钢结构厂房的优化设计研究

摘 要：钢结构有其自身的特性，将其应用于工业厂房之中，可以较好地提升工业厂房的承载能力、抗震性能和整体刚度。然而，在钢结构厂房设计中也要注意相关细节问题，并找出相应的解决对策。

关键词：钢结构厂房；设计问题；可靠性；优化措施

1 引言

钢结构以其突出的特点在建筑行业得到广泛应用。下面我将探讨了钢结构的性能，分析了钢结构在工业厂房设计、应用中的特点，阐述了钢结构厂房设计中的十个细节问题及其解决对策。

2 钢结构性能及钢结构工业厂房设计特点

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。

3 钢结构厂房设计的常见细节问题及优化措施

3.1 屋面设计

钢结构厂房屋面尤其要注重防水设计，要结合屋面坡度、天沟类型、单坡屋面长度，合理确定屋面防水施工工艺和技术，并根据当地温度、降雨量情况进行适当调节和处理。

3.2 温度伸缩缝设计

钢结构厂房对温度比较敏感，为了避免温差对钢结构厂房的影响，要进行温度伸缩缝的合理设计，可在柱顶或梁中部位置设置滑动支座或双柱。滑动支座设置于柱顶或梁中反弯点处，可以较好地保证侧向位移效果，然而其缺陷在于不适用于梁截面变化较大的厂房结构，需要更大的屋面支撑；而设置双柱的方式则可以较好地消除温度应力的不良影响。

3.3 荷载设计

钢结构厂房设计要注重荷载取值的计算，充分考虑工业厂房的实际使用情况及环境、气候等影响因素，提升钢结构厂房的可靠性。

3.4 柱设计

钢结构厂房的钢柱截面由型钢截面和组合截面构成。在型钢截面柱的设计中，要考虑型钢种类及其型号的差异性；而在组合截面柱的设计中，则要考虑构件受力性质、大小等因素。

3.5 支撑系统设计

①支撑体系设置。可以沿纵向设计若干道屋面水平支撑，同时设计与其数量相同的柱间支撑，并在靠近中间的两道支撑处设置下柱支撑，以较好地连接各个平面的框架，提供侧向支撑点，合理传递风力、温度应力、地震力等纵向荷载。②支撑形式设计。可以设计一定厚度的砖墙，并在钢柱处设置锚固钢筋，以提升结构的整体刚度。柱间支撑要注意选取硬度较大的角钢作为支撑。③隅撑的设计。单纯依靠屋面、柱间支撑还难以确保钢结构厂房的整体稳定性和纵向刚度，还要设计隅撑和檩条，以减少屋面梁的长度，使结构支撑点的设置距离相对较小。

3.6 节点设计

节点连接方式的设计关乎钢结构厂房的安全性，可以结合钢结构传力的特点，考虑施工场地、现场环境、吊装顺序等因素，选取刚接、半刚接、铰接等不同的节点连接方式。同时，还要注意钢结构焊缝连接和螺栓连接的不同特点：焊缝连接无须附加连接板，也无须开孔，操作便捷且具有良好的密封性，但在焊接操作中易受到焊接残余应力和残余变形的影响而出现低温冷脆的现象；螺栓连接易于安装和拆卸，但要对准螺栓孔方可拼装，一般来说，要用高强螺栓连接梁柱节点位置，用普通螺栓连接檩条及梁柱连接处。

3.7 防锈处理

由于钢结构材料的自身特性，必须重视钢结构厂房的防锈处理设计。要明确和把握钢结构厂房的选址、布局、材料、车间工艺等，并要预先在钢结构表面涂抹防锈漆。结合钢结构构件的使用环境，合理确定防锈漆涂层的数量、厚度；一般来说，防銹漆的外部厚度应当在150mm～200um、内部厚度在100um为宜。未来还应当加强对高性能涂料、不易锈蚀的耐候钢的研究，以期更好地提升钢结构厂房的质量。

3.8 隔热及防火设计

钢结构材料受温度变化的影响，会出现强度、塑性、徐变等，为此，要做好钢结构材料的保温隔热和防火设计。可以采用浇筑混凝土、安装耐火砖的方式，增强钢结构的保温隔热性能。同时，可通过截流法、疏导法等措施，实现对钢结构的防火保护。以截流法中的喷涂法为例，它是将具有隔热性能的防火涂料喷涂于钢结构表面，不受限于钢结构的几何形体变化，具有易于操作的特点，能够较好地提升钢结构厂房的耐火等级。

3.9 抗震设计

钢结构厂房设计要注重地震对厂房的破坏性影响，确保钢结构厂房结构平面的完整、对称，使其质量和刚度分布均匀合理、质心与刚度中心相重合。同时，还要做好柱间支撑的设计，通过科学合理的计算，确定钢结构厂房柱间支撑的合理数量、间距，使柱间支撑与钢柱稳固连接。钢结构厂房的高宽比设计要科学合理，能够起到良好的减震效果。

3.10 地下室设计

钢结构厂房地下室的内部结构设计也是不可缺少的重要部分，要着重分析地下室结构的抗浮、防水和防震等问题，切实有效地提出解决对策。具体来说，主要的抗浮防水措施有：测量并确定抗浮设防水位；增加基础配重；提高基坑坑底的设计标高；主要的抗震设计：使地下室建筑深埋高度超出地下室的外地面高度。

3.11 选取厂房柱经济合理的柱网布置

随着经济技术的不断发展，在进行钢结构厂房设计时也要选取经济合理的方案。在设计钢结构厂房之前，要先对施工场地进行了解与规划，计算并确定柱间距，再绘制总设计图。钢结构厂房设计时，对于轨顶标高不高的采用12m或15m的柱距都是合理的，但是，轨顶标高高于2.5米时，就要选用18m的基本柱距了。因此，在设计钢结构厂房时，柱网布置要根据实际情况进行合理的选择，并符合经济的原则确定柱距。

3.12 确定厂房准确的工艺要求

在制定好整体厂房的结构后，以经济合理为基础确定厂房高度，准确掌握钢结构厂房的工艺要求。在设计好平面结构图后，具体分析厂房内部结构，按照工艺专业要求进行施工。厂房设计时有一些基本要求，认得通道的净空要求，要考虑单轨轨底标高之间的关系，还要注意管道的布置、屋面结构的挠度等因素，这些都需要精确的计算。除此之外，还要考虑下柱横向肢距，要方便管线的布置。因此，在确定钢结构厂房的高度时，要先明确厂房工艺专业的要求，才能保证厂房的实质性与安全性。

4 结语

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：

[1] 张士强.钢铁工厂钢结构厂房的优化设计[J].石化技术，2017（11）：296.

[2] 章荣辉，王光.钢结构主厂房连接节点优化设计[J].环球市场信息导报，2017（49）：151～152.

[3] 董羽，闫雯嘉.轻型钢结构厂房的设计与研究[J].科技经济导刊，2017（6）.

[4] 黄晓亮.基于建筑钢结构优化设计策略分析[J].科技创新导报，2017（30）：150～151.

[5] 韦伟鸿，郭霞桃.建筑钢结构优化设计咨询及效益浅析[J].科技创新与应用，2017（32）：112～115.

[6] 吴琦.工业建筑结构的优化设计探讨[J].科技创新与应用，2016（22）：264.

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