探析工業廠房結構設計中鋼結構設計的應用

陳優陽

摘要：與鋼筋混凝土建筑結構相比，鋼結構具備強度大、質量輕、延塑性強優勢，而且施工裝配化水平較高，成本較低，可以獲得較高建筑建設效益。因此，鋼結構設計在廠房結構設計中有著極為廣泛應用。想要實現對廠房空間利用最大化，節約建設成本，同時實現對廠房使用、安全、壽命的有效保障，必須提高對鋼結構設計在廠房結構設計中應用重視程度，不斷優化鋼結構廠房設計。基于此，文章先是分析了鋼結構廠房設計特點，明確鋼結構設計要點，進而探討了鋼結構在廠房結構設計中具體應用。

關鍵詞：鋼結構廠房;設計要點;優化措施

1 工業廠房結構中鋼結構設計特點分析

根據工業廠房實際使用需要，鋼結構設計特點主要體現在以下幾方面。

1.1 鋼結構跨度較大，承重柱較高

在工業生產中，其生產設備、產品、原料的體積、重量通常較大，而且為了實現對空間高效利用需要對原材料、產品等進行疊放，因此對廠房面積、承重有著一定要求。同時為了便于產品、設備、原材料運輸，廠房吊車軌頂標高、跨度等要求也較大。

1.2 縱向柱距較大

工業廠房鋼結構設計有著相關行業建設標準與特殊設計要求，特別是在對空間利用率方面，應注重實現對空間最大利用。因此在對工業廠房鋼結構廠房進行設計時，應注意對廠房縱橫向柱間距離控制。再者，工業廠房中吊車使用頻率高、起重量大，因此縱向柱間距設計必須合理。吊車在鋼結構廠房設計中設置方式通常有輕級、中級、重級三種工作制吊，應根據工廠生產實際需要，對廠房鋼結構縱向柱間距展開合理設計。

1.3 承重結構截面大

承重構件截面大也是工業廠房鋼結構設計顯著特點。結合廠房結構荷載與廠房使用實際需要，同時滿足鋼結構強度、剛度、穩定、抗震性方面整體要求。為了承受大噸位重量荷載，應在確保承重足夠前提下對結構設計進行優化。

2 工業廠房結構設計中鋼結構設計要點

在對鋼結構廠房進行設計的過程中，基于工藝要求與實際建設需要，必須對框架結構進行合理選擇，在對鋼結構廠房進行設計、布置過程中應注意以下幾個要點：

首先，在廠房鋼結構柱網布置上應進行對稱均勻設計，確保廠房結構剛度、穩定性、抗震性均可得到較好保障與提升，并且應注意在保證鋼結構質量同時，避免廠房結構空間發生扭轉、變形問題。其次，在設計時應避免鋼結構出現梁、柱結構等構件應力過于集中而出現變形、凹角、收縮等問題，進而降低了整體結構剛度與穩定性。最后，在對廠房鋼結構進行設計時應從結構整體上對水平荷載處理進行綜合考慮，保障廠房結構較好穩定性、可靠性。廠房整體結構重量產生的豎向荷載也由鋼結構承擔，因此，在工業廠房鋼結構設計須同時結合對水平、豎直方向荷載綜合考慮。

目前，在許多工業廠房鋼結構設計中，結構參數并不能反映結構整體與局部之間安全水平，出現了許多結構安全失穩問題。因此，廠房鋼結構設計需要經過多次優化才能充分確保結構設計的安全性、穩定性。

3 工業廠房結構設計中鋼結構設計具體應用

3.1 防火設計

鋼結構比混凝土結構對溫度反應更加敏感，在防火性能方面有著較大缺陷。因此，鋼結構隔熱與防火在設計過程中顯得尤為重要，是確保廠房結構安全、可靠重要保障。設計人員應結合廠房生產用途來對潛在火災危險類型進行準確識別，進而對廠房鋼結構設防火等級進行確定。嚴格遵守相關規范以及防火要求選擇滿足防火登記鋼結構構件、材料，避免火災對鋼結構產生毀滅性影響。為了有效提升提高鋼構件耐火性，可在設計時結合施工材料選擇合適的防火涂料。此外，在安全設計方面，應結合廠房全局設計對疏散樓梯、安全出口、緊急疏散通道等進行合理設計，避免火災發生對人員造成較大傷害。

3.2 防腐設計方面

鋼結構暴露在空氣中極易被氧化，尤其是在潮濕環境、酸堿性環節下會遭到嚴重腐蝕。腐蝕問題會使得鋼結構構件截面變小，局部出現銹坑還會導致應力過于集中進而縮短結構壽命。這就要求在進行廠房鋼結構設計之時應根據工業廠房具體環境情況，設計合理的預防方案，將銹蝕、腐蝕影響降到最低。目前，較為常見的防腐設計就是在鋼結構材料外面涂抹防腐涂層來對氧氣、水蒸氣等進行隔離，進而達到保護鋼結構目的。值得注意的是，不同結構部件，暴露在外不同環境情況，防腐涂層的厚度也不一樣。

3.3 抗震設計方面

對于工業廠房鋼結構設計而言，由于吊車等大型設備運行過程中會產生較大震動，會對廠房結構穩定性造成不良影響，特別是地震多發區域，鋼結構防震設計顯得更為重要。因此在工業廠房鋼結構設計過程中必須重視結構防震設計，切實保障結構抗震等級滿足設計要求。在設計上，鋼結構的梁、柱等應均勻、對稱布設，確保結構具備較好的傳力效果，最大限度地降低震動對廠房結構造成的影響。在屋脊與屋面板、屋架與梁柱之間連接設計必須合理可靠，尤其是要確保連接節點較高強度。除此之外，在柱與墻拉結設計方面應確保高寬比例，并結合實際情況進行調整，最大限度地提升廠房鋼結構抗震能力。

3.4 溫度伸縮縫設計方面

環境溫度出現較大變化，尤其是晝夜溫差較大的地區，廠房鋼結構極易由于溫度應力而出現變形情況，因此為確保溫度應力得到有效控制，則在設計時必須確保足夠大的鋼結構平面尺寸，尤其是要確保橫向、縱向溫度伸縮縫合理設計。一方面，應結合實際安裝施工需要對鋼結構設計單元數量進行明確劃分，進而確定采用單柱或者雙柱處理方式，通過在屋頂支座上設計滑動支座來實現對縱向溫度裂縫的有效處理。另一方面，采用橢圓滑動，或是槽鋼夾板滑動的設計對結構交接處溫度伸縮縫進行有效處理，有效將溫度應力影響降低 到最小。

3.5 立面與支撐結構設計方面

色彩與支撐結構是鋼結構廠房重要表現特征。在色彩設計方面應充分利用壓型鋼板色彩良好張力，彌補傳統廠房設計在色彩方面的缺陷。鋼結構廠房不受施工工藝較大限制，且體型設計方面也是多種多樣，因此可在具體外形設計方面充分發揮色彩跳躍性表現力，尤其是在外天溝、進出口等處，優化鋼結構廠房立面設計效果。在支撐結構設計方面，應全面考慮廠房結構形式、高度、柱網布設等因素，實現對支撐結構的最優設計。一般來說，鋼結構檁條選擇設置在垂直支撐上，如果不采用檁條設計，則需以上弦支撐形式來對屋架與屋面進行連接，實現對支撐結構設計的優化。

3.6 屋面優化設計方面

工業廠房鋼結構設計中，屋面設計重點在于防水功能的優化。屋面優化設計中，屋面坡度、長度、天溝形式是最為重要的三個因素，必須予以重點考慮分析。尤其是在屋面坡度設計方面最為關鍵，應結合通風、節點設計、施工材料以及施工技術等方面考慮，將屋面的坡度設置為5%，寒冷地區坡度還應進行適當加大調整。此外還需結合當地降雨、溫度等變化情況進行設計分析、考慮，確保廠房使用功能正常。

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