工业厂房结构设计中钢结构设计要点

工业厂房结构设计中钢结构设计要点

王福强

中石化石油工程设计有限公司山东省东营市257026

摘要：随着经济社会不断发展，人们对建筑建设的要求也在不断提高，不仅要满足施工速度，还要求具有很好的环保性、灵活性和抗震性等。同时随着各种工艺技术也在不断进步。钢结构厂房在这方面就很好的凸显了其优越性，不断获得普遍的推广和使用。本文对钢结构厂房结构设计的要点进行了论述。

关键词：工业厂房；结构设计；钢结构设计；

一、钢结构厂房设计的特点

钢结构厂房自重轻，强度大，跨度大，空间大，施工周期短。设计先进，采用最先进的设计方法，充分发挥钢材抗震性好、抗冲击性好、刚性好、变形能力强的特点。而且还可以重复再利用，可以节约大量钢材。结构新颖、简洁、轻巧，占用面积小，使用面积大，有效扩大了建筑物的内部空间，彩钢夹芯复合板，金属压型板等新型墙体屋面材料围护，更显示出建筑的时代感。安装快捷，构件标准，制作精良，施工安装简便、快捷、安全。

（1）工程实例

以某工业厂房工程为例，因其未来作业时室内温度非常高以及受到酸性气体的影响比较严重，因此对此厂房的设计要求更加的严格，造成厂房设计的复杂性。厂房第一层设计为平面矩形，整体建筑面积大约为1400m2，长度为66m，宽度为21m，整体跨度为21m，檐口高度为15.5m。主跨内部设有1台16t/3.2t、工作制桥式起重机，轨顶高9m。

（2）平面布置的确定

厂房采用门式刚接形式，门式刚架综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素确定为柱距6m，跨度为21m，端部山墙设置2根抗风柱，屋面采用钢梁加夹芯板，围护墙采用夹芯板，钢构件采用高频焊接H型钢。在厂房端部第二跨设置上下柱间支撑，设置柱距支撑的开间，应同时设置屋面水平支撑，已构成几何不变体系。

（3）有效的提升施工效率

结构构件可全部在工程制作，工业化程度高，工程在制造钢结构部件时，通过高强度和机械化的生产使得所制造的金属构件的精准度和质量都得到了充分的保证。生产出来的钢结构部件从生产基地运输到建筑施工现场，在进行组装工作中只需要将部件实施螺栓固定和其他的一些简单的加固操作即可，这种方式很大程度降低了施工周期，并且有效简化了施工的程序，充分保证建筑质量、缩短了施工周期，更有利于厂房提早建设完成创造出更多的经济效益。

二、钢结构厂房结构设计的要点

1、结构设计

（1）确定结构形式。上部刚架采用实腹式结构形式，钢构件采用高频焊接H型钢；由于厂房跨度大，并且设有桥式吊车、檐口标高较高对厂房的刚度要求较高，柱脚与基础采用刚接进行设计。

（2）构件截面。本厂房设有吊车，高度较高、跨度较大，构件采用变截面，由于受弯构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主。增大腹板的高度，可使翼缘的抗弯能力发挥更为充分。如在增大腹板高度的同时厚度也相应增大，则腹板耗钢量过多，不经济。因而，不过多增大腹板厚度而充分利用板件屈曲后的强度时比较合理的。

（3）节点设计。在设计中应加强节点的设计，保证措施：①增加连接强度，如增加焊缝厚度和螺栓大小。②与横梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度，且两对螺栓间的最大间距不大于400mm。③加厚梁柱节点域的腹板厚度或增设水平和斜向加劲肋。④主刚架构件的连接采用高强度螺栓，当端板连接只受轴力和弯矩，或剪力小于其实际抗滑移承载力（按抗滑移系数为0.3计算）时，可采用高强度承压型螺栓连接，否则应采用高强度摩擦型螺栓。

2、防火设计

钢结构工业厂房防火能力很差，当钢材受热在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，钢结构必须做隔热及防火设计。

（1）正确定义建筑物生产的火灾危险性类别，合理确定建筑的耐火等级依据《建筑设计防火规范》，对厂房生产火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类，如果确定工程为二级耐火等级，就应该严格按照二级耐火等级加涂防火涂料进行防护，使钢构件达到二级防火等级的耐火极限要求。

（2）设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法对钢结构采取有效的保护，就是将钢结构的耐火极限提高到规范规定的值，防止钢构件遇火发生变形塌落。目前，保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料，发生火灾时它作为耐火隔热保护层，有效地提高钢构件的耐火极限，满足现行国家规范的要求。在使用防火涂料时，应当注意防火涂料和底层防腐涂料的相互匹配，不得与底层防腐涂料发生化学反应，以免影响防腐防火效果。我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。

（3）钢结构建筑设计时要合理划分建筑物的防火分区，对每个防火分区的面积进行严格的控制。同时要控制每个分区的疏散口数量及疏散距离，安全出口是指符合防火规范规定的直通室外地平面或安全区域的门。由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，科学设置疏散指示标志，使人员能快速疏散到安全地带，从而大大减少人员伤亡和人民财产损失。

3、钢结构厂房的防腐设计

钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小，还会使钢构件表层局部产生锈坑，当构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏。因此，对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构的安全。为了防止金属表面锈蚀，常采用防锈防腐涂料对其进行涂装保护，保护层透气是造成金属表面失去阴极保护而加快锈蚀速率的诱因。因此，防腐涂层只有具备了致密、疏水性强、附着力好、电阻大或涂层足够厚的条件时，才能有效地屏蔽水蒸气、氧气、氯离子等的侵蚀，起到物理防锈作用。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度280μm，即底漆两道，中间漆一道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求漆膜总厚度为280μm。在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保护层厚度不小于50mm。

结束语

钢结构厂房相对于传统厂房结构形式具有明显的优越性，于是得到了广泛的运用。因此，对于钢结构厂房的设计自然至关重要，我们应给予高度的重视。在钢结构厂房设计的过程中，我们应严格按照和采用相关的设计标准，同时随着钢结构设计技术的日趋成熟，设计师也要紧跟时代步伐，坚持与时俱进。只有这样，才能设计出结构合理，经济环保的钢结构厂房，满足经济建设发展的要求。

参考文献:

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[2]宋海波.横向温度区段超长时合理的构造设置在钢结构厂房设计中的应用[J].工业建筑，2014（S1）.