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钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化宋海峰

发表时间：2020/12/30 来源：《建筑科技》2020年7月上作者：宋海峰

[导读] 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。

陕西铜川陕西美鑫产业投资有限公司宋海峰 727000

摘要：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，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，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，可以优先考虑钢结构。在这一背景下探究钢结构工业建筑设计要点，具有重要的现实意义。
关键词：钢结构；工业建筑设计；建筑施工
        1钢结构工业建筑设计概述
        钢材强度高、重量轻、材质均匀，具有良好的塑性和韧性，钢材的强度远高于混凝土和砌体，适合建造大跨度、高耸或重载结构。钢材建造的工业建筑自重轻，可减小基础负荷，降低地基基础部分的造价，同时钢构件截面小，可增加工业建筑的使用面积。钢结构工业建筑所需的构件可以在工厂制造，生产速度快、质量可靠，施工过程湿作业少，污染小，符合我国建筑工业化要求。钢结构工业建筑也有一些缺点，如果设计时不重视，会影响结构的使用。钢结构对风荷载、雪荷载敏感，在过去的一些实际工程中，对风荷载、雪荷载考虑不足已造成不少工业建筑破坏，甚至整体倒塌。钢结构耐腐蚀性差，钢材的腐蚀是一种不均匀的破坏，一旦钢材表面出现腐蚀坑，外界腐蚀介质会通过腐蚀坑继续向纵深发展。如果不重视防腐蚀设计和日常维护，势必会因为腐蚀问题而影响工业建筑的正常使用，给钢结构安全留下隐患。钢结构耐火性能差，温度升高会使钢材强度显著降低，故钢构件应按相关规范要求进行防火设计，采用涂层或板材隔热等防护措施。
        2工业建筑设计施工钢结构加固补强的设计原则和难点
        2.1设计原则。在工业建筑设计施工预应力钢结构加固补强设计中应遵循以下原则：（1）在施工开始前，应当考虑工业建筑设计施工最初的原设计，结合原设计中的一些数据和投入使用中后期使用状况等来明确施工过程中应当遵循的规范准则，最大限度上利用现有的结构来完善钢结构的加固补强工程。（2）在开展设计时要考虑到结构构件自重及屋面荷载等无法卸载的荷载。（3）根据使用寿命的要求开展设计，不仅要提高结构安全性能，而且需要重视工业建筑设计施工的使用功能。（4）在加固补强的施工过程中，还需要保障生产环节不被影响。（5）当加固补强方案设计完成后，需要针对方案进行模拟，确保方案的完整性，并优化其中的一些施工措施，提高工业建筑设计施工的整体性。（6）根据现如今的厂房设计规范标准，明确厂房的承载力。
        2.2加固补强施工的难点。在早期的工业建筑设计施工的建设中，所遵循的国家标准和当前的国家标准数值是相差甚远的，因此在一些结构、零件构成、荷载数值等方面还是存在不同之处,混凝土的初始缺陷和收缩等也是问题关键所在，这也增加了加固补强的难度，必须在施工设计方案之前，对原有的设计方案进行研究，寻找一个切入点，和当前的施工技术联系起来，最大限度地利用已有的结构进行方案的设计，同时还需要遵循加固补强的设计施工原则。
        3钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化措施
        3.1钢构件材料选用。在结构设计中，为使钢结构的材料特性能充分发挥出来，在方案设计阶段，选用合适的钢材，不但能确保结构的安全性能，还能方便制作和安装,同时也能使建设成本更加经济。根据《钢结构设计标准》，选用材料可归纳为以下几点。（1）所有承重构件的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格性保证，对焊接材料还要具有碳含量的合格保证。（2）焊接承重构件以及重要的非焊接承重构件的钢材应具有冷弯试验的合格保证。（3）对需要验算疲劳的结构，还应分别按照当地环境条件，具有相应的冲击韧性的合格保证。

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（4）对布置有大吨位起重机（不小于50t）的中级及以上工作制的起重机，也应满足冲击韧性的要求。（5）对于厚度大于40mm的厚钢板，材料还应有Z向性能的保证。正确选用材料，遵循技术可靠、经济合理的原则,结合结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、工作环境、材料厚度和价格因素，选用合适的钢材牌号和材性保证项目。
         3.2形体错列。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。
        3.3结构悬挑。工业生产不仅仅在室内进行，开敞的半室外空间明确了建筑功能流线，更方便分流原料和商品的运输、卸货。轻钢结构延展性强，屋面结构可向外挑出较大的灰空间.这种悬挑式轻钢屋面在原油加工销售一体化行业、矿产加工业、工厂提货区等生产领域应用广泛，也可单独作为厂区大型遮雨、集会设施。
       3.4天窗型设计。在工业建筑设计施工钢结构加固补强的设计中，应当设有天窗，一般分为纵向和横向的两种。在厂房生产运行中，若是产生大量的热量，会影响整个厂房的生产效率，而天窗能提供散热排热功能。结构复杂的横向天窗是一种比较适合柱距为12m厂房的天窗。而纵向天窗构造比较简单，但是在使用中必须设置天窗架，这样会导致其受力和受风面积增大,对厂房带来的更大的压力。
        3.5防腐设计。（1）钢结构构件和节点采用易于涂装及检查维护的结构形式。腐蚀等级为强时，桁架、柱、主梁等重要受力构件不宜采用格构式，不应采用冷弯薄壁型钢；杆件采用实腹式或闭口截面，闭口截面端部封闭。腐蚀等级为强、中时，不宜采用由双角钢组成的T形截面或双槽钢组成的工形截面。（2）钢材本身防腐蚀，即采用具有抗腐蚀能力的钢材。处于外露环境，且对耐腐蚀有特殊要求或处于侵蚀环境中的承重结构，可采用耐候结构钢。通过添加少量合金元素Cu、P、Cr、Ni等，使其在金属基体表面形成保护层，耐候钢的耐大气腐蚀性能是普通碳素钢的2-8倍.（3）涂层防腐蚀。涂层防腐蚀包括防腐蚀涂料和各种工艺形成的锌、铝等金属保护层。防腐蚀涂料一般分为底涂料、中间涂料、面涂料，根据环境腐蚀条件、防腐蚀设计年限、施工和维修条件等进行配套设计，应选择相互间结合良好的涂层配套。
        3.6防火防爆设计。①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控制。注意建筑物安全出口数量、疏散宽度、疏散距离需要满足规范要求。②严格做好工业建筑的防爆设计。工业建筑中有爆炸危险的厂房或厂房内有爆炸危险的部位应设置泄压设施。一般采用轻质屋盖和轻质外墙泄压，作为泄压设施的轻质屋面的单位质量不宜超过60kg/m2。厂房泄压面积按照公式A=10CV2/3计算，复核实际泄压面积大于计算泄压面积，保证工业建筑的使用安全。
        结语
        综上，在工业建筑设计施工进行预应力钢结构的加固补充设计施工中，应当针对原有的设计进行分析和总结，结合现有的标准来开展方案的设计。可以采用加固补强施工，才能提高工业建筑设计施工的使用寿命，确保企业和员工的人身财产安全和经济效益，同时提高厂房抵御自然灾害的能力，提高厂房的使用寿命。
参考文献
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[2]刘锦华.建筑钢结构工程设计及其注意事项[J].四川水泥，2019（6）：88.
[3]乔聪，尹淑杰，马元洁.试析建筑钢结构工程设计及其注意事项[J].河南建材，2019（3）：1–2.