钢结构在工业厂房设计中的应用

【摘要】在建筑行业当中，钢结构工程逐渐得到大量行业人士的认可，由于钢结构的延展性和强度比起其他材料具有相对的优势，而且钢结构自重轻，占用面积小，安装简易便于运输等特点也在被大家广泛使用。工业厂房设计相比于其他大型建筑工程设计要更合适使用钢结构。

【关键词】钢结构；工业厂房设计；应用

钢结构材料匀质性和各向同性好，是一种比较理想的弹性体。其具有韧性好、强度大、抗变形能力强的特点，能够承受住较大的动力荷载。再加上钢结构自重轻的特点，使得其施工比较方便，缩短了施工时间，大大提高了施工的效率，具有良好的经济和社会效益。因此在工业厂房设计中得到了频繁的应用。

1、钢结构稳定设计

（1）构件的布置，需要考量整个钢结构体系及局部的稳定性要求。目前，钢结构设计一般要按照平面体系进行设计，例如门式刚架，以及框架等。为了确保平面结构不出现平面外失稳问题，建议从结构整体布置设计，来解决问题，如增加支撑构件等。

（2）在设计单层或多层框架结构之时，一般不需要进行框架稳定性的分析，只需要计算框架柱的稳定性即可。在柱的平面外计算长度系数，需要借助框架整体稳定性进行分析，使柱的稳定计算与框架稳定计算等效。

（3）设计结构的细部构造与构件稳定计算应保证一致，这也是钢结构设计中需要注意的问题。节点连接处要求能传递弯距时，应有足够的刚度和柔度；设计桁架节点时应尽量减少杆件的偏心；在涉及结构稳定性能时，设计构造方面需要满足不同强度的要求以及特殊要求，例如简支梁的抗弯强度等。不动铰支座的要求，是阻止位移并允许在平面内转动，但这不能确保梁整体的稳定性情况，所以不动铰支座，还需要能够阻止梁绕纵轴扭转，并允许梁在平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合穩定分析的条件。

2、次梁的设计

在进行次梁的设计时，应避免次梁出现较大的挠度，因为较大的挠度会给人不安全的感觉，同时还会对厂房的使用功能造成影响，因此本厂房在进行楼层平面梁格的布置设计时，不仅考虑到了铺板的最大支承长度的要求，也考虑了机械设备的具体情况。对铺板和梁的相互作用进行分析，可以知道本厂房的钢板与梁之间具有较好的连接，这样表明这两者之间可以形成有效支撑，因此无需再次进行梁的整体稳定性计算。如果钢板和连梁在进行焊接时，只在两端进行了连接，而没有对中间进行焊接，这样在进行梁平面外稳定性的计算时，只能按照跨中无侧向支撑的情况进行分析。虽然次梁所受到的荷载较小，但是也应采用轧制（热轧）H型钢，而不应采用普通槽钢，这是因为普通槽钢平面外稳定性较差，不能满足要求。

3、连接点处理

连接点设计主要是运用焊接处理连接头。需要注意连接装置的选择以及焊接的效果。焊接过程需要严格把控，防止钢结构开裂或者断层。预热焊接后热等环节尽量一气呵成，避免出现焊瘤和漏洞。对于焊接的技术要求也有一定的要求，需要用一级二级焊接的部分都是钢结构建造的关键点，不能疏忽遗漏。连接接头的质量也需要格外注意，对口的角度以及坡口的质量等都是需要重视的部分。只有钢结构连接处理稳妥才能保障整个工程的安全性。

4、焊缝的设计

在钢结构当中，钢结构最基本的连接方式为焊接方式，因此钢结构的安全就取决于焊缝质量的好坏，因此就要依照结构的受力性和重要性以及钢材的焊接性能，来对焊接的等级进行选择。在大多数情况下，应该对钢板板材的对接焊缝进行疲劳强度的检验，对于一些比较重要的焊缝，更应该进行检验，焊缝的质量等级至少为二级，对于只受剪力部分可以运用角焊缝，因为应力集中现象较为明显所以焊缝的质量等级大多数是三级。

5、负载承受能力

在设计环节应综合考虑工业厂房的实际用途。依据厂房用途特性进行负载值的计算，以此来评判结构设计的合理性。另外，在设计钢结构时，应着重考虑结构稳定性，综合分析在不情形中稳定性的变化规律。在计算负载值时，有效使用现代技术，凭借先进的软件程序设计，科学计算，确保与设计用途相符。

6、防火设计

通过上文中对钢结构特点的研究，发现钢结构自身的防火性能比较差，在遇到高温的情况下，极易发生变形的现象，其抗拉强度急剧下降，很可能会出现垮塌的状况，无法保障工业厂房中设备以及工作人员的安全。因此，必须依照相关设计防火规范，明确工业厂房耐火等级指数，并采取有效的措施对钢结构进行防火处理，对钢结构进行保护，将钢结构的耐高温极限提升到一定的范围内，防止或者是避免其在遇到高温状况时发生坍塌的事故，最大限度的降低损失，确保人身和财产安全。

此外，为了进一步确保工业厂房的安全性，应科学的布置其防火区，并严格控制好每个防火区的范围和界限，且各个防火区的疏散口的数量以及疏散的距离应满足实际防火的需要，能够切实确保在发生火灾时，工作人员在最有效的时间内撤离，保障人员安全，降低经济损失。根据钢结构的特点，合理的布局安全疏散路线，设置安全出口标志，避免不必要的财产损失及人员伤亡。

7、防腐及抗震设计

为了避免钢结构表面出现腐蚀现象，使用电阻较大、附着性能较好、疏水性较强及致密性良好的防腐涂层，以避免金属受到氯离子、氧气及水蒸气等的侵蚀。对于暴露在大气介质下的室内钢构件，则将防锈保护涂层设计为两层，即面漆及底漆，涂层厚度为120um。对于露天的钢构件，则将漆膜的总厚度设计为160um～220um。由于该工程处于酸性环境中，因此将氯磺化漆作为防锈漆。对于埋在地面以下的钢柱柱脚，则在柱脚表面包裹强度≥C20的混凝土，混凝土层的厚度为60mm。此外，还通过采用优化设计钢结构弯矩、轴力的方法使工业厂房产生耦合效应，具体方法为在两个相邻的钢结构支撑矩形体系中合理设计弯矩系数，使弯矩系数不一致，并由此形成耦合效应。

结语：

总之，钢结构设计的稳定性直接影响着钢结构建筑的整体质量，必须对其进行严格的分析，掌握设计要点，提高建筑工程钢结构设计质量，充分发挥钢结构的优势所在，推动我国建筑工程健康、长远发展。

参考文献：

[1]王志娴.轻钢结构在纺织厂房中的应用[J].建筑知识，2016（07）.

[2]张广承.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].中国战略新兴产业，2018（28）.

[3]吴泰全.现代化轻钢结构建筑在我国建筑行业的应用[J].居舍，2018（04）.

作者简介：

梁磊，中国核电工程有限公司，福建福清；

范子坤，中国核电工程有限公司，福建福清。