东北大学设计研究院（有限公司） 辽宁省沈阳市 110003
摘要：自改革开放以来，我国钢铁生产力不断提高，促使我国钢铁产量稳居世界第一。与此同时，相关政策的调整，推动了钢结构在我国的空前发展。钢结构以其在工业厂房结构设计中的开间大、重量小、施工效率高和抗震性好等优点，迅速取代钢筋混凝土厂房和砖柱厂房。近现代，大型工业制造业的快速壮大已经使得钢结构厂房的需求不仅仅局限于轻型钢结构厂房，这就要求重型钢结构厂房生产车间来满足其生产需求。相比于轻型钢结构厂房，重型钢结构厂房具有高度大、柱距大并且内部吊车起重量大等优点。本文以多跨重型钢结构厂房为研究对象，进行了相关结构设计的研究工作。
关键词：钢结构厂房；结构设计；研究
引言
以往工业建筑的结构组成以钢筋混凝土为主，消耗的材料较多，而且很容易造成资源的浪费。在“绿色建筑”背景下，轻型钢结构在工业建筑领域成为一种热门材料。除了在使用性能等方面优于传统的建筑材料外，轻型钢结构还具有易于组装和拆卸，可以反复使用的优点，从而提高了材料的利用率，符合节能环保理念。近年来，受到城市转型和产业结构调整的影响，大量的工业厂房开始搬迁，新的工业建筑在设计与施工时，可以优先考虑轻型钢结构。在这一背景下探究轻型钢结构工业建筑设计要点，具有重要的现实意义。
1工业建筑中轻型钢结构的应用优势
轻型钢结构融合了传统木结构、混凝土结构的诸多优点，成为了工业建筑中应用最为广泛的一种结构型式。其应用优势主要体现在：其一，轻型钢结构的自重轻，即便是大批量使用这种材料，工业建筑的自重不高。同样体积的钢结构，使用轻钢结构的质量，只有普通钢结构的1/3，是钢筋混凝土结构的1/10。由于自重较轻，在工业建筑施工时基本上不需要考虑地基严重沉降等问题。只需要简单的进行地面整平处理，或是浇筑薄层泥浆，就可以满足工业建筑的稳定性需求。施工周期短，建筑稳定性好。其二，工业建筑的跨度较大，对稳定性、抗震性、抗压性都有极高的要求。传统钢筋混凝土结构的工业厂房，在受到震动后很容易出现墙体开裂，甚至有倒塌的危险。而轻型钢结构的工业建筑，轻型钢构件本身具有一定的弹性形变能力，在受到震动后可以通过轻微变形实现力的消解，保证了工业建筑的使用安全。因此，轻型钢结构除了在工业建筑领域有所应用外，也被广泛的使用于救灾安置房中。
2稳定性设计过程中的难点
2.1结构构件与异形节点
结构构件和异形节点的制作及安装技术在整个构造过程中起着非常重要的作用，稳定性能也由此得到保障。在大跨度钢结构厂房的设计过程中，需攻克大跨度及空间形状上的复杂性，因此对于建筑物局部受力及钢构件的制作要求较高。所以，就需要其结构件及异形节点在制作的过程中满足其工业厂房所需要的受力条件，从而满足工业厂房的稳定性及工程质量。
2.2形体错列
轻型钢结构设计时，形体错列的主要原因是实现受力分解，特别是大跨度工业建筑，通过形体错列可以缩短跨度，避免中间部位的轻型钢结构出现严重的弯曲、下沉。根据错列方向的不同，可以分为垂直错列和水平错列两种类型。垂直错列就是每隔一定的跨度，调节轻型钢结构的高度，形成高低错列。这样既可以提升工业建筑的立体感，增强了美观性，同时又能够保证工业建筑的轻型钢结构受力相对均衡。水平错列多见于箱体结构多层建筑。它最大特点是建筑横向空间可根据需要无限延伸，单个箱体自成功能或在内部相互连通成为大空间。在工业建筑中，常出现在工业展示建筑中。
2.3结构布置及材料选用
在大跨度钢结构工业厂房的设计过程中，为保证竣工后厂房的稳定性，需从结构形式、支承形式、支座形式、球节点形式的选用上入手，最终保证结构稳定。在设计与建造的过程中，需要注意厂房内部的结构布置，比较常见的问题是在设计的过程中进行了局部削弱或建造过程中出现突变形成的薄弱部位，而所产生的这种薄弱位置在正常使用过程中，当其内部的内力过大或在长时间使用过程中产生变形集中，就会危及工业厂房的稳定性。
因此在建造过程中需加固其薄弱的地方，从而提高厂房的抗震能力、稳定性能及使用寿命。综上所述，在设计过程中对结构的布置需格外重视，在确保建筑材料质量的前提下，保证刚度在整体结构中的分布均衡及在整个建筑物中的整体性及传力均衡，确保当发生地震时能及时向其低端的支座进行力的传递。
2.4结构节点的空间造型
现代建筑强调结构造型，暴露的节点真实表现构造和结构的关系，成为一种新的审美情趣。钢结构节点能立体地解决节点处受力问题以外，还可根据造型要求塑造出具有逻辑性的空间形象，将结构之间力的传递艺术化、视觉化。因此，空间形态精致与否往往体现在这些节点细节的精致程度上，精确简洁的结构节点无疑是轻钢建筑空间设计的重点。
3结构设计
3.1钢柱设计分析
对该钢结构厂房的钢柱结构进行单元划分并计算其内力，取各工况内力最大值，得到钢柱内力。由计算结果可知，最大轴力出现在单元2和单元5处，最大弯矩出现在单元3处，故上述单元是最危险单元，需要着重考虑。由此本设计中单元2、单元3和单元5均采用面积较大的缀条格构式柱，可见其在多跨重型钢结构厂房中的合理性。具体分析来看，大重量的起重机对钢柱造成的弯矩影响已经不可忽视，钢柱成为典型的压弯构件，普通钢柱并不能满足设计要求，故本设计中牛腿面以下采用缀条格构式钢柱。
3.2功能设计
工业建筑屋面的面积较大，一些连续、多跨的建筑，还分为多个屋脊，包含多个内天沟，因此对屋面设计也提出了较高的要求。在屋面设计时，首先要保证各项基础功能的发挥，满足工业建筑正常、安全使用的需求。例如，要重点做好屋面排水设计，排水坡度通常在3%-5%之间。如果坡度过大，必然会挤占工业建筑的室内空间；而坡度偏小，则会影响排水效果。还有就是屋面板接缝处要重点做好防水设计，内天沟也要保证排水效果，避免因为设计不合理而出现长期积水的问题。除了排水设计外，像屋面通风、屋面采光等，也都是轻型钢结构建筑设计中必须要关注的地方。
3.3将再生资源纳入建筑设计
将再生资源纳入建筑设计是目前国家大力倡导的一种建筑设计方案。因此，在厂房的设计中，可加入先进的太阳能光伏发电技术。由于在厂房的外部结构上增加了太阳能光伏发电系统，因此在设计时要合理整合太阳能光伏发电系统，将发电系统放置在钢结构厂房外部结构上，将两者有效地融合到一起。这种设计可有效提升大跨度钢结构工业厂房本身的稳定性能。并且这种秉承绿色节能建筑的设计理念，符合当今时代的发展要求。虽然太阳能光伏发电系统可提升厂房的稳定性能，但在设计过程中需注意，添加太阳能等可再生能源在厂房的结构设计中，需提高原有钢结构厂房的承载能力。因此，在设计过程中可选择增加底座主体的叠加方案，这种设计既保证了钢结构厂房的稳定性又不失美观。而可再生资源的加入将直接导致钢结构厂房的实用性大幅提高。
结束语
社会的发展，科技的进步，大幅推动了建筑工程的发展，同时促进了钢结构在建筑工程中的广泛运用。但是，钢结构厂房稳定性的保障是整体设计方案中的一大难点，并且钢结构设计的稳定性将会直接影响到工业厂房的整体质量。以上为针对大跨度钢结构工业厂房结构稳定性设计探析的论述。
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