上海利柏特工程技术有限公司 上海 201101
摘要：近年来我国工业发展速度较快，工业厂房建设数量和建设规模不断提升，钢结构工业厂房也随之大量涌现。基于此，本文将简单分析工业厂房结构设计中钢结构设计内容和要点，并结合实例围绕钢结构设计开展深入探讨，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。
关键词：工业厂房；钢结构；预制方桩；吊车梁
前言：工业厂房钢结构设计具备环保性、经济性、便捷性、空间利用效率高等优点，但同时也存在防火性和防腐性方面的缺陷。为保证钢结构工业厂房安全性并提升其使用效能，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。
1 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主要内容包括图纸设计、防火设计、抗震设计、防腐设计，具体设计要点如下。
1.1图纸设计
在图纸设计中，需结合工业厂房实际情况，并保证不同阶段的建设、施工技术、质量要求均在图纸中有着直观体现。图纸设计还需要保证材料准确使用，如严格控制钢筋的品种规格，如存在较为相近的两种钢筋规格尺寸，需设法统一规格[1]。
1.2防火设计
在防火设计中，需关注温度变化对钢结构的影响，重视防火与隔热方面的设计，全面提高工业厂房的可靠性和安全性。具体设计需要明确防火等级、火灾危险类别，严格遵循防火要求和具体规范进行设计，保证钢构件能够满足防火等级要求，降低钢结构厂房受到的火灾影响，全面提升防火能力。在具体设计过程中，需涂抹防火涂料于钢结构及连接件表面，钢结构构件的耐火性能、钢结构厂房的防火等级均可由此提升，辅以全方位防火设计，火灾发生几率和造成的损失可由此降低[2]。
1.3抗震设计
在抗震设计中，需全面提升工业厂房抗震性能，具体设计需关注厂房钢结构刚度均匀性，以此保证厂房拥有均匀的整体受力，结合钢架基础合理设置纵向结构和横向结构，即可规避变形问题，抗震能力也能够由此进一步提升。强度达不到要求的支撑结构构件很容易在地震过程中出现损伤，有效支撑点的缺失严重时导致工业厂房倒塌。因此，设计钢结构工业厂房必须保证支撑系统的均匀性、连续性、合理性。
1.4防腐设计
在防腐设计中，需关注大气环境下钢结构容易被氧化的特性，潮湿环境下出现的更剧烈氧化也不容忽视，发生腐蚀的钢结构拥有大幅度缩小的构件截面，局部锈坑也会出现于钢结构表面，应力过于集中的受力部位会严重影响钢结构的使用寿命。防腐设计应遵循预防为主和防护结合的原则，根据生产过程中产生介质的腐蚀性、环境条件、生产操作管理水平和施工维修条件等，因地制宜，区别对待，综合选择防腐设计方案。对危及人身安全和维修困难的部位，以及重要的承重结构和构件应加强防护。防锈防腐涂料的针对性应用属于其中关键，防腐材料的优选、不同部位的涂料厚度控制也需要得到重视[3]。
2 实例分析
2.1工程概况
为提升研究的实践价值，本文以某地四联跨钢结构厂房作为研究对象，该工业厂房属于典型的大型构件加工车间，车间南侧、北端分别为堆场、构件集配场地。厂房柱距、纵向总长、跨度、檐口高度分别为12m、168m、24m、14.5m，采用横向为四连跨设计。基于工艺要求，该工业厂房需设置五台桥式吊车于每跨内，设置20/5t的3台、32/5t的2台桥式吊车于AB跨内，设置20/5t的5台桥式吊车于DE跨和BC跨内，设置10t的2台、32/5t的3台桥式吊车于CD跨内，存在10.5m的轨顶标高。同时设置6台5t半门吊于每跨每个柱边，采用A5工作等级吊车，同时存在6.5m的轨顶标高。
2.2工程地质资料
基于地勘报告，可确定海积阶地为工程基础场地原始地貌单元，人工回填后地势平坦。厂区内场地与地基稳定，不良地质作用不发育，近期活动断裂构造不明显，存在较为复杂的场地地层结构，主要岩土层为中风化石英岩、碎石、粉质粘土、卵石、淤泥、素填土。工程的基本风压、基本雪压分别为0.65kN/m2（50年）、0.45kN/m2（100年），地面粗糙度类别、场地抗震设防烈度、建筑场地类别、设计地震分组分别为A类、7度、Ⅲ类、第二组，屋面恒载、屋面活载、车间地面荷载分别为0.50kN/m2、0.50kN/m2、50kN/m2。
2.3基础选型与设计
基于素填土的场区表层土，以及较厚的下层淤泥层，设计采用桩基础，桩端持力层选择较硬土层。结合地勘报告的对比分析和相关建议，采用预制混凝土方桩进行设计，具体规格为450mm×450mm，粉质粘土层为桩端持力层，需保证桩端进入桩端持力层最少1.200m的深度，同时桩端以下持力层需存在最小1.35m的厚度。综合土层情况，预制混凝土方桩的长度在23m左右，单桩竖向承载力特征值为1400kN，主要为4桩承台，总桩数423根，6桩承台设置于吊车梁的柱下桩基。
2.4结构方案设计
钢结构厂房采用框排架结构体系，采用焊接工字型变截面钢梁作为屋面梁，采用双肢格构式柱作为钢柱下柱，采用焊接工字形钢柱作为上柱，钢柱和屋面梁刚接，同时采用插入式刚接柱脚。基于相关规范规定，为传递山墙的水平荷载，设计布置上柱支撑于厂房两端柱间，两道通高的柱间支撑以60m内间距布置于中间段，采用人字形作为上柱支撑，采用X形双片作为下柱支撑，采用槽钢作为支撑截面，基于构造要求、刚度要求及计算确定规格。为保证屋面拥有较好的整体刚度，采用主次梁有檩体系的屋盖系统，该设计的传力简单，可兼做系杆的次梁也具备显著优势，需在柱间支撑的位置针对性布置屋面水平支撑，闭合的空间稳定体系可由此形成，并由构造确定纵向系杆和屋面水平支撑。
2.5主刚架计算
对于由相同单榀刚架组合而成的厂房结构来说，纵向通过柱间支撑、系杆、屋面支撑相连，一般采用简化计算方法进行设计，详细计算需取一榀刚架出来进行设计，本文研究的钢结构厂房计算采用PKPM软件，为保证柱顶位移、屋面梁挠度、构件应力等指标满足相关设计规范，设计人员开展了针对性的优化设计，最终采用了下柱、上柱分别采用双肢格构式柱、实腹式焊接H型钢，其中双肢格构式柱由两个H型钢组成。
2.6围护结构
钢结构厂房拥有12m的柱距，为实现檩条跨度的减少，需增设墙架柱于两柱中间。对于采用主次梁结构的屋面来说，屋面檩条的跨度可进一步减小，这种设计可得到更为合理的围护结构，实现较小用钢量。墙面和屋面均采用中填保温棉的双层压型钢板，采用Q345B材质的镀锌檩条作为墙面和屋面檩条，同时加一道拉条于檩条中，采用2C25a规格的双C型檩条设置于门洞顶与墙面大洞处，同时设置于门洞两侧。
2.7吊车梁设计
简支结构的吊车梁设计较为常见，这种设计具备构造简单、传力明确、施工方便等特点，这种吊车梁设计多采用焊接结构，吊车梁系统一般由垂直支撑和水平支撑（辅助桁架及支撑）、制动结构、吊车桁架（或吊车梁）组成。本文研究的钢结构厂房存在12m的吊车梁跨度，吊车梁采用实腹式焊接工字型钢吊车梁，具体设计按照一跨中两台最大起重量吊车展开。开展针对性计算可以确定，不同吨位吊车梁截面设计，如32/5t的吊车梁截面为
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，20/5t的吊车梁截面为
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。吊车梁支座一般可分为突缘支座和平板支座，封闭轴线厂房端部柱和伸缩缝处不能采用突缘支座，突缘支座可用于其他所有处，由于其对柱平面外的偏心较小且拥有广泛应用，本文工程主要采用突缘支座，仅轴线端部采用平板支座，以此优化设计。
结论：综上所述，工业厂房结构设计中钢结构设计需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的主刚架计算、吊车梁设计、基础选型与设计、结构方案设计等内容，则提供了可行性较高的工业厂房钢结构设计路径。为更好提升工业厂房钢结构设计水平，工业厂房结构的横纵向框架周期控制、电梯间位置布置的优化设计同样需要引起相关从业人员重视。
参考文献：
[1]文龙.工业厂房钢结构吊装工程施工及安全技术[J].工程建设与设计，2020（09）：206-207+212.
[2]赵会兰.钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨[J].建材与装饰，2020（13）：107-108.
[3]刘正，龙资.门式钢架结构工业厂房结构设计探讨[J].工程技术研究，2019，4（17）：168-169.