前，钢结构建筑施工中，一般都是在钢材表面涂上一层防锈防腐蚀涂层，以防止大部分的腐蚀因素与钢材的直接接触，从而起到保护钢材的作用。但是，在特殊的涂覆防腐蚀材料时，要根据不同的腐蚀防锈要求，选择特定的涂层厚度。

结束语

综上所述，厂房是企业发展的重要物质基础，其科学合理的设计不仅能保证企业的安全与稳定，还能促进职工整体生活水平的提高。目前，钢结构被广泛地用于工业建筑的结构设计。然而，由于钢结构自身的缺陷，所以在设计时应严格按照规范，强化耐火、抗震等方面的设计，以确保其安全，并保障整体的质量，为我国工业的健康发展打下良好的基础。

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