工業廠房結構設計中鋼結構設計的應用研究

馮曉亮

摘要：在工業廠房結構設計中應用鋼結構形式，能全面提升廠房施工實用性、功能性，降低廠房施工成本，提升廠房使用壽命。鋼結構在設計過程中要分析多項影響要素，整合施工作業各項要求，在滿足經濟性的要求下，保證鋼結構廠房的安全性。

關鍵詞：工業廠房;結構設計;鋼結構設計;應用

1鋼結構概述

鋼材的特點是強度高、自重輕、整體剛度好、抵抗變形能力強，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業化程度高，可進行機械化程度高的專業化生產。

鋼結構應研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度;此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱平行翼緣工字鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。

2特點

2.1材料強度高，自身重量輕

鋼材強度較高，彈性模量也高。與混凝土和木材相比，其密度與屈服強度的比值相對較低，因而在同樣受力條件下鋼結構的構件截面小，自重輕，便于運輸和安裝，適于跨度大，高度高，承載重的結構。

2.2鋼材韌性，塑性好，材質均勻，結構可靠性高

適于承受沖擊和動力荷載，具有良好的抗震性能。鋼材內部組織結構均勻，近于各向同性勻質體。鋼結構的實際工作性能比較符合計算理論。所以鋼結構可靠性高。

2.3鋼結構制造安裝機械化程度高

鋼結構構件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機械化制造鋼結構構件成品精度高、生產效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結構是工業化程度最高的一種結構。

2.4鋼結構密封性能好

由于焊接結構可以做到完全密封，可以作成氣密性，水密性均很好的高壓容器，大型油池，壓力管道等。

2.5鋼結構耐熱不耐火

當溫度在150℃以下時，鋼材性質變化很小。因而鋼結構適用于熱車間，但結構表面受150℃左右的熱輻射時，要采用隔熱板加以保護。溫度在300℃ 400℃時.鋼材強度和彈性模量均顯著下降，溫度在600℃左右時，鋼材的強度趨于零。在有特殊防火需求的建筑中，鋼結構必須采用耐火材料加以保護以提高耐火等級。

3工業鋼結構廠房結構設計

3.1鋼架最優柱距的確定

鋼架的柱距與鋼架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關。隨著鋼架柱距的增大，鋼架用鋼量是逐步下降的，但當柱距增大到一定的數值后，鋼架的用鋼量隨著柱距的增大其下降的幅度較為平緩，而其他如檀條、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用鋼量而言，隨著柱距的增大先下降后上升。大量計算數據表明：一般情況下，門式鋼架的最優柱距為6～9 m，柱距不宜超過9m，超過9m屋面檁條與墻梁體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經濟。

3.2合理跨度的確定

在設計中，應該根據具體房屋的高度來確定合理的跨度，總體來說，當荷載和柱高一定時，我們在設計中就應適當加大房屋的跨度，這樣一來，鋼架的用鋼量整體增加不明顯，但卻很大程度上節省了空間。通過大量計算得出：當檐口高度為7m、柱距8. 5m，荷載情況完全一致的情況下，跨度在18～48m之間的鋼架單位用鋼量為18～35kg/m2，當檐口高度為12m時（其他情況相同），跨度在18～48m之間的鋼架單位用鋼量（Q235-B）為25～40kg/m2，因此，在工藝要求允許的情況下，設計人員選擇方案時應選擇較為經濟合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。

3.3柱間支撐

3.3.1柱間支撐的作用和要求

在工業廠房的結構體系中，鋼柱、鋼梁、吊車梁作為直接受力的基本構件（俗稱主鋼構）固然重要，但是柱間支撐同樣不能忽視。柱間支撐起著承擔和傳遞水平力（吊車縱向剎車力、風荷載、地震作用等）、提高結構的整體剛度、保證結構的整體穩定、減小鋼柱面外穩定應力、保證結構安裝時的穩定等重要用。地震時，合理的支撐剛度能夠避免震害的加重。柱間支撐的布置要求是在建筑物的每個溫度區段或分期建設的區段中應設置獨立的支撐體系。對于廠房，一般每個柱列均布置柱間支撐。其中無吊車的房支撐間距不大于45米，有吊車的廠房柱間支撐間距不大于60米。在溫度區段內柱間支撐宜對稱布置。具體項目中設計人員應根據建筑要求合理布置柱間支撐。一般在兩端第一開間均設置支撐，因使用功能要求第一開間無法設置時可適當調整，但須設置相應的剛性撐桿傳遞荷載給柱間支撐;同時注意柱間支撐盡量避開廠房大門。

3.3.2柱腳設計

輕鋼結構柱腳形式有兩種：即鉸接柱腳和剛接柱腳。對于鉸接柱腳，基礎僅受軸心荷載作用，設計相對比較簡單。但部分輕鋼節結構廠房都有吊車，依據《輕鋼結構剛架輕型房屋鋼結構技術規程》規定：用于工業廠房且有5t以上的橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接; 《技術措施結構2003）規定：當設有橋式和梁式吊車時，輕鋼結構剛架柱宜采用等截面構件，柱腳應設計成剛接。因此5t以上的橋式和梁式吊車的門剛結構柱腳應設計成剛接;3t及以下懸掛式吊車和無吊車的門剛結構，柱腳才可以設計成鉸接。有較大吊車的房屋，柱項位移較大，柱腳采用剛接，使得每榀剛架形成超靜定結構，不但能減小柱頂位移而且具有更大的安全儲備。對于高寬比和風荷載較大的無吊車門剛結構，柱腳也宜設計成剛接。

3.3.3圍護結構中檁條的設計

檁條通常是風荷載工況起控制作用，設計時常忽略驗算風吸力作用下的穩定，導致大風時很容易失穩破壞。為了保證風吸力作用下的整體穩定，通常在檁條之間設置拉條。計算中己考慮拉條的作用而施工圖中忽略了布置拉條或拉條布置不當都將導致檁條失穩破壞。正確的拉條布置位置是根據計算結果在檁條上下翼緣附近，在上下穩定均需要拉條約束時，在實際工程設計中有些設計者對屋面或墻架最上端檁條的側向支撐，如拉條、斜拉條、撐桿能正確設置，但對中間墻面或屋面，如門窗洞口、屋面風機開孔處、屋面天窗（采光窗）等處，經常只設拉條，而漏設斜拉條和撐桿等，根本無法將拉條上的拉力傳至承重結構上。其根本原因是對拉條、斜拉條、撐桿的傳力作用及途徑不清楚，同時也是對規范條文只知其然，不知其所以然，從而給圍護結構的設計帶來安全隱患。

結論

工業廠房鋼結構設計工作要嚴格遵守法律法規制定的要求，并且要以提升工業建筑的安全性、穩定性和可靠性為目標，從結構的選型到細節的把控進行全面的考量，以最大程度保證取值的合理性。在設計的實踐中，要充分總結，改進不足，按照工業建筑的實際需要有所側重，保證鋼結構工業廠房的質量。

參考文獻

[1]李偉.工業廠房建筑結構設計優化的探究[J].居舍，2018（29）：88.