探究大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化改進(jìn)措施

盧晰

摘 要：本文首先對設(shè)計中存在的設(shè)計不合理等問題進(jìn)行分析，隨后，對大空間工業(yè)廠房的整體布局和細(xì)節(jié)措施進(jìn)行研究，加強其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置的改進(jìn)，并考慮造價成本的重要性，從而提升大空間工業(yè)廠房的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：大空間工業(yè)廠房;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計;細(xì)節(jié)處理

隨著新型材料和科技的不斷發(fā)展，我國不斷地通過多種方式來提高工業(yè)廠房的設(shè)計優(yōu)化性，大空間工業(yè)廠房中鋼結(jié)構(gòu)逐漸顯示其優(yōu)勢，應(yīng)用也越來越普遍。但是在這個過程中也逐漸暴露出來許多的問題有待改善，以此來提高工業(yè)廠房的設(shè)計有效性。

一、與傳統(tǒng)廠房相比，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的特點

（一）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在材料方面的特點

鋼結(jié)構(gòu)廠房強度較大，質(zhì)量輕，施工方便，可有效提高建造的空間。同時通過節(jié)省原料的方式能夠使廠房的應(yīng)用效率提升，也能夠出現(xiàn)問題及時的處理，避免出現(xiàn)較大的困難。

（二）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在工期成本方面的特點

采取鋼結(jié)構(gòu)建筑形式能有效減少現(xiàn)場制作和加工的時間，能夠使這個結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比施工難度降低，也能夠提高施工的有效性。

（三）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在材料回收方面的特點

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在材料回收上也更加適合當(dāng)前的發(fā)展方向，建筑搬遷過程中鋼結(jié)構(gòu)較為方便，并且其屬于綠色可回收的材料，在回收過程中也沒有污染產(chǎn)生，更符合目前我國節(jié)能減排的理念。

二、當(dāng)前工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不足

（一）缺乏完善的工業(yè)廠房設(shè)計結(jié)構(gòu)

在我國大部分的工業(yè)廠房設(shè)計的過程中，需要較大跨度的鋼結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的設(shè)計過程中無法實現(xiàn)其設(shè)計的有效性，鋼結(jié)構(gòu)的實際開間要比混凝土大很多倍，所以需要設(shè)計更加靈活的。但是當(dāng)前很多工業(yè)廠房還達(dá)不到相關(guān)的規(guī)定，仍然存在著局限性，沒有經(jīng)過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)規(guī)劃以及設(shè)計直接進(jìn)行，這樣才導(dǎo)致當(dāng)前的建造方式不適合，不符合實際的工業(yè)廠房需求。很多工業(yè)廠房中主體結(jié)構(gòu)缺失，混凝土和鋼筋所有的隔絕性能缺少沒有安全保障，還存在著重大的安全隱患，長此以往也會對整個大空間工業(yè)廠房的穩(wěn)定性造成影響。

（二）缺少對設(shè)計細(xì)節(jié)的重視程度

很多工業(yè)廠房在設(shè)計過程中沒有考慮到整個構(gòu)造的空間，只是在設(shè)計前期進(jìn)行一定的分析，而對于細(xì)節(jié)等過于缺乏。同時在設(shè)計思路上也出現(xiàn)了含糊隨意的情況，很多設(shè)計理念沒有真正的應(yīng)用到其內(nèi)涵，在做好規(guī)劃的過程中也沒有得到充分的應(yīng)用，這種條件下不能真正的推動整個廠房的合理性，保證整個細(xì)節(jié)不欠缺就需要對周圍環(huán)境進(jìn)行分析，如果與實際設(shè)計結(jié)合不全面而忽略了細(xì)節(jié)方面的安排，則會導(dǎo)致整體不布局欠佳。基于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）出發(fā)，要對工業(yè)廠房整體布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

（三）欠缺工業(yè)廠房內(nèi)部結(jié)鋼構(gòu)設(shè)計的合理性

為了進(jìn)一步將當(dāng)前工業(yè)廠房的利用空間擴(kuò)充，需要對內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，在工藝布置方面一定要采用框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更加節(jié)約時間，其方式方法也更加便捷。此外，工業(yè)廠房所需要的元素較多，并且出現(xiàn)框剪結(jié)構(gòu)時一定要采用有效的框架結(jié)構(gòu)，通過這種方式才能夠?qū)崿F(xiàn)整個布網(wǎng)的勻稱，但是很多工業(yè)廠房在設(shè)計過程中并沒有達(dá)到勻稱均勻的標(biāo)準(zhǔn)，而且其質(zhì)量中心與剛度中心也不能夠達(dá)到相接近的目的，這樣也使得整個廠房結(jié)構(gòu)不具備簡單快捷的特點，其傳感力也并不明顯。很多工業(yè)廠房在設(shè)計過程中，其規(guī)則和鋼柱之間以及尺寸方向等都不能達(dá)到完整的設(shè)計，而通過橫向縱向的控制才能夠使其抗震能力達(dá)到一致，如何使其更加符合當(dāng)前的設(shè)計要求，并且提高其經(jīng)濟(jì)效益就需要當(dāng)前大多數(shù)廠房進(jìn)行分析。但是，很多工業(yè)廠房在設(shè)計過程中都不不夠合理，特別是在鋼架支架的分布均勻過程中，不能使其結(jié)構(gòu)與構(gòu)造墻體構(gòu)造實現(xiàn)一致，高度、厚度和寬度與國家的基本標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等還出現(xiàn)著較大的出入，這樣在設(shè)計過程中也存在著很大的不穩(wěn)定性。

三、大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化改進(jìn)措施

（一）重視布局與細(xì)節(jié)的整體性

在大空間工業(yè)廠房中，其安全性和質(zhì)量都有相關(guān)的保證，這就需要進(jìn)一步開展優(yōu)化設(shè)計，所以要及時的對其功能進(jìn)行處理，保障工程的正常運行。在對大空間工業(yè)廠房的整體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計過程中，應(yīng)該與整體布局和細(xì)節(jié)有效地充分考慮，對周圍的環(huán)境以及實際的需求進(jìn)行有效的設(shè)計，在設(shè)計過程中需要對種總面積做好全面的規(guī)劃，根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源和環(huán)境資源來進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，同時也要對整個車間進(jìn)行有效的劃分，保證空間的充分利用，此外也要對整個布局進(jìn)行更好的合理規(guī)劃，二者只有相輔相成才能夠?qū)⒄麄€施工場地使用效益用可以發(fā)揮。此外，要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的實際系統(tǒng)需求相匹配，否則會導(dǎo)致整體的布局與實際的規(guī)劃出現(xiàn)偏差。

（二）優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)選型與布置

在設(shè)計過程中要考慮到綜合因素的影響，在設(shè)計過程中應(yīng)與細(xì)化單位與生產(chǎn)廠家溝通，并考慮構(gòu)件運輸與現(xiàn)場安裝的情況，在保證結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性的同時，從實際角度出發(fā)進(jìn)行有可行性的設(shè)計。這種方式能夠大大的縮減空工期，節(jié)約施工成本，使整個鋼結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，符合當(dāng)前工業(yè)廠房的實際建筑需求。同時，這種設(shè)計方案中更能夠體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的價值和作用，比傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)更加完善，在實際使用過程中級配匹配度也會更高。同時也要對廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型，保證整體的設(shè)計與實際的企業(yè)過程中的需求是相匹配，也要考慮到廠房內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更加合理和舒適，使施工人員的操作更加便捷。在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，一定要按照國家的相關(guān)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，如果出現(xiàn)不符合實際要求，則需要將整個過程中的每一個環(huán)節(jié)與國家標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)，只有將每一個系統(tǒng)的連接點相互規(guī)范相互嚴(yán)格要求，才能夠使其更加系統(tǒng)保證其獨立性與全面性。

（三）提高對設(shè)計過程中各造價成本的重視程度

在對鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計時，要對其中的造價成本進(jìn)行分析，可能會遇到過各種施工建設(shè)中存在的問題，同時二者也會出現(xiàn)相互獨立的情況，應(yīng)配合每一個造價過程進(jìn)行精細(xì)計算。在材料選擇過程中也不能為了降低成本而忽視整個鋼材料的質(zhì)量，而選擇高材料的過程中也要選擇國家符合的質(zhì)量要求，一定要對價格和質(zhì)量合理的進(jìn)行處理，才能夠使整個設(shè)計最大化，同時也要對整個鋼結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行請安全性和穩(wěn)定性的設(shè)計，保證其每一項數(shù)據(jù)在細(xì)節(jié)中體現(xiàn)出來，保證后續(xù)的修改和設(shè)計執(zhí)行順利進(jìn)行。

（四）注意鋼結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計。

大空間工業(yè)產(chǎn)房對內(nèi)部空間要求比較高，所以設(shè)計人員需要根據(jù)長方的結(jié)構(gòu)、跨度等進(jìn)行合理的設(shè)計，也要根據(jù)實際的廠房需求和設(shè)備的安排使用情況進(jìn)行支撐，也保證廠房穩(wěn)定的前提。屋蓋支撐系統(tǒng)主要包括系桿、橫向、垂直 和縱向支撐，在設(shè)計時需要考慮到震動設(shè)備和屋蓋結(jié)構(gòu)，并明確水平荷載的傳遞路徑。而對于橫向、垂直和縱向支撐等也要根據(jù)實際的布置形式進(jìn)行靈活的選擇，確保地震力及其他荷載順利傳至基礎(chǔ)。

為了進(jìn)一步保證廠房鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定和牢固，一定不要忽略細(xì)節(jié)設(shè)計，應(yīng)對檁條，隅撐等構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)計算，保證每個天窗架等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。溫度和壓力都會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，所以一定要保證在一定溫度下的構(gòu)件完整，一旦溫度區(qū)間長度超過150米則應(yīng)該在其中做好支撐，并在溫度區(qū)段中間大約三分之一的位置進(jìn)行相應(yīng)的布置，從而有效提高廠房縱向剛度。支撐系統(tǒng)受力如圖1所示。

（五）強鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計除應(yīng)保證足夠的剛度外，還應(yīng)采取有效措施保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止方結(jié)構(gòu)構(gòu)件因設(shè)計不合而理導(dǎo)致存在彎曲失穩(wěn)，彎扭失穩(wěn)或彎剪失穩(wěn)的風(fēng)險。應(yīng)根據(jù)不同構(gòu)件的截面類型和等級采取不同的塑性發(fā)展系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。此外還應(yīng)控制構(gòu)件的長細(xì)比，計算長細(xì)比時不同構(gòu)件采用相應(yīng)的計算長度，對于節(jié)點板連接的單角鋼和雙角鋼十字形截面桁架腹桿，其斜截面計算長度應(yīng)為構(gòu)件幾個長度的0.9倍， 桁架平面內(nèi)的其他腹桿的計算長度應(yīng)取其幾何長度的0.8倍 。不同部位或不同受力方向的構(gòu)件均應(yīng)滿足規(guī)范中長細(xì)比的允許值。必要時應(yīng)采取加設(shè)橫向和縱向加勁肋，或加設(shè)短加勁肋等措施。對于直接承受動力荷載的受彎構(gòu)件，則不應(yīng)考慮其腹板屈曲后的強度。對于軸心受壓與拉彎、壓彎構(gòu)件，還應(yīng)對局部穩(wěn)定進(jìn)行計算，且同時滿足平面內(nèi)與平面外的穩(wěn)定性。此外，對于格構(gòu)柱還應(yīng)注意不要忽視綴板綴條等構(gòu)件的穩(wěn)定性計算。控制好整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定之間的關(guān)系，降低不確定因素所造成的不利影響，確保滿足設(shè)計目標(biāo)與要求。

四、結(jié)語

通過相關(guān)的工程經(jīng)驗，我們能夠了解施工廠房中出現(xiàn)的問題，解決其中存在的諸多影響，同時也要通過不斷的設(shè)計改善來解決其中的問題，采取有效的措施來提升工業(yè)建筑的安全性和穩(wěn)定性，保證整個設(shè)計與實際情況相符合。

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