鋼結構工業廠房設計要點的分析

陳廷東

摘? ? 要：隨著低碳環保概念的不斷深入，耗能低、效率高的新型環保材料已迅速占領建材市場，鋼結構應用也越來越廣泛，特別是在工業廠房應用中。為了保障其有效性，鋼結構工程廠房設計要根據實際需求，不斷優化廠房鋼結構設計方案，從而提高鋼結構廠房的安全性、穩定性。基于此，本文闡述了鋼結構工業廠房的優勢及其設計特征，對鋼結構工業廠房設計要點進行了探討分析。

關鍵詞：鋼結構工業廠房;優點;設計;特征;設計要點

1? 鋼結構工業廠房的優勢特點

鋼結構工業廠房的優勢特點主要表現為：（1）環保性特點。環保是當前建筑施工中較為關注的問題，已經成為建筑施工的主要控制內容之一。鋼結構工業廠房施工主要材料為一種綠色環保型材料，高能效回收，具有非常好的循環利用可能性和必然性。鋼結構工業廠房建筑施工結構以綠色環保理念為主，將綠色建筑貫穿到了廠房建設的全過程。（2）施工操作簡單靈活的特點。傳統廠房施工的過程中主要通過鋼筋混凝土完成對結構主體的建設，在施工過程中施工周期較長，施工操作難度較大，這在很大程度上制約了廠房建設效果。鋼結構工業廠房在施工的過程中對鋼結構工業廠房構件進行優化，提高了構件的批量化生產效果，有效提高了施工速度，大大方便了構件的安裝。

2? 鋼結構工業廠房設計的主要特征

鋼結構工業廠房設計的特征主要表現為：（1）跨度比較大，廠房使用的柱子通常比較高。眾所周知，生產廠房屬于生產企業的重要基礎設施，所以其產品的體積與重量等一般情況下比較大。但是鋼結構的體積與質量卻較好的滿足了這一要求，其重量比較輕，體積也不是很大。（2）鋼結構的縱向柱距一般比較大，如果是重工業的廠房結構，則應根據行業的特點進行鋼結構的設計。當前，鋼結構工業廠房主要用于大中型機械加工、大型冶煉電爐和配電車間等。所以這就要求在設計鋼結構時，應充分發揮鋼結構工業廠房縱向的空間，從而完善廠房的工業設備布局。（3）鋼結構工業廠房承重構件截面面積一般比較大，為了使其可以承受較大的噸位，一般需要結合具體工程的實際，通過優化結構措施，提高鋼結構工業廠房的剛度。在設計時，采用格構式構件與析架，能夠提高鋼結構的承載能力。

3? 鋼結構工業廠房設計要點的分析

（1）鋼結構工業廠房立面設計要點分析。鋼結構工業廠房立面設計中有四個基本特點依次是規模、線條、色彩、變化。鋼結構工業廠房和鋼筋混凝土結構廠房相比，線條是呈現輕鋼結構建筑風格最獨特的特征。傳統的鋼筋混凝土結構廠房由于屋面設置采光效果不理想，在設計時通常設計大量的采光窗，而大量的采光窗會破壞墻面的線條造型，鋼結構工業廠房則不會受此困擾。輕鋼結構屋面則大量使用屋面采光板，不僅采光均勻，而且不會破壞墻面的線條造型，既適用又美觀，目前非常適合聯合型廠房，順便也解決了廠房的通風問題。鋼結構工業廠房的立面設計主要由工藝布置來決定的，立面要求簡潔恢弘，同時簡單統一突出重點。

（2）鋼結構工業廠房的格構柱設計分析。格構柱是用連接綴件將型鋼分肢進行拼接而形成一個統一整體的柱形式。在格構柱的整體界面上，無論是彎矩還是軸力都被轉化成豎向軸力，這種豎向軸力主要作用于格構柱上，由格構柱的分肢來承擔主要的力度。剪力被分散到綴條或者綴板上面，由它們來承擔。格構柱的計算方式獨具特點，主要表現在：格構柱繞虛軸的長細比使用換算長細比的方式;圍繞著虛軸而彎曲的偏心受壓格構柱，需要進行彎矩作用平面內的整體穩定性驗算;格構柱的分肢穩定性驗算，按照每一分肢的最不利軸力，進行單肢穩定驗算;格構柱的計算還需要包括綴件;格構柱設計對于特殊節點的設計，也包括在整體計算和局部設計之中等等。

（3）鋼結構工業廠房頂部橫向框架設計分析。1）鋼結構工業廠房受力體系。鋼結構工業廠房的組成部分主要有支撐體系、圍護結構體系、框架結構體系、屋蓋結構體系等。支撐體系主要有柱間支撐和屋蓋支撐著兩方面組成。支撐體系的作用就是將橫向和縱向的平面框架聯系起來，使得各部分成為一個統一的整體空間結構，相互聯系、相互作用、協同工作，以此來確保鋼結構工業廠房的穩定性和剛度。圍護結構體系為了保證廠房內正常、安全的生產環境，它通過基礎梁、墻梁、外墻、抗風柱等組成一個承受及傳遞圍護墻體重量的風荷載，風荷載作用于墻面。框架結構體系由橫向平面和縱向平面框架組合而成。作為鋼結構工業廠房的基本承重結構，橫向平面框架的意義十分重要，它是由基礎、屋架和橫向柱列組成。在建構屋面梁和柱頂之間的連接時，可以采用剛接或者鉸接的形式。柱段和基礎的連接則多數只能采用剛接的形式。縱向平面框架的組成部分較之橫向平面框架要復雜的多，它的組成部分包括縱向柱列、基礎、連系梁、柱間支撐、托架、吊車梁等等，其主要承受縱向風載荷、縱向溫度應力、縱向地震作用力和吊車縱向水平制動力等等。它對于鋼結構工業廠房的作用也是必不可少。屋蓋結構體系包括鋼結構工業廠房屋頂所需要的一切，如屋面板、屋蓋支撐、天溝版、托架、檁條、屋面梁等等。2）鋼結構工業廠房橫向平面框架荷載。鋼結構工業廠房設計按照常規的計算方法，應該以橫向平面框架和縱向平面框架搭建而起的整體空間結構作為計算對象，但是在這種計算方式比較繁雜，工作量極為龐大，所以在實際的計算工作中，通常分別計算橫向平面框架所承受的荷載和縱向平面框架所承受的荷載，這種計算方式的工作量相對較小，得出的結果與實際數據也比較相符。橫向平面框架在鋼結構工業廠房中是這樣起作用的：它承受了廠房內部所有的橫向和縱向荷載，通過橫向水平的框架設計來確定鋼結構工業廠房的基本單元，然后再通過吊車梁等各種構件將橫向水平框架給連接起來，使之成為一個三維的空間結構，以此來保證廠房骨架的縱向剛度符合鋼結構工業廠房的承重要求。在鋼結構工業廠房橫向框架的設計方法中，對于橫向框架的荷載計算僅僅包括了橫向平面的承受力，而縱向風荷載未被考慮在內。但是在實際的工作中，縱向風荷載只有在縱向支撐的設計中予以考慮，但是事實上，橫向結構的框架在受到橫向風荷載的同時，縱向風荷載也會對它產生影響。所以在鋼結構工業廠房的橫向平面框架設計中，也應該加入縱向風荷載造成的平面外彎矩。

（4）溫度伸縮縫設計要點分析。溫度會引起鋼結構工業廠房發生形變，使結構產生溫度應力。當廠房面積足夠大，且溫度應力也足夠大時，鋼結構工業廠房就會發生大的形變，產生危險，為了避免這種危險的發生，在廠房內設置溫度伸縮縫是必不可少的。溫度伸縮縫的設置有兩種：一種是橫向設置溫度縫，另一種是縱向設置溫度縫，選擇哪一種設置則根據具體廠房設計情況而定。溫度縫的設置就把廠房分為了若干個溫度區段，鋼結構設計規范則決定了每個溫度區段的長度。其中處理溫度伸縮縫的方法又有兩種即雙柱設置法和單柱設置法，一般選擇前者來處理。倘若設置的是縱向溫度伸縮縫，可在屋架支座處設置一個滾動支座，倘若設置的是橫向溫度伸縮縫，則可在框架梁與檁條連接處采用槽鋼夾板滑動方式或者橢圓孔滑動方式。

4? 結束語

綜上所述，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，對工業廠房安全應用具有重要作用。因此在鋼結構工業廠房設計過程中，要對項目工程進行全面分析，從而保證鋼結構工業廠房的安全應用。

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