工业单层钢结构厂房支撑结构设计

张旭彤1叶稀炜2韩冬3

13机械工业第六设计研究院有限公司河南郑州4500072河南君和环保科技有限公司河南郑州450007

摘要：近年来，随着我国工业的快速发展，各行各业对其产品的要求日益提高，因而对生产厂房的要求也不断变化，标准不断提高。由于单层工业厂房长度普遍较长，超过规范的长度限值，为了有效释放温度应力，就需要根据工业厂房的情况，对其进行区段划分，为确保厂房的纵向稳定，保证单层工业厂房的整体安全，必须设置可靠的支撑系统。

关键词：工业单层；钢结构厂房；支撑结构设计

在经济发展迅速的时代下，我国工业建筑的厂房也在不断发展。为了可以在经济合理的基础上设计厂房结构，采用单层钢结构厂房代替传统厂房。现如今，我国工业单层钢结构厂房设计中，由于设计过程中计算不准确、考虑不全面等问题，还需要进一步的优化厂房设计。可以根据场地的条件以及使用要求，制定相关的优化方案。

1钢结构性能及钢结构工业厂房设计的特点

钢结构材料具有强度高、质量轻的特点。在相同的荷载和约束条件下，钢结构材料表现出比钢筋混凝土自重更小的优点。同时，钢结构工业化生产效率高、工期短，具有良好的抗震性能和延展性能，可削弱地震对结构的破坏性影响。钢结构材料还具有良好的耐热性能，并体现出对环境污染较小的优势。钢结构厂房设计具有自身的特点，具体表现在：①自重轻，跨度大；②抗震性和抗冲击性良好，具有极强的刚性和变形能力；③防火性和防腐蚀性高，并表现出极高的密封性；④回收利用便捷，环保性能优越；⑤工业化、机械化程度高，易于加固、接高、隔断等改造。

2单层钢结构厂房设计中存在的问题

2.1单层钢结构厂房设计时计算不准确

在进行单层钢结构厂房设计时，会采用格构柱建筑，如计算不准确，那么厂房的质量便没有了保证。在整体计算中，一般会将格构柱计算成一整根柱，但是再设计厂房柱子时，会使用双肢格构柱来设置检测通道，布置通风以及热力管道。但是这样留有管道和通道的设计，会使缀条的连续性得到破坏，整体的柱网结构不连续。在进行厂房结构模型计算分析时，会出现计算不准确的情况，以实际结构的整体会出现偏差。因此，需要在考虑全面的基础上，对整体计算进行分析，才能减少影响。

2.2单层钢结构厂房设计时忽略纵向风荷载

近年来，单层钢结构厂房在我国普遍应用，在设计厂房时，通常将横向平面钢架作为结构计算的基本单元。在进行厂房的整体计算时，一般会将实际空间结构转化为平面的钢架结构后再进行计算分析。但是，单层钢结构厂房的设计不仅仅受到横向风荷载的影响，还会受到纵向风荷载的影响，在设计厂房时，会忽略纵向风载对厂房顶端的影响，致使工业厂房实际结构的安全性得不到保证。因此，在平面结构整体分析计算时，要全面考虑风载的方向，保证横向风载和纵向风载的影响都减小到最低。

2.3单层钢结构厂房设计时维度转化不合理

目前，单层钢结构厂房是非常常见的一种工业厂房，一般都是现在平面上设计整体结构，再转换成三维的结构设计。在进行三维的抽住钢架设计时，就要准确判断，将立体的托架简化成有刚度的弹性支座来进行计算分析，这就要将三维空间转换为平面设计，厂房的计算分析与结果准确性都有所提高。除此之外，还要考虑框架的刚度，以及厂房结构的整体受力影响，减少维度转换时的误差，保证维度转化时的合理性。因此，在进行弹性支座刚度值选取时，考虑平面钢架的各种受力影响，减少维度转化时的误差，保证简化计算的合理性。

3工业单层钢结构厂房支撑结构设计的主要步骤

随着国家经济的发展以及钢材自身的诸多优点，钢结构在建筑领域已经成为了一种重要的结构形式。由于钢结构以其承载力高、施工周期短、综合效益高等优点。使其越来越多的运用在工业厂房建筑中，随之带来的问题也越来越多，因此对钢结构厂房问题的探讨显得尤为重要，本文就对钢结构施工中的支撑结构设计进行了论述。

3.1刚架结构设计

门式刚架轻型结构的主要内容基本上由主骨架与支撑结构构成。支撑结构中主要包括墙架与檩条，此支撑系统设计将垂直支承、水平支撑以及刚性拉条、隅撑等均包含在内。

3.2檩条设计

檩条在有效连接螺栓与墙架梁的情况下，与刚架相结合形成空间结构，一方面承担起屋面荷载，另一方面还能够将荷载合理向刚架转移。檩条截面高度与截面宽度必须要控制在一定范围内，恒荷载与活荷载都由檩条来承担，其中，恒荷载主要为屋面、檩条以及支撑总体的重量，而活荷载则将积灰、雪以及风会对工业产房造成的影响均包含在内。

在布置檩条时，应在最大程度上保证其向天沟靠近，此时为使檩条截面与屋坡面垂直状态得到规避，相关人员可以确保上翼缘卷边能够朝向屋脊，这有利于降低屋面荷载偏离中心造成扭矩的概率。另外，相关人员需按照有关规定完成檩条与屋面的连接，在檩条稳定性得到保障的基础之上，可以采取自攻螺钉完成连接工作。这类螺钉中通常使用绝壁橡胶垫圈，会进一步促进连接的紧密程度。若是行架式檩条的话，则可与屋架上弦所采用的螺栓相连接，经实践证明，如此能够获取良好的连接效果。

除此之外，在实际设置檩条拉条的过程中，若是出现单层钢结构侧向刚度较大的现象，檩条对拉条的需求并不大，而通常为使檩条安装时发生扭转与变形的问题得到预防，相关人员可以通过对拉条的有效利用，起到侧向支撑的作用，这对于钢结构整体稳定性非常有帮助。若檩条跨度在4m之内，相关人员需以原本设计为根据来确定拉条设置情况；而若是檁条跨度大于4m，就需将拉条合理设置于跨中；如果此时檩条跨度已经达到6m以上，那么相关人员就需在跨度三等分的基础上，将拉条设置在三分点位置上。拉条直径正常情况下处于8～12mm，可以以单层钢结构荷载与檁条跨度为根据来促进选择合理性的提升。

3.3撑竿设计

撑竿设计对于工业单层钢结构厂房来讲是非常重要的，其主要作用在有效控制檐檁与天窗缺口处边檩弯曲的方向。在实际进行撑竿设计时，相关人员应尽可能采取钢管、角钢以及方管等材料，确保撑竿在与拉条连接之后，还可以在连接的地方实现弯折，此时弯折程度必须要得到控制，处于规定范围内，能够使局部弯曲问题出现的概率真正降低。撑竿设计若是斜拉条的话，就不要使其出现弯折，腹板边距离弯折点应在10～15mm。

3.4屋面支撑以及柱间支撑

3.4.1屋面支撑设计

钢结构厂房屋面支撑力正常来讲并不大，为使屋面支撑力得到真正提升，对杆件截面的合理选择就显得尤为关键。相关人员可以采取单角钢来完成交叉斜杆的设计，而对于非交叉斜杆设计来讲，则需尽可能选取双角钢。如果房屋较高，那么屋架跨度也会比较大，此时伴随着风压的不断增加，相关人员需以桁架体系为根据，完成对杆件截面内力的计算。

3.4.2柱间支撑设计

柱间的支撑包括上层支撑与下层支撑，为预防柱间支撑刚度出现过大的情况，进一步避免温度应力增大的后果，在实际计算支撑腹杆的过程之中，相关人员可以根据柔性拉杆来完成。另外，若是吊装作业中使用吊车荷载较小的话，柱间支撑也可采取圆钢来作为材料，若是吊车能承受较大荷载的话，柱间支撑则应采取槽钢材料，角钢也能起到较好的效果。

结论

钢结构工业厂房在实际工业生产过程中的应用正在日益扩大，随着其技术的不断成熟，这种厂房的优势正在日益显现出来。在资源环境压力日益增大的今天，这种钢结构的绿色建筑厂房更符合社会经济发展规律的要求。钢结构厂房设计要充分考虑实际情况，科学合理地进行各个部门的设计，使钢结构厂房设计达到最优化，提升钢结构厂房的安全性，突显钢结构厂房的优势特点，并在未来的设计中不断拓展和深化。逐渐解决钢结构厂房设计中的问题，拓宽钢结构的使用范围，向经济、科学、低碳环保的方向发展。

参考文献：

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