琚爱红
上海中福建筑设计院有限公司 上海市 200000
摘要：随着社会的发展，随着经济的进步，我们对建筑材料的性能要求越来越多，建筑材料的不断更新也使建筑有了更大的进步，钢结构就是近年来我们使用率较多的一种建筑材料，钢结构有很多优点，钢材的塑性和韧性好，强度高，节省用材，建筑单位质量轻，对周围环境影响小，可以拼接有利于设计的多元化，施工周期短等。而我们的工业厂房平面布置规整，柱网尺寸较大，更容易标准化施工，钢结构更适合工业厂房的建设，因此钢结构大量应用于工业厂房的建造。基于此，本篇文章对钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用进行研究，以供参考。
关键词：钢结构设计；工业厂房；结构设计；抗震；防火；防腐；应用对策
引言
随着我国钢铁业的不断发展，钢结构在建筑行业中的应用也越来越广泛，钢结构设计、钢结构施工、钢结构防火、钢结构防腐等工程安全问题频出，如何做好钢结构的安全质量控制是当务之急,要从源头上做好各项质量控制，进行有效治理，确保工程的安全。
1钢结构在工业厂房结构设计中的应用优势
1.1钢结构质量较轻
钢结构的材料有很多有优点，其中比较重要的一种优点就是质量较轻，与传统的砖结构和混凝土材料相比，钢结构的材料质量要轻很多，质量轻对我们的施工有很大的便利，像运输过程中可以有效的减轻车辆的压力，更有利于材料运输，而且钢结构不用大量堆砌，可以节省很多的建筑空间，节省出来的空间我们可以运用在其它的方面，这是其它材料所不能比拟的。而且，质量轻给施工也带来很多的便利。另一个方面，我们知道日本的建筑材料以防震为主的就是质量轻的材料，那么相比传统的材料，钢结构则有更好的防震效果，可以在灾难发生时将损害降到更低。
1.2有效提升施工效率
钢结构相比传统材料质量轻的特点，那么我们来谈一谈，钢结构的施工优点。相比传统的砖混结构，施工周期长而且施工过程耗时耗力，但是钢结构在这方面就要便利很多。钢结构构件在基础施工、养护的同时，就可以在工厂加工并运到现场，待基础养护完成之时，即可安装钢结构构件，一般采用机器安装高强螺栓、局部少量焊接，既牢固又便捷。钢结构构件安装完成后，如果楼面不采用现浇钢筋混凝土楼板，不需要养护时间，即可进行上一层钢结构构件安装。可以很大程度的提升我们的工业厂房现场施工效率。
1.3钢结构空间大
钢结构空间大是很明显的特点，在空间使用率上，钢结构强度高，构件自重轻，可以设计跨度更大的空间布局，而且其断面还较小，根据多年的设计经验，钢结构与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右。在建筑功能布置上，建筑存在更大的空间，灵活丰富的分割，满足不同用户的需求。
1.4良好的抗震性
相比砖混结构的建筑，钢结构则具有更好的抗震效果，这与钢结构材料的特点有很大的关系。第一，钢结构重量轻。钢结构的容重虽然较大，但与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，特点钢结构的自重一般约为钢混结构的三分之二或二分之一。而地震力与整体结构重量相关，地震力= 自重×地震系数（FEK=ɑ1Geq）。因此，自重轻的钢结构建筑将大大减小地震力，减少地震造成的危害。第二，钢材的塑性和韧性好，塑性好，使钢结构一般不会因为偶然荷载地震灾害或其它局部超载而突然断裂。会给人们留下更大的生存空间。韧性好，则使钢结构对动力荷载的适应性较强。钢材的这些性能对钢结构的安全可靠提供了充分的保证。极大保障人民生命财产安全。
1.5 构件工厂加工，现场拼装，建造快，绿色环保。
2016年国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见国办发〔2016〕71号文：“装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合、培育新产业新动能、推动化解过剩产能。”因此钢结构装配式工程，钢结构构件基本是在加工厂生产出来的，辅以数控加工和信息技术的配合下，完成每一个安装施工环节品质达标，减少返工现象，提高了施工速度，缩短了施工周期。装配式钢结构施工过程都能呈现出绿色环保的施工理念。钢结构构件基本上是提前在工厂加工完成的，运输到现场拼装完成整体结构的。极大地减少施工产生的扬灰污、施工垃圾以及噪声污染等，而且钢结构产生钢结构垃圾还能回收使用，结合信息化施工。有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平。真实体现了绿色环保理念和保证工程质量，有益于推进建筑行业的速度进步。
2工业厂房钢结构设计中存在的问题
2.1设计质量明显不足
虽然钢结构的优点有很多，但是同时也存在着很多的问题和不足，我们一起来谈谈。一方面，假如调整了截面高度，更要调整截面板件厚度满足抗震规范强制性对钢结构构件的长细比、框架梁、柱板件宽厚比等要求，还要考虑经济。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第8.3.2条有关规定：
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很多传统设计院对新兴的钢结构设计方面专业技术人才储备不足，造成很多的设计单位的钢结构设计图纸质量参差不齐，安全性能方面达不到国家规范的相关要求。
2.2钢结构遇高温强度下降，可能导致瞬时崩溃倒塌。
钢结构的建筑抗震性能非常好，但并不能耐高温。随着温度的升高，钢材的强度会逐渐降低。无防火保护涂层的钢柱、钢梁、钢屋架等钢结构构件在火灾作用下，15分钟后钢结构就随时有可能失去承载力发生坍塌。
钢结构构件温度达到350℃、500℃、600℃时，强度分别下降1/3、1/2、2/3。而温度达到500℃时钢结构构件就会发生软化可能导致瞬时崩溃倒塌。美国9.11恐怖袭击事件后的美国纽约世界贸易中心一号楼和世界贸易中心二号楼两座大楼在遭到攻击后飞机爆炸起火，引起大楼着火，继而在高温下相继倒塌。
2.3 钢构件腐蚀后板件变薄，构件承载能力降低，导致构件破坏或建筑物倒塌。
钢结构构件中的铁与环境介质的某些离子产生化学反应，导致钢材被锈蚀，也称为腐蚀。钢构件腐蚀后板件变薄，净截面减小，构件承载能力降低，导致构件破坏或建筑物倒塌等严重后果。
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基于以上照片可以看出，钢结构腐蚀非常严重的，虽然建筑物没有坍塌，但已经严重影响正常使用和正常生产。众所周知埃菲尔铁塔被腐蚀严重，伦敦的一些钢结构建筑也被腐蚀严重，我们不重视腐蚀性问题，就会给钢结构建筑带来不可估量的灾害。所以，高质量钢结构防腐迫在眉睫。
3钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用对策
3.1 多高层钢结构抗震设计对策有以下几点：
① 场地和地基：选择抗震有利地段或一般地段；
② 规则性建筑：设计结构平面规则和竖向规则结构体系；
③ 抗震构造措施：钢结构构件截面板件厚度满足抗震规范强制性对钢结构构件的长细比、框架梁、柱板件宽厚比等要求；
④ 结构材料：选用抗腐蚀的耐候钢（希望这是趋势）；
⑤ 多道抗震设防体系：可采用钢框架-中心支撑、钢框架-偏心支撑（延性墙板）和筒体结构等；
⑥ 抗震新思路：可采取隔振和消能减震设计。
3.2钢结构防火设计对策有以下几点：
① 设计图纸上应明确画出防火分区并满足《建筑钢结构防火技术规范》、《建筑设计防火规范》等规范相关要求，结合钢结构建筑设计方案要求划分灭火区域以及防火区域，采取防火门等将建筑内部进行划分，做好防火系统设计；
② 设计图纸上应注明钢结构建筑防火等级，各钢构件的耐火极限等技术参数；
③ 设计图纸上应合理设置建筑消防灭火救援设施设备，合理设计灭火系统，防火措施；
④ 钢结构构件表面喷涂防火涂料应精细施工至关重要的；
⑤ 严格规章制度注重防范防火，做到人人都有防火意识，大力宣传做好防火预防；
⑥ 钢结构防火设计需要进一步地完善其规范要求。现在，我国的轻型钢结构标准体系和技术条件仍然存在差距，甚至在管理法方法和分工上都有着非常大的区别，这都是造成钢结构防火设计不能快速发展的主要原因。
3.2防腐设计对策有以下几点：
① 设计图纸上应注明防腐等级且满足《工业建筑防腐蚀设计规范》相关要求；
② 采用抗腐蚀的耐候钢；
③ 金属表层防腐：用具有阳极或阴极保护作用的金属或合金，通过电镀、热镀、喷镀、化学镀和渗镀等方法金属表层作为保护层防腐；
④ 化学保护层防腐：是用化学或电化学的方法，使金属表面生成具有耐腐蚀性能的薄膜，以隔离金属与腐蚀介质接触，如钢铁的钝化和磷化处理。
⑤ 高性能防腐涂料防腐：选用耐高温富锌涂料，在工厂加工完成，涂料需符合规范规定成分以及规范要求涂层的厚度；
⑥ 做好精细施工、监督和验收；
⑦ 做好检修、维护、保养是后期钢结构防腐是至关重要的。
结束语
总之，在工业厂房钢结构的设计中必须加强抗震、防腐和防火设计，加强钢结构建筑防火工作研究，提高防火水平，全面提升工业厂房的使用性能，保证厂房安全运行，提高厂房结构的使用寿命，为我国钢结构建筑的发展做贡献。
参考文献
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[7]《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017
[8]《建筑设计防火规范》GB 50016—2014 （2018年版）
[9]《工业建筑防腐蚀设计规范》GB/T 50046-2018