工业厂房结构设计的钢结构设计应用

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摘要：工业厂房作为生产或生产配套的房屋，满足不同需求的应用，是生产管理的重要场所。根据工业厂房所处环境的不同，用途不同，设计者在对工业厂房设计时，应该选用更加环保耐用的钢结构材料，根据生产工艺要求，因地制宜、区别对待，且满足技术先进、经济合理、安全适用的要求，总结工业厂房钢结构设计的经验，保证结构设计质量。

关键词：工业厂房；结构设计；钢结构设计；应用研究

1前言

工业厂房钢结构形式的设计合理性保证了厂房的使用可靠性和稳定性，是安全生产的前提，所以设计人员要根据实际环境和使用要求，对厂房的钢结构设计全方面考虑，使其更高程度的满足现代工业建设对结构设计提出的最新要求，为了进一步明确如何更为科学的应用钢结构设计，特此展开本次研究，希望能够有效推进我国现代工业建设发展，使其更高程度的满足现代经济建设需求。

2钢结构工业厂房应用价值

相比于传统的钢筋混凝土材料，钢材基本上属于各向同性的材料，抗压、抗拉和抗剪强度均很高，并且具有良好的延性。门式刚架的单跨跨度可达到48米。工业厂房采用钢结构设计，在相同的空间内，减少了混凝土和木材等材料的使用，使得空间可利用率更高，加上现代化的设计，使得钢结构工业厂房更加的时尚美观。钢结构的施工特点是钢构件在工厂制作，然后现场安装，在具体施工的过程中，减少了搭设脚手架和支设模板等传统物力和人力的投入，提高了施工速度，缩短了施工工期。安全性和施工效率显著提高，在以后的维护过程中，也相比于传统的厂房，钢结构厂房更加的简单便捷，对维修人员的要求也比较低。

3钢结构工业厂房设计现状

3.1整体布局存在不合理

由于钢结构的强度高、灵活性强，在对钢结构工业厂房设计时，一些设计单纯为了节约钢结构的材料使用，降低成本，从而设计出空间大、跨度大的厂房。但在实际使用过程中，却会存在很多安全隐患，比如厂房建筑物的稳定性，生产设备的安装、内部施工等对房屋安全性的影响。这些安装问题设计未考虑，在后续的施工中，会增加更多的施工成本，对生产造成不可弥补的影响。另外未考虑非结构构件与建筑结构的连接的设计，会使得钢结构建筑在地震中的压力载荷承受力度不同，从而在以后会出现钢结构歪斜、裂缝等问题，严重影响抗震性能。

3.2造价成本控制不良

钢结构的设计和施工是一个复杂和系统性的过程，成本不仅包括钢结构材料本身，还需要考虑人工成本、施工器械、辅助材料等。但是在实际施工过程中，设计者没有结合现场施工条件，对设计方案进行校验，从而出现方案与实际施工不能匹配的优化设计。另外设计没有根据需要进行及时的方案修改和调整，使得钢结构材料和成本的控制力不够。这样的多方面因素，不仅造成了资源的浪费，也延误了施工计划和进度。

4工业厂房钢结构应用的优越性

（1）钢结构以为其强度高，延性好，所以比较经济适用。并且钢结构可以回收再利用，材料环保不浪费，也极响应了我国现在环保节约的生态文明建设需求，为我国建设经济节约型城市提供了基础。（2）钢结构材料与传统的钢筋混凝土材料相比，具有轻便、灵活、强度高等优势，根据实际使用需求，合理采用结构形式，从而对载荷进行更合理的分配，提高了工业厂房的结构可靠性。另外，钢结构的材料具有防腐蚀性及防渗透性，所以不会受外界天气和环境的影响，从而提高了工业厂房的稳定性和使用年限。（3）钢结构构件加工、制作的产业化，是整个结构工程中最完善的。在工业厂房施工的过程中，几乎所有的构件都可以由钢结构加工厂集中加工生产之后进行现场拼装和安装。这样的生产模式，使得钢构件的质量控制具有其他结构类型很难实现的可行性，结构的可靠性大幅增加，从而大大提高了整体结构的使用效率，避免了设计与施工上的浪费。（4）同样是得益于钢结构制作与安装的高度工业化，相比较其他结构形式，钢结构建筑的施工周期更短，并且受天气等因素的影响也更小，使得项目周期更加可控，而这就为工业厂房的如期投产在最大限度上提供了保障，从而大大降低了工程投资成本，这个优势是工业建筑项目中最为重要，也是其他结构形式所不具备的。

5工业厂房钢结构设计的特点

5.1便捷性

钢结构由于材料的统一性，所以在设计和施工的过程中具有更强的便捷性。这种便捷性使得工业厂房的设计更加的简单实用，质量把控方便，能够根据不同的工业需求对厂房的设计提供合理性方案，简化结构设计和施工难度，且能适应不同的环境，相较于传统的混凝土设计，钢结构材料可减轻结构自重，降低基础工程造价，缩短施工周期，使得工程早日投入使用。

5.2经济性

钢结构设计相对于传统厂房来说，材料的使用相对单一，减少了其他材料的使用，且钢结构比较稳固，强度高，空间载荷支持大，所以相对于传统厂房，减少了材料的使用，所以经济性比较突出，而且钢结构的防渗耐腐蚀性，也减少了辅助材料的使用，所以现代化的厂房更加推广钢结构设计。

5.3环保性

现代化的工业厂房对环境保护也有一定的要求，而钢结构由于其具有回收再利用的性能，减少资源浪费，符合我国生态文明建设的需求，为我国经济可持续发展提供了一定贡献。另外，钢结构工业厂房在施工过程中，不会产生粉尘、烟尘、噪声等环境污染，施工比较简单，进一步体现了钢结构的环保性能。

6工业厂房结构设计中钢结构设计的内容

6.1钢结构工业厂房结构设计

任何建筑工程，都需要结构的设计作为加工钢构件及施工的依据。所以钢结构工业厂房的设计也是不例外。设计者根据工业厂房的实际环境，生产工艺，采用合理的结构形式方案。根据当地风压、雪压等荷载工况的不同，经过系统计算，设计出合理结构构件截面。并且图纸需要对施工材料的型号、规格、施工顺序、条件等都需要有明确的标注，避免不同技术施工的工作人员对施工结果造成不必要的影响。

6.2钢结构工业厂房防火设计

钢结构材料的性能主要受温度的影响比较大，较大的温差会对厂房的稳定性造成影响。所以在钢结构工业厂房的设计时，要重点考虑温度的影响和防火方面的设计。首先，设计人员要熟知和重视火灾的危险类别、防火要求及规范等，要在设计过程中，要把防火性设计放在首位，且设计要包含消防通道、消防设施等，保证工作人员的生命安全。其次，在具体施工的过程中，要采用具有一定防火能力的构件，要对钢结构涂抹防火涂料，进一步减少火灾带来的隐患，全面提高钢结构厂房的防火性能。

6.3钢结构工业厂房抗震设计

根据工业厂房所处地理位置的抗震规范要求，对钢结构工业厂房采取相应要求的抗震设计。这就要求设计者在设计的过程中，需要明确建筑物的传力路径，保证整个结构的受力路径是明确的。不同结构形式，合理设置横向结构和纵向结构，控制厂房变形在规范要求范围内，避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失抗震性能。建筑结构在地震过程中受到的损伤，多是由于支撑结构的构件达不到具体的强度要求，这样在地震力作用下，建筑结构的稳定性得不到有效支撑点，从而发生倒塌。因此在钢结构工业厂房设计过程中，需要保证厂房支撑系统的科学性和合理性，全面提高工业厂房结构的稳定性，确保钢结构工业厂房达到较好的抗震性能。

6.4钢结构工业厂房防腐设计

钢结构由于本身材料的限制，长期暴露在空气中容易被氧化，而且如果处于潮湿的环境下，也容易生锈腐蚀，当锈斑和氧化严重时，会影响钢界面的受力均衡，从而使整体的钢过于集中，导致钢结构的不稳定。因此，在设计及施工的过程中，设计者要充分考虑工业厂房的环境，提前设计好工业厂房钢结构的防腐蚀及防氧化的方案，例如可以选择抗氧化性强的钢材料，在钢结构表面涂抹防腐蚀的涂料等，从而保护钢结构材料，环境恶劣的地区，还可以增加防腐涂料的厚度，阻断腐蚀因子的破坏性，增强钢结构的耐腐蚀性。

7钢结构设计强化策略

7.1确定施工方案

受到流程配置要求和施工工艺的影响，基础施工时应考虑设备基础的影响，条件允许下可同时施工，另外做好地脚螺栓的预留，尤其位置的准确性，应对埋设精度进行多次复测。一般工业厂房高度较大，使得钢柱截面较高，应采用座浆垫块法来保证钢柱标高。单根柱的安装没有其他构件为附着时应采取一定固定措施。梁柱施工时应先采用安装螺栓进行组合吊装，待整个结构有一定稳定作用后方可大面积施工安装。待梁柱支撑全部调试完成后应及时完成高强螺栓的终拧，在此过程中，能够确保整体抗结构抗侧弯具有一定的稳定性和强度。

7.2优化结构计算

随着现代技术的不断发展，钢结构工业厂房的设计，设计人员根据现场的测量结果，会利用相关的计算机软件，对不同的要求进行相关技术，从而得出不同的验算结果，更加的全面和精确，不仅提高了工作效率、施工效率，也能核算出最优方案，减少了反复修改方案的次数。

7.3协调整体布局

工业厂房的钢结构设计要与整体的生产模式相匹配，这是保证企业正常生产的必备条件。所以设计者，要充分考虑工业厂房的实际用途，设计经济实用的钢结构工艺。所以在通常情况，设计者要根据生产需求，在满足厂房墙体厚度和高度的条件下，合理分布钢结构支架，保证整个厂区受力均衡，通常情况下，钢支架具体包括框架，索膜，塔桅，空间桁架，平行桁架，网架等多种分布形式。相关工作人员在具体进行项目设计之前，需要充分了解工业厂房生产需求，确保结构布置和生产工艺可以为对方提供一定的便利条件。在设计工艺布置图之前，建设方必须提供工艺图，确保设计师能够充分理解工艺布置和柱间支撑位置的关系，与此同时，还需要确保工业厂房结构能够最大程度满足需求，进而保障整体结构具有更高的合理性和安全性。除此之外，在具体设计过程中，还需要对钢材结构性加强重视，在选择应用钢材时，相关人员必须对其整体工业设计方案全面掌握，基于具体要求进行钢材采购，保障厂房整体性能。

8结束语

钢结构材料相比于混凝土有着明显的优势，所以钢结构工业厂房也越来越广泛使用。设计人员应该根据工业厂房的实际需求，严格按照钢结构材料使用标准，设计出合理结构形式的钢结构工业厂房，提高环保性能，增加使用性能，建设经济适用的结构合理的工业厂房。

参考文献：

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[2]杜俊.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].建材发展导向(上),2020(2):185.

[3]郑立伟,程锋磊.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].建筑工程技术与设计,2019(1):626.

作者：刘雪冬 燕家琪 单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司