鋼結構在工業廠房結構設計中的應用

朱焱

摘 要：工業廠房是所有工業企業生產各種材料、加工各種產品的建筑。工業廠房的結構設計和材料選擇，對它的功能來說都是非常重要的。同時，結構的穩定性和能否進行相對應的管理也同樣重要。本文就工業廠房設計過程中采用鋼結構設計的優勢進行分析和闡述，提出關鍵點。

摘 要：鋼結構;工業廠房;結構設計;應用

1 工業廠房建筑結構設計優化原則分析

在現階段，我國所進行的很多工業生產是緊緊圍繞廠房開展的，在結構設計上能夠為工作生產提供參考。廠房建筑設計和優化以及工業生產的效率是存在聯系的，工業生產的安全性和可靠性也是不可忽視的。結合具體的實際情況，工業廠房建筑設計之中，往往涵蓋了兩種技術：第一，從基本概念分析，要從多種方面進行結構設計的推敲，讓廠房結構設計趨于合理和科學。第二，要對廠房結構設計優化進行重點調整。在實行概念設計優化的形式下，以原有的設計為基礎，要從相應的設計經驗和理論基礎出發，讓廠房結構設計擁有一個全新的標準。由此，工業廠房建筑結構設計就會更加完整，在提高了安全性和可靠性的情況下，也會讓工業生產的各個環節得到穩定和高效的運行。工業廠房建筑結構設計之中，應該和建筑設計是吻合的，這也要從多個層面的因素出發，從建筑的具體要求分析，保證廠房建筑結構設計上不受到一種形式的約束，在開展多元化設計結構之下，讓設計人員擁有探討的機會和空間。隨之，在設計人員和企業之間進行協調之下，能夠針對廠房建筑制定出一個滿意的方案。這就要加強關注廠房的性能和經濟性，在結構設計上把計算機技術作為關鍵技術支撐，讓結構設計趨于合理和準確，以此在各個細節上對廠房建筑結構設計進行管控。

2 鋼結構在工業廠房設計中的要點

2.1 工業廠房中采用鋼結構的優點：

眾所周知，相對于混凝土結構，鋼結構的優點有自重輕、殘值高等。但是在工業廠房中采用鋼結構，主要的優點優點如下：1.跨度大;特別是單層工業廠房。一般單層鋼結構廠房的跨度可達到18m～36m。這樣的跨度使生產工藝布置靈活，生產順序及生產物流更為通暢。多層廠房中結構跨度也比混凝土結構要大些。2.造價低;因為鋼結構的自重輕，材料的強度較高。這樣上部結構的用料相對較少。自重輕也使基礎造價也相應變小。3.工期短;由于鋼結構構件可以在工廠里生產加工，現場只要進行拼接安裝。所以在基礎施工時已經可以加工鋼結構構件，相當于自然的流水施工，從而減少施工周期。還有上部鋼結構的安裝也會比混凝土結構的施工快的多，所以采用鋼結構會大大降低了施工周期。4. 保證質量：由于鋼結構構件都是在工廠內生產加工，大大減少了構件的誤差。而且鋼結構的連接大部分采用螺栓、焊接等，有利于工程的質量控制。由于工業廠房采用鋼結構具有上述優點，所以目前鋼結構已在工業廠房中廣泛的使用。

2.2 結構構件的分析

說到結構體系，首先先要對結構構件進行分析。結構構件不僅要滿足強度和變形的要求，還要保證構件的穩定性。1.工業廠房的結構柱：對于工業廠房來說，一般結構所承受的荷載較大，結構設計師對柱的承重是非常關注的。其次，應考慮柱的穩定性，因為鋼結構的抗拉強度較高，而抗壓強度較弱。柱作為壓彎構件來說，穩定性是相當重要的。在工業廠房設計中，特別是單層工業廠房，柱截面通常采用實腹式的H型，所以在鋼柱強軸方向，柱的穩定性可以通過調整截面的高度及厚度進行實施。但是在鋼柱弱軸方向，如果通過截面計算來滿足規范要求，則柱截面會變的很大，這樣做法非常不經濟。一般通過構造措施來降低結構柱的計算長度，如在廠房縱向設置通長的系桿或設置柱間支撐等措施。使結構柱在兩個方向穩定性均能滿足要求。2.結構鋼梁：結構鋼梁大都是受彎構件，受力作用下分為受拉區和受壓區。在受壓區設置水平支撐，用來保證梁整體的穩定性。如多層廠房的樓面梁與柱連接處設置水平斜撐，還有在屋面梁設置系桿及隅撐等構造措施都是增加鋼梁受壓區的穩定性。3.圍護結構：許多圍護結構構件設置就是與主體結構構件一起形成結構體系，更為合理承受各種荷載。

2.3 結構體系的完善

2.3.1 鋼結構的屋面體系：單層鋼結構工業廠房通常采用輕鋼屋面，屋面體系一般由鋼梁、系桿、屋面水平支撐等構件組成。多層鋼結構工業廠房屋面可采用輕鋼屋面，也可采用鋼承板+混凝土屋面，屋面體系一般由屋面主鋼梁、次梁、屋面水平支撐等構件組成。在輕鋼屋面中，屋面水平支撐與鋼柱形成抗側力體系抵抗縱向水平荷載;系桿既是傳力構件，又可以成為鋼梁側向支承點。在鋼承板+混凝土屋面中，樓板在平面中傳遞水平荷載，次梁不僅承擔水平荷載，又是主梁的平面外支撐;屋面水平支撐將水平荷載傳至主梁及鋼柱。

2.3.2 抗側力體系：單層工業廠房的抗側力體系主要由鋼柱、柱間支撐及系桿組成。因為單層工業廠房的鋼柱通常采用H型，鋼柱的弱軸方向抗側力就遠洋小于強軸方向，所以柱間支撐的抗側力作用就非常明顯了。但是在廠房內部設置柱間支撐很容易引起業主的反感，因為影響了美觀及限制了工藝布局。在多層廠房中，鋼柱可采用H型，但是這樣的話，必須在弱軸方向設置柱間支撐形成支撐框架，而主方向不設柱間支撐為純框架結構。雖然兩個方向的剛度分別能滿足，但是結構形式不同，不利于抗震。所以我們經常看到有些多層廠房相鄰鋼柱垂直布置。使兩個方向剛度差不多。當然在多層工業鋼結構廠房中，鋼柱采用箱型截面較多。這樣使兩個方向剛度相對均勻，形成框架結構。又不需要柱間支撐，使工藝布局更方便合理。在工業廠房中，經常設置吊車，這就需要設置吊車梁。吊車梁的作用一是承受吊車荷載，并將吊車荷載傳遞到結構柱上;二可以作為系桿增加鋼柱的側向穩定性，作為抗側力結構使用。

2.3.3 圍護結構體系：圍護結構體系分為屋面及墻面。一般由檁條、直拉條、斜拉條、隅撐等構件組成。雖然這些構件大部分都是構造要求，不過這不僅增加圍護結構的剛度，對主體結構也有有利的作用。

所以鋼結構屋面體系使平面結構體系轉換為空間結構體系，可以增強屋面剛度，從而增強整個結構的穩定性。

2.4 抗震設計：

工業廠房活荷都較大，采用鋼結構形式，因為鋼結構自重輕，相對的地震作用下荷載就相對較小，有利于抗震。而且鋼材料的強度高，延性好。也是有利于抗震設計。所以許多工業鋼結構廠房地震作用下的荷載并不是決定性的作用。但是設計師都遵循抗震設計要點：“強柱弱梁，強剪弱彎，更強節點”，所以在鋼結構廠房中，節點設計是非常重要的。設計師不僅要計算節點的強度、變形，更要注意節點處的荷載是否能有效的進行傳遞及變形后的狀態。

3 鋼結構工業廠房存在的問題：

3.1 屋面及墻面滲漏：由于每位業主對結構用鋼量的問題都比較關心，圍護結構受力也相對較小，所以每位有經驗的結構工程師都會控制圍護結構的用鋼量，導致滲漏現象的出現。對此，可由建筑工程師進行配合，如調整屋面坡度，增加圍護板材接縫處的搭接，還有設置屋面柔性防水等措施等來有效防止滲漏問題。

3.2 防火設計：當溫度達到一定的高度，鋼材就容易呈現出脆性，大大會降低鋼結構的承載能力。這也需要各專業進行配合：如在裸露的鋼構件外表面涂刷防火涂料，在溫度達到一定的高度設置火災報警系統，噴淋系統等措施來防止火災，提高結構的安全性。

4 結語

綜上所述，鋼結構工業廠房結構設計中保障廠房使用時的安全性;保證工業廠房生產時的可靠性;在提升工業廠房運作時的適用性;考慮廠房建造時的經濟性。綜合多種方式，最終保證廠房穩步提升，使工業發展獲得支持。

參考文獻：

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[2]閆曉欣.工業廠房建筑結構設計優化的探微[J].江西建材，2016（5）：37，44.