工业钢结构厂房结构设计问题探讨

高文锋

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摘要：随着社会经济的快速发展，钢结构建筑越来越多，工业生产、民用建筑等建筑主要采用钢结构建筑。钢结构厂房具有施工速度快、结构承载能力高、整体刚度好、抗震等优点。但是，钢结构作为一种常用的建筑材料，也存在一些不足之处。本文主要探讨工业钢结构厂房的结构设计问题。

关键词：工业厂房；结构设计；支撑系统；厂房特点

随着科学技术的不断进步，钢结构得到了广泛的应用，在工业厂房结构的建设中，钢结构近年来已成为工业厂房结构的一种重要形式。但钢结构也存在耐火性差、耐蚀性低等缺陷，因此车间钢结构设计的主要问题是最大限度地发挥自身性能，根据自身特点扬长避短。因此，本文从工业钢结构车间的结构设计角度分析和讨论了与结构设计相关的一些问题。

1.工业钢结构厂房特点

钢材本身具有高强度、高塑性、高韧性等优点，由于这些优点，更适合在大跨度、重载、高海拔的工业厂房结构中应用。钢结构形式的工业厂房不会因超载而突然断裂；钢结构在有动力荷载的环境中应用比较合适，所以在地震多发地区使用钢结构是非常有利的；结构形式工业厂房重量轻，与普通工业厂房结构相比，整体重量可减轻30%左右，由于钢材强度高，自重低，对承载能力的要求基础相对较低，大大降低了地基和基础工程的施工成本，钢结构吊运施工过程也更加方便；钢结构一般都是相互连接的，有利于改造和拆除，各种钢结构构件可以在工厂大批量生产，结构简单，安装方便，施工时间大大缩短；工业钢结构厂房是一种绿色环保的施工体系，结构所用材料多为钢材，再利用价值高，施工阶段无需模板。

2.柱网和温度伸缩缝的结构布置

2.1柱网：进行柱网布置时，要满足工艺要求、经济效益要求以及柱距相关规定要求；保证构件具有统一性和标准性可以在很大程度上减少相关的工作量。设计柱距时根据相关的实践经验，可以总结出以下几点经济效益比较高的方法：当地基的承载能力比较差时，重型的工业厂房采用24m，中型的工业厂房采用18m、15m，轻型的工业厂房采用12m；当地基承载能力好时，工业厂房一般可以采用12m、18m的柱距；对于厂房的横向布置，当其总跨度小于18m时，跨度采用3m的倍数为宜；当总跨度大于18m时，跨度采用6m的倍数为宜；对于厂房的纵向布置，之前都是以6m或者是12m为基本柱距；随着压型钢板作为厂房的屋面以及墙面的材料之后，其基本柱距也就变为了18m或者是24m；

2.2温度伸缩缝的布置：钢结构钢房变形的主要因素就是外界温度变化导致的，温度一旦发生变化，就会导致钢结构产生温度应力，产生的应力大小与柱刚度和吊车梁高度有关。厂房的平面尺寸比较大时，温度发生变化就会使厂房的上部结构出现横向变形和纵向变形，从而增加了柱内的弯曲应力，该应力过大时将会对屋面以及墙面造成一定的影响。因此为了避免温度变化对厂房造成的影响，就需要设置温度伸缩缝，温度伸缩缝的布置可以沿横向布置或者是纵向布置，如果厂房的平面尺寸比较大时，可以将整个厂房分割成多个温度区段。温度区段的具体长度可以根据，钢结构工业厂房的结构设计规范来确定。温度伸缩缝的做法可以设置双柱也可以设置单柱，对于纵向的温度伸缩缝的设置，可以在厂房的屋架支座位置处设置滚动的支座，对于横向的温度伸缩缝的设置，可以在框架梁与檩条相连接的位置处，采用槽钢夹板滑动等方式。

3.框架结构设计

框架体系是钢结构工业厂房常采用的承重结构形式，框架结构的横向刚度比较大，并且可以内部可以形成矩形空间，有利于吊车进行工作，能够满足使用要求。横向框架结构的柱底端通常都与基础刚接；柱的顶端一般分为铰接和刚接两种形式，柱顶采用铰接时，地基沉降或者温度变化对铰接的影响程度比较小，并且节点处的构造处理比较容易，屋架的两端处不会产生弯矩，但屋架的下弦杆会一直处于受拉状态，因此柱的下部产生的弯矩很大，导致横向的刚度比较差；当厂房的高度、吊车起重量、刚度等要求比较高时，并且为单跨厂房时，其柱顶一般采用刚接形式。

4.支撑体系的设计

4.1柱间的支撑设计

厂房内应在每一个温度区域内的柱之间设置比较稳定的支撑系统，并且协调好与屋盖上的横向支撑的布置。厂房结构纵向变形的原因是柱下部支撑所在的位置决定的，并且对温度应力也有一定的影响，下柱的支撑位置应该设在温度区的中断位置，保证纵向构件能够因温度变化影响自由的伸缩，例如吊车梁等纵向构件。如果温度区的长度比较短时，可以在其中部位置安设一道下段柱的支撑系统，一旦温度区的长度超过150m时，应当在温度区内中间位置处的1/3左右的范围内，安设两道下柱支撑，这样可以有效的保证工业厂房的纵向刚度，此外还会尽量避免较大的温度应力，因此所设置的两道支撑之间的距离不能超过72m。上段柱的支撑不仅可以设置在下段柱的支撑柱之间，还可以设置在温度区段的两端柱之间设置支撑，这样可以很好的满足结构的安装要求，而且可以提高上部厂房的纵向刚度，以及良好的传递风荷载和地震荷载等。

4.2屋盖的支撑体系

屋盖的支撑体系主要由：横向、纵向、垂直、以及系统杆件构成的。布置屋盖支撑系统时要综合考虑厂房的设计跨度、设计高度、屋盖结构采用的形式、以及相关的施工机械设备等条件之后，再进行屋盖支撑体系的布置。通常情况下，不管是有檩还是无檩的屋盖结构都设置垂直的支撑体系，在无檩的屋盖体系中，将屋面板与屋架焊接在一起，可以支撑上弦，但是由于施工条件和安装需要的限制，不管是有檩还是无檩的屋盖体系，都要在屋架的上弦以及天窗架的上弦设置横向的支撑体系。对于屋架的间距大于12m以上的工业厂房，或者是厂房内对吊车的起重量有较高的要求时，屋盖结构都需要设置纵向的水平支撑系统。

5.节点设计

在钢结构工业厂房的设计中，节点部位的构造设计是一项非常重要的工作，钢结构设计的设计工作一般是由杆件设计和节点设计。节点设计主要遵循的原则就是构造简单、受力明确。进行节点设计时通常按照比杆件内力增加10%的值，进行节点连接设计，对于杆件内力比较小的而言，其焊接长度要超过120mm。施工不得随意的增加杆件的截面尺寸，要保证节点构造绝对安全。焊缝的布置要合理，尽可能的将焊缝的位置布置杆件的行心，确保其受力合理，尽量减少因焊接造成的变形以及应力。

6.抗防锈防腐处理的方法

如果钢结构出现生锈的问题，会使其截面的面积减小，而且在构件的表面会形成局部的锈坑，一旦构件受力时就会出现集中应力的情况，进而致使构件破坏，因此，在进行工业钢结构厂房设计时，要重视预防锈蚀的问题，根据厂房的周围环境情况，对厂房内部的结构布置和材料的选择要采用合理的对策和措施，确保厂房可以安全的使用。对于刚构件的防锈蚀的处理一般在工厂制备时就已经完成了。对于北方地区或者是环境比较干燥的地区而言，还可以在钢构件上在增加一道70-80μm厚的干膜。具体的处理流程可以为以下几个步骤：除锈→涂底漆→中层漆→面漆。

7.结语

工业钢结构厂房结构相对简单，动力传输清晰。虽然它有很多优点，但仍然有很多问题需要考虑。本文无法全面总结未来发展中的所有问题，我们将继续研究，积累更多实践经验，寻求更好的解决方案，为钢结构建筑发展打下坚实的基础。

参考文献：

［1］王俊峰.工业钢结构厂房结构设计重点问题研究.化工管理.2018年:116

［2］范潇.工业钢结构厂房防腐防火的对措分析.山东工业技术.2019年:29