論工業廠房結構設計中的鋼結構設計

張曉明

摘要：當前，鋼結構的使用也越來越普遍廣泛，為確保鋼結構工業廠房的安全穩定改進，本文根據鋼結構工業廠房的優點和設計特點，探討鋼結構工業廠房的施工特點及優勢，對鋼結構工業廠房設計要點進行分析，以供參考。

關鍵詞：鋼結構;鋼結構工業廠房;特點;設計要點

1 鋼結構的概述

鋼結構工業廠房各結構的組成部分進行了合理規劃，以取得更大的經濟效益和質量效益。鋼結構工業廠房可降低設計難度，改善施工有效性。同時，結構組裝過程可以節省更多的建筑材料，從而節約更多的項目成本。使用的建筑材料是一種使用率高、可多次使用的建筑材料，拆下的鋼構件可直接回收利用，循環價值高，環保性強。同時，鋼結構工業廠房空間利用率高，搭接過程中空間占用率低，設計變化性強，對于空間成分具有多重特征;對以后安裝中提高空間利用率有重要意義。

2 鋼結構工業廠房的優勢

2.1 價格優勢

鋼結構價格相對便宜，節省很多成本。此外，雖然價格較低，但性能并沒有明顯下降，價格表結構簡單，性能良好。工廠建筑中使用的一些結構常常需要多次搬運，有許多材料經過多次處理，對其性能有很大的影響，但鋼結構不存在這種問題。鋼結構重量輕，安裝方便，如果結構使用有問題，有些結構安裝位置不對，容易拆卸和重新安裝，這在一定程度上降低了施工人員的技術難度，提高了安裝的施工速度。

2.2 環保性

環境保護是當前建筑中一個日益令人擔憂的問題，鋼結構工業廠房的主要建筑材料是一種綠色環保材料，經過有效回收利用，具有很好環保特點。

2.3 施工操作簡單靈活

在傳統的廠房建筑中，建筑主體主要是通過加固混凝土來建造的。施工時間長，施工難度大，嚴重制約了廠房的建設效果。在施工過程中，鋼結構工業廠房優化了構件，提高了構件批量生產效率，有效地提高了施工速度，使構件組裝更加方便。

3 鋼結構工業廠房設計的主要特征

在工業廠房的設計中，目前多采用鋼結構。鋼結構具有重量輕、跨度大、柱網布置靈活、工藝連接方便，具體特點如下：一是鋼結構設計車間使用的鋼材具有良好的塑性，一般不會因意外超載或局部超載而突然斷裂。鋼具有良好的韌性，使結構更能適應動載荷;二是鋼結構設計車間用鋼材材質均勻，結構可靠性高;三是鋼結構設計車間用鋼強度高，結構重量輕，制造車間跨度大，可制成大跨度結構;四是鋼結構車間的鋼材具有焊接性，大大簡化了鋼結構的連接，適合制造各種復雜結構;五是鋼結構的生產和安裝高度工業化。鋼結構生產主要在金屬結構專業廠進行，生產簡單，精度高。裝配好的構件運至現場安裝，裝配度高，安裝速度快，工期短。

4 鋼結構工業廠房設計要點的分析

4.1 鋼結構工業廠房立面相關要點分析設計

鋼結構有四個基本特征：規模、線條、色彩、變化。比較鋼筋混凝土加固，鋼結構的線條表現最具特色。傳統混凝土現場采光效果不是很理想，一般在設計中都會設計出大量的采光窗，大量的采光窗會使墻面的線形損壞，這種輕鋼屋面采用大量的屋面采光，既均勻又不破壞墻體線形，美觀大方。目前它非常適合聯合車間，同時也解決了聯合車間的通風問題。鋼結構立面設計主要由工藝布置決定，立面必須以簡單、連貫、突出重點。

4.2 鋼結構工業廠房格構柱的設計與分析

鋼結構工業廠房的格構柱是一種用連接板條將鋼截面拼接而成的柱形式，在整個格構柱界面上，彎矩和軸力都轉化為豎向軸力，主要作用在格構柱上，其主要作用是格構柱用作壓彎構件，多用于廠房框架柱和獨立柱，截面一般為型鋼或鋼板設計成雙軸對稱或單軸對稱截面。格構體系構件由肢件和綴材組成，肢件主要承受軸向力，綴材主要抵抗側向力（相對于肢體軸向而言）。格構柱綴材形式主要有綴條和綴板。當偏心受壓柱繞虛軸彎曲時，應在彎矩平面上進行整體穩定驗算，穩定控制計算最不利的軸力;進行格構柱單肢的穩定驗算。格構柱的計算還需要包括壓條;特殊節點格構柱的設計也包括在整體計算和局部設計中等。

4.3 鋼結構工業廠房屋面支撐系統設計

屋面支撐系統的布置應根據該區域的跨度、高度、柱網布置、屋面結構、吊車噸位和抗震設防烈度等確定。鋼結構考慮了施工條件和安裝需求的限制，無論是否有檁條系統，屋架上弦桿和天窗桁架上弦桿均應設置上弦桿橫向支撐。對于屋架間距不小于12m的車間或配備超重型橋式起重機的車間或配備大型振動設備的車間，應提供縱向水平支撐。

4.4 溫度伸縮縫設計要點分析

溫度會引起鋼結構工業廠房的變形和結構的溫度應力。當廠房面積足夠大，溫度應力足夠大時，鋼結構工業廠房將產生較大的變形和危險。為了避免這種危險，必須在車間內設置溫度膨脹節。有兩種類型的溫度伸縮縫：一種是水平設置溫度伸縮縫，另一種是縱向設置溫度伸縮縫。選擇哪一種取決于具體的工廠設計。溫度接頭的設置將車間劃分為多個溫度段，鋼結構設計規范確定了每個溫度段的長度。溫度膨脹節的處理方法有兩種，即雙柱法和單柱法。設置縱向溫度伸縮縫時，可在屋架支座處設置滾動軸承，框架梁與檁條連接處可采用槽鋼夾板滑移或橢圓孔滑移。

4.5 節點設計分析

節點設計是鋼結構設計的重要內容之一。在進行結構分析之前，應充分考慮并確定節點形式。根據傳力特性的不同，將節點分為剛性連接、鉸接連接和半剛性連接。設計人員應確保接頭的選擇符合設計要求。其中一個常見的情況是，最終設計節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致，必須避免這種情況。例如，一些剛性節點雖然不存在承載彎矩的問題，但會產生較大的轉動，這與結構分析中的假設不符，導致實際工程變形大于計算數據的不利結果。在多跨廠房的設計中，應注意附跨或高低跨連接部位節點的選擇，這往往會導致一些問題。在附跨設計中，附跨鋼梁與主跨之間的連接大多采用鉸接形式。但是，當附跨跨度較大，附跨鋼梁截面較高時，程序生成的節點四個螺栓集中在連接截面的中間，實際節點將旋轉較大，接頭的接觸面的分離導致摩擦型高強度螺栓接觸面的不足和摩擦型接頭的工作基礎的損失。而且角度過大，對螺栓有較大的翹曲力，有很大的安全隱患。在設計中應注意，當廠房跨度較大時，在計算模型中將節點定義為剛性節點;當跨度較小時，仍選擇鉸接節點，并手動調整節點處的螺栓分布以減小角度。

4.6 防銹處理

由于鋼結構的表面直接暴露在大氣中會受到腐蝕。當鋼結構工業廠房空氣中有腐蝕性介質或鋼結構處于潮濕環境時，鋼結構車間的腐蝕將更加明顯和嚴重。鋼結構的腐蝕不僅會降低構件的截面，還會在構件表面產生銹坑。構件受力時，會引起應力集中，導致結構過早破壞。因此，為保證廠房結構的安全，應充分重視鋼結構廠房構件的防腐，根據腐蝕介質條件，在總平面布置、工藝布置、選材等方面采取相應的對策和措施以及工廠的環境條件，確保鋼結構更少腐蝕。

5 結束語

綜上所述，鋼結構工業廠房可以滿足人們對于建筑的眾多需求，高水平的工業廠房一定程度推動了生產的穩定發展。鋼結構工業廠房的合理設計關系到其質量及建成后的應用效果，從多個角度完善鋼結構工業廠房設計，既保證了工業廠房建設的順利實施，又提高工業廠房的性能和質量。

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