浅谈多层钢结构工业厂房结构设计

郭翔

摘要：在工业厂房设计中，其材料的应用成为许多设计人员十分关注的问题。如果工业厂房的材料不适合，就会大大影响工业厂房设计的安全性。在目前的工业厂房设计中，常见的材料是钢。钢的稳定性很高，而且十分耐用，承载力强，十分受到设计人员的青睐。许多多层钢结构的工业产房频繁崛起，满足了中国工业建设的需求。设计人员需要在钢结构的厂房设计中不断优化设计过程，促进钢结构的稳定，并且使整个厂房看上去整体效果最佳，提高厂房使用的安全性。本文通过分析多层钢结构工业厂房的优势和体系，详细阐述其结构设计中的要点。希望对多层钢结构的建设实施有所帮助。

关键词：多层钢结构；结构设计；要点；

1多层钢结构工业厂房的特点

多层钢结构的主要材料是轻钢，该材料十分轻便，而且具备普通钢材料的功能，这样就能够有效降低工业厂房的重量。由于多层钢结构的工业厂房采用的是夹芯金属板作为主要的维护材料，其轻便、承载能力强大、操作便捷的特点可以大大缩短施工的工期。

1.1层高较高及其柱网尺寸大

工业厂房比普通的民用建筑的层高更高，通常民用建筑的层高的二倍相当于一个工业厂房的层高。在工业生产中会采用许多大型的机械设备，因此必须要求工业厂房具有较高的层高，实现安全生产。所以，工业厂房的层高不会按照普通民用珠住宅层高的方式去设计，而且柱子之间的间距很大。

1.2集中和悬挂荷载较多

在工业生产中，需要多次、频繁使用各种各样的大型机械设备。使用这些设备的时候，需要注意其运作产生的振动对厂房造成的影响。大型设备比较沉重，使用时会所产生的振动会对工业厂房的结构带来很多考验，比如振动产生的集中荷载，通常荷载会很高，而这正是多层钢结构工业厂房所具备的特点。另外，一些大型的机械设备所产生的悬挂荷载也会给工业厂房设计带来一定的难点，而这恰恰是多层钢结构工业厂房所具备的优势。

1.3施工周期较短

传统的工业厂房一般采用钢筋混凝土等作为其建筑材料，多层钢结构的工业厂房所使用的材料具有一体化功效，结合了设计、施工于一体，这样就不会出现其他的作业环节，能够大大缩短施工周期，还会保障施工现场以良好的环境。

1.4活荷载较大

工业厂房和民用建筑的最大区别在于，民用建筑是供居民使用，设计时要充分做到以人为本。而工业厂房的用途十分工业化，而且会存放许多工业原料，如果厂房的活荷载不大，就不利于存放。多层钢结构的工业厂房的活荷载较大，能够充分满足工业活动的各种要求，大大促进工业生产。

2多层工业厂房的结构体系

2.1框架体系

框架体系也称为支撑体系。框架体系中的横向设计结构是刚接框架，其纵向设计结构是柱形支撑，而抵抗水平负荷载重就是柱子间的支撑。框架体系具有经济实惠、节约环保等特点，但是也有一定的弊端，使用框架体系需要占用大量的空间，并且导致柱子之间的空间处于闲置状态。框架体系最适宜纵向比例较长，横向比例较短的工业厂房。

2.2纯框架体系

纯框架体系的应用相对于框架体系来说，具有最大的不同就是它的纵向和横向都要使用刚接框架，并且中间不需要柱子作为支撑。纯框架体系具有合理利用空间的优势，但是，采取纯框架体系对于钢材有较大的需求量。需要注意的是，采取纯框架体系时，其柱不适宜采用工字型柱，应该采取两个方向惯性矩差别较小的，例如：箱型柱似的截面形式。

2.3钢架和支撑的混合体系

钢架加支撑的混合体系中的横向设计结构与框架体系中的刚接框架相同，而其纵向设计结构为钢架和支撑混合的形式，这是依靠钢架和支撑这两方面来一同抵抗水平力。采取钢架加支撑的混合体系具有减少柱纵向弯矩的强大优势，但是，使用这种结构体系对于工业厂房楼面钢韧度有着较高的要求，要确保柱子间变形的协调性，否则极容易影响到柱间支撑作用的发挥，严重的还会引发事故。

3多层工业厂房结构设计的要点

多层工业厂房结构设计中，应该注重结构的整体性，采取结构与工艺协调统一的设计方法，促使多层工业厂房结构，可以为工业生产，提供积极服务。多层工业厂房结构的设计，避免结构和工艺上出现问题，统一结构和工艺的设计，尤其是荷载、参数等方面，设计之间做好相互沟通的工作，维护多层工业厂房结构设计的基础性，提高厂房结构设计的合理性。

3.1结构设计要与工艺设计协调

多层厂房的结构设计中，要确保多层厂房结构设计和工艺设计具有一定的协调性，保证充分沟通，从而提供最大的便利。设计师在进行结构设计之前，首先要对厂房施工中的工艺生产进行充分了解，从而有效的保证施工工艺能够顺利进行。因此，在设计中，需要保证设计师之间充分的沟通，不仅能够保证设计工作顺利的进行，还有效的保证了施工质量和施工效率。

3.2荷载的数值设计

荷载是多层工业厂房结构设计的要点，在整个体系结构内，荷载占有基础性的影响作用，一旦荷载取值上出现问题，就会干扰多层工业厂房的结构稳定。方案中，设计人员遵循质量要求，规划出设备在多层工业厂房结构中的布置，明确楼面荷载的分布，最主要的是计算出楼面均布荷载的具体数值。多层工业厂房结构为工业用途，与多层民用建筑楼房在楼面荷载上，有很大的差异。荷载数值设计期间，应该考虑到多层工业厂房结构的状态，厂房的整个平面中，不设计内隔墙，增加了跨度柱网的高度，而且多层工业厂房的楼层，也会增加。多层工业厂房设计中，主要以现浇钢筋混凝土结构为主，具有平面无限大的特征，加厚了厂房的整体结构，规范的设计荷载数值，各项模块中的荷载数值之间相互配合，满足多层工业厂房中的荷载设计。

3.3节点核心区的抗剪设计

多层工业厂房结构中，框架节点也属于一类设计要点。节点设计围绕强柱弱梁更强节点的原则展开，设计人员根据多层工业厂房结构节点的实际抗震等级，计算出节点核心区的抗剪力，并且验算。结构的中心线不能重合，一旦设计中出现中心线重合的情况，就会增大柱子的截面面积，导致节点变心，无法保障节点核心区处于均匀受力的状态。

3.4裂缝宽度与地震验算

多层工业厂房结构设计中，裂缝的宽度与地震验算，是不可忽视的设计要点。结构设计中要求，裂缝宽度不能超过0.3mm，验算后结果超出规定数值时，就要增多钢筋数量或减少钢筋截面，解决裂缝宽度的设计误差。如果还是不能处理裂缝的宽度误差，就要重新修改柱梁的截面积。多层工业厂房地震验算设计方面，采取加强构造的设计方法，为了实现大震不倒的状态，就要实行罕遇地震验算的设计，多层工业厂房结构的楼层，屈服强度系数低于0.5的结构，采取罕遇地震验算，确保地震验算设计中，结构薄弱层间，弹塑性位移角数值小于1/50。

3.5电梯井筒的框架设计

电梯井筒的框架设计方面，不能仅仅以纯框架为计算的对象，更要结合构架配筋，在框架与构架配筋共同的作用下，计算电梯井筒框架的配筋数据，同时计算电梯井壁的剪力墙配筋。除此以外，多层工业厂房结构中，设计多台吊车，吊车减轻了电梯的作业压力，提供了诸多便利，吊车的数值为活荷载，输入到电梯井筒框架设计中，完善电梯井筒框架施工的过程。

结语：综上所述，在工业建筑中，工业厂房是重中之重。从过去功能单一、形式单一的工业厂房到如今的多层钢结构工业厂房，这体现了中国的工业生产正在不断进步。钢结构作为一种十分实用的材料，将其应用于工业厂房结构设计之中，大大提升了厂房的性能和使用寿命。因此，在实际建设中，我们要了解其优势和特点，对多层钢结构工业厂房设计中应注意的问题和要点进行全面掌握，为今后的多层钢结构工业厂房的设计思路奠定良好基础，并成功运用到实践建设中，致力打造高品质的多层钢结构建筑。

参考文献：

[1]钢结构设计规范GB50017-2003.

[2]蔡勇发.关于钢结构工业厂房的抗震设计分析[J].河南建材，2016，03：164-165.

[3]杨梅.探讨钢结构工业厂房的设计优化[J].建材与装饰，2016，39：94-95.