鋼結構廠房的優化設計研究

劉偉

摘 要：鋼結構有其自身的特性，將其應用于工業廠房之中，可以較好地提升工業廠房的承載能力、抗震性能和整體剛度。然而，在鋼結構廠房設計中也要注意相關細節問題，并找出相應的解決對策。

關鍵詞：鋼結構廠房；設計問題；可靠性；優化措施

1 引言

鋼結構以其突出的特點在建筑行業得到廣泛應用。下面我將探討了鋼結構的性能，分析了鋼結構在工業廠房設計、應用中的特點，闡述了鋼結構廠房設計中的十個細節問題及其解決對策。

2 鋼結構性能及鋼結構工業廠房設計特點

鋼結構材料具有強度高、質量輕的特點。在相同的荷載和約束條件下，鋼結構材料表現出比鋼筋混凝土自重更小的優點。同時，鋼結構工業化生產效率高、工期短，具有良好的抗震性能和延展性能，可削弱地震對結構的破壞性影響。鋼結構材料還具有良好的耐熱性能，并體現出對環境污染較小的優勢。

鋼結構廠房設計具有自身的特點，具體表現在：①自重輕，跨度大；②抗震性和抗沖擊性良好，具有極強的剛性和變形能力；③防火性和防腐蝕性高，并表現出極高的密封性；④回收利用便捷，環保性能優越；⑤工業化、機械化程度高，易于加固、接高、隔斷等改造。

3 鋼結構廠房設計的常見細節問題及優化措施

3.1 屋面設計

鋼結構廠房屋面尤其要注重防水設計，要結合屋面坡度、天溝類型、單坡屋面長度，合理確定屋面防水施工工藝和技術，并根據當地溫度、降雨量情況進行適當調節和處理。

3.2 溫度伸縮縫設計

鋼結構廠房對溫度比較敏感，為了避免溫差對鋼結構廠房的影響，要進行溫度伸縮縫的合理設計，可在柱頂或梁中部位置設置滑動支座或雙柱。滑動支座設置于柱頂或梁中反彎點處，可以較好地保證側向位移效果，然而其缺陷在于不適用于梁截面變化較大的廠房結構，需要更大的屋面支撐；而設置雙柱的方式則可以較好地消除溫度應力的不良影響。

3.3 荷載設計

鋼結構廠房設計要注重荷載取值的計算，充分考慮工業廠房的實際使用情況及環境、氣候等影響因素，提升鋼結構廠房的可靠性。

3.4 柱設計

鋼結構廠房的鋼柱截面由型鋼截面和組合截面構成。在型鋼截面柱的設計中，要考慮型鋼種類及其型號的差異性；而在組合截面柱的設計中，則要考慮構件受力性質、大小等因素。

3.5 支撐系統設計

①支撐體系設置。可以沿縱向設計若干道屋面水平支撐，同時設計與其數量相同的柱間支撐，并在靠近中間的兩道支撐處設置下柱支撐，以較好地連接各個平面的框架，提供側向支撐點，合理傳遞風力、溫度應力、地震力等縱向荷載。②支撐形式設計。可以設計一定厚度的磚墻，并在鋼柱處設置錨固鋼筋，以提升結構的整體剛度。柱間支撐要注意選取硬度較大的角鋼作為支撐。③隅撐的設計。單純依靠屋面、柱間支撐還難以確保鋼結構廠房的整體穩定性和縱向剛度，還要設計隅撐和檁條，以減少屋面梁的長度，使結構支撐點的設置距離相對較小。

3.6 節點設計

節點連接方式的設計關乎鋼結構廠房的安全性，可以結合鋼結構傳力的特點，考慮施工場地、現場環境、吊裝順序等因素，選取剛接、半剛接、鉸接等不同的節點連接方式。同時，還要注意鋼結構焊縫連接和螺栓連接的不同特點：焊縫連接無須附加連接板，也無須開孔，操作便捷且具有良好的密封性，但在焊接操作中易受到焊接殘余應力和殘余變形的影響而出現低溫冷脆的現象；螺栓連接易于安裝和拆卸，但要對準螺栓孔方可拼裝，一般來說，要用高強螺栓連接梁柱節點位置，用普通螺栓連接檁條及梁柱連接處。

3.7 防銹處理

由于鋼結構材料的自身特性，必須重視鋼結構廠房的防銹處理設計。要明確和把握鋼結構廠房的選址、布局、材料、車間工藝等，并要預先在鋼結構表面涂抹防銹漆。結合鋼結構構件的使用環境，合理確定防銹漆涂層的數量、厚度；一般來說，防銹漆的外部厚度應當在150mm～200um、內部厚度在100um為宜。未來還應當加強對高性能涂料、不易銹蝕的耐候鋼的研究，以期更好地提升鋼結構廠房的質量。

3.8 隔熱及防火設計

鋼結構材料受溫度變化的影響，會出現強度、塑性、徐變等，為此，要做好鋼結構材料的保溫隔熱和防火設計。可以采用澆筑混凝土、安裝耐火磚的方式，增強鋼結構的保溫隔熱性能。同時，可通過截流法、疏導法等措施，實現對鋼結構的防火保護。以截流法中的噴涂法為例，它是將具有隔熱性能的防火涂料噴涂于鋼結構表面，不受限于鋼結構的幾何形體變化，具有易于操作的特點，能夠較好地提升鋼結構廠房的耐火等級。

3.9 抗震設計

鋼結構廠房設計要注重地震對廠房的破壞性影響，確保鋼結構廠房結構平面的完整、對稱，使其質量和剛度分布均勻合理、質心與剛度中心相重合。同時，還要做好柱間支撐的設計，通過科學合理的計算，確定鋼結構廠房柱間支撐的合理數量、間距，使柱間支撐與鋼柱穩固連接。鋼結構廠房的高寬比設計要科學合理，能夠起到良好的減震效果。

3.10 地下室設計

鋼結構廠房地下室的內部結構設計也是不可缺少的重要部分，要著重分析地下室結構的抗浮、防水和防震等問題，切實有效地提出解決對策。具體來說，主要的抗浮防水措施有：測量并確定抗浮設防水位；增加基礎配重；提高基坑坑底的設計標高；主要的抗震設計：使地下室建筑深埋高度超出地下室的外地面高度。

3.11 選取廠房柱經濟合理的柱網布置

隨著經濟技術的不斷發展，在進行鋼結構廠房設計時也要選取經濟合理的方案。在設計鋼結構廠房之前，要先對施工場地進行了解與規劃，計算并確定柱間距，再繪制總設計圖。鋼結構廠房設計時，對于軌頂標高不高的采用12m或15m的柱距都是合理的，但是，軌頂標高高于2.5米時，就要選用18m的基本柱距了。因此，在設計鋼結構廠房時，柱網布置要根據實際情況進行合理的選擇，并符合經濟的原則確定柱距。

3.12 確定廠房準確的工藝要求

在制定好整體廠房的結構后，以經濟合理為基礎確定廠房高度，準確掌握鋼結構廠房的工藝要求。在設計好平面結構圖后，具體分析廠房內部結構，按照工藝專業要求進行施工。廠房設計時有一些基本要求，認得通道的凈空要求，要考慮單軌軌底標高之間的關系，還要注意管道的布置、屋面結構的撓度等因素，這些都需要精確的計算。除此之外，還要考慮下柱橫向肢距，要方便管線的布置。因此，在確定鋼結構廠房的高度時，要先明確廠房工藝專業的要求，才能保證廠房的實質性與安全性。

4 結語

鋼結構廠房設計要充分考慮實際情況，科學合理地進行各個部門的設計，使鋼結構廠房設計達到最優化，提升鋼結構廠房的安全性，突顯鋼結構廠房的優勢特點，并在未來的設計中不斷拓展和深化。逐漸解決鋼結構廠房設計中的問題，拓寬鋼結構的使用范圍，向經濟、科學、低碳環保的方向發展。

參考文獻：

[1] 張士強.鋼鐵工廠鋼結構廠房的優化設計[J].石化技術，2017（11）：296.

[2] 章榮輝，王光.鋼結構主廠房連接節點優化設計[J].環球市場信息導報，2017（49）：151～152.

[3] 董羽，閆雯嘉.輕型鋼結構廠房的設計與研究[J].科技經濟導刊，2017（6）.

[4] 黃曉亮.基于建筑鋼結構優化設計策略分析[J].科技創新導報，2017（30）：150～151.

[5] 韋偉鴻，郭霞桃.建筑鋼結構優化設計咨詢及效益淺析[J].科技創新與應用，2017（32）：112～115.

[6] 吳琦.工業建筑結構的優化設計探討[J].科技創新與應用，2016（22）：264.