鋼結構在工業廠房設計中的應用

文/李勝男、林雪梅 洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

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鋼結構在工業廠房設計中的應用

文/李勝男、林雪梅 洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

【摘要】伴隨著社會經濟的飛快發展，顯著推動了工業廠房建設進程，與此同時，鋼結構也被廣泛地應用在工程建設中，逐漸形成鋼結構。筆者將結合自身經驗，圍繞鋼結構進行著重分析，希望能為工業廠房建設提供參考。

【關鍵詞】工業廠房建設；鋼結構；應用

前言

一、鋼結構的特征

工業廠房建設是一項繁瑣、艱巨的工程，其工作環境比較復雜，受外界環境的影響較大，因鋼結構具有較強的穩定性，且安全系數較高、承受能力較強，所以，近年來，它被廣泛應用在工業廠房建設中。現階段，鋼結構已經成為一種現代建筑類型，并得到了工程人員的高度青睞。通常，鋼結構主要具有以下特點：

（一）施工周期短

鋼結構具有較強的韌性和強度，同時具有較多的標準間，在生產線作業中的應用優勢更加明顯。

（二）重量輕

在工業廠房建設過程中應合理使用輕鋼，這是因為輕鋼的重量相對輕，且功能與其它材料相似，這可大大減小鋼結構的重量。經比對可知，鋼結構自重在鋼筋混凝土結構中的比例為1/2-1/3，鋼結構的應用可有效縮減基礎負載，這在地質條件不良的津滬地區更為明顯。

二、設計思路

（一）優化結構體系

若想在廠房建設中合理應用鋼結構，首先應確保設計合理，優化結構體系。鋼結構體系直接充當廠房框架，且結構體系直接關乎著工業廠房的整體性能與穩定性。因此，在設計鋼結構廠房的過程中，工程人員應正確認識樓層高度、工作環境和使用情況，并奠定扎實的理論基礎，確保鋼結構的有序施工與正常使用。

（二）注重橫向與縱向設計

高耗能高污染向低耗能低污染的轉變。傳統出版業對于紙張、油墨等原材料高度依賴，屬于高耗能高污染的典型代表。轉型升級語境下的新興出版，一方面強化對綠色印刷的評估和考核，在財政項目的績效評估中旗幟鮮明地強調綠色印刷指標；另一方面，以數字化為主題的新興出版，主要依靠互聯網、移動互聯網進行傳播，直接擺脫了紙張的載體，從源頭上摒棄了高耗能高污染的帽子。

在工業廠房的橫向設計中，著重增強鋼結構的使用性能，確保用途多樣，進而滿足設計需求；在工業廠房的縱向設計中，應全面考慮鋼結構的自身性能，提高節點區域的抗剪，增強抗彎能力，確保安全穩定，進而改進鋼結構的整體性能。

三、設計要點

（一）支撐體系

在鋼結構廠房中，支撐體系發揮著支撐以及防護作用。從重要程度與地位方面來說，支撐體系等同于結構體系，因此，設計人員應重視支撐體系的設計，并積極創新，不斷優化。

（二）節點構造

對于鋼結構廠房而言，柱柱、梁梁以及梁柱是最關鍵的節點，它們的受力情況比較復雜，因此，在實際設計環節，設計人員在嚴格遵守整體設計思路的前提下，還應圍繞節點部位進行改進。現階段，蓋板式、托作式是最為常用的節點方式，有時還會使用栓焊連接式，以此來增強性能。

（三）焊接工藝

在鋼結構廠房的設計過程中，因涉及輕鋼安裝這一操作，所以，應進行焊接設計。焊接工藝設計直接決定著最終的設計效果。在具體的焊接操作中，應掌握焊縫尺寸，并留心焊點問題，同時，還應妥善處理鋼鐵材質，進而確保鋼結構的合理應用。

（四）負載承受能力

在設計環節應綜合考慮工業廠房的實際用途。依據廠房用途特性進行負載值的計算，以此來評判結構設計的合理性。另外，在設計鋼結構時，應著重考慮結構穩定性，綜合分析在不情形中穩定性的變化規律。在計算負載值時，有效使用現代技術，憑借先進的軟件程序設計，科學計算，確保與設計用途相符。

（五）抗震性能

在設計環節應著重增強抗震性能，以此來提高工業廠房的抗震性，為實現這一目標，不僅要提高部件支撐性，還能增強結構承受能力。通常因彎矩系數的不同，耦合效應也會出現一定的變化，所以，在鋼結構的抗震設計環節，應著重考慮耦合效應。

四、安裝要點

首先，在鋼結構的安裝前期應重新測量預留埋件位置；然后，全面準備安裝所需用具、設備。在廠房建設中所使用的鋼結構的種類較多、體積重、跨越程度大、結構相對復雜，因此，應綜合比對各種施工方案，不斷改進，從中選出最理想的設備進行安裝，確保如期交工；最后，依據工業廠房的實際建設情況，參照施工進度，合理編排安裝順序。待吊裝位置確定后，參照工程安裝圖紙進行復核。在鋼結構的安裝中，應著重做好鋼梁安裝，這是因為鋼梁的體積較重且跨越程度較大。常規作業流程為：拼接鋼梁——吊裝就位——固定鋼梁，確保鋼梁穩定性——安裝下一跨鋼梁，進行固定，確保鋼梁穩定性。在這一過程，應切實保障安裝質量與安全。

同時，鋼結構工程師應全面履行自身職責，嚴格監控每一個安裝環節，確保滿足安裝要求。而安裝指揮人員應科學規劃、合理組織，認真觀察吊裝過程，切實保障人身安全與設備的正常使用。

五、實際應用

某醫藥公司的生產車間，主體三層，局部兩層，寬度12米，建筑高度10米。建筑總面積為3000平方米。屋面采用BHP型鋼板保溫系統，其中屋面為柔性支撐，梁柱使用工字型鋼，柱間通過圓管進行支撐，地震烈度為7度。

（一）計算方法與分析

通過PKPM軟件對結構進行分析，在結構計算環節采用多種形式。該工程屬于橫向承重體系，所有梁柱都是等截面。為實施綜合比對，主要采用框架體系以及框架與支撐相結合的體系，在這兩種結構體系中，梁的截面形式相同，剛架柱存在差異。對于框架體系僅僅構建空間模型，而對于框架與支撐相結合的體系構建平面模型和空間模型。分析框架與支撐相結合體系的平面模型可知，在空間銜接中，側向支撐發揮著巨大作用，可降低橫向自振周期，提高剛度。計算結果比較柔，這表明地震作用力預估不準確，偏小，因此，對于地震烈度大于等于7度的鋼結構工業廠房盡量構建空間模型進行計算。

分析兩種結構體系的空間模型可知，因支撐作用的影響，所以，框架與支撐相結合的鋼結構的縱向剛度較大；因工字型柱的影響，框架與支撐相結合的鋼結構具有較大的剛度，自振周期與側向位移均較小；框架結構和框架與支撐相結合的結構相比，需要消耗較多的鋼材，而混合結構經濟、可靠。

結語：

綜合來說，鋼結構具有降低結構重量、提高利用率、強化抗震性能等獨特優勢。現階段，它被大面積應用在工業廠房建設中，若想實現鋼結構在工業廠房中的可持續應用，應合理設計，不斷提升結構自身性能，進而為工業廠房開拓更加廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]高健.淺析鋼結構廠房的設計方法及質量控制[J].科技創業家，2013，（04）.

[2]韓瑞芳.鋼結構廠房設計中需注意的問題[J].科學之友（B版），2011，（03）.