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钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用陈诗扬

发表时间：2021/7/28 来源：《基层建设》2021年第14期作者：陈诗扬

[导读] 随着经济和科技水平的快速发展，工业厂房钢结构形式的设计合理性保证了厂房的使用可靠性和稳定性，是安全生产的前提

        身份证号码：1307031992****0913
        摘要：随着经济和科技水平的快速发展，工业厂房钢结构形式的设计合理性保证了厂房的使用可靠性和稳定性，是安全生产的前提，所以设计人员要根据实际环境和使用要求，对厂房的钢结构设计全方面考虑，使其更高程度的满足现代工业建设对结构设计提出的最新要求，为了进一步明确如何更为科学的应用钢结构设计，特此展开本次研究，希望能够有效推进我国现代工业建设发展，使其更高程度的满足现代经济建设需求。
        关键词：工业厂房；结构设计；钢结构设计；应用研究

        引言
        近年来，因其抗震性能好、自重轻、缩短施工周期等优点，尤其是便于后期改造，钢框架结构在我国工业建筑中的应用越来越广泛。而工业建筑中因其工业装置的特殊性，结构布置时平立面不一定很规则，且抗震设防类别较高，地震作用下经常需要弹塑性分析，而目前大都只进行弹性分析。本文以某工业装置中钢框架厂房为例，先从概念设计着手，合理布置结构方案，适当简化模型，按弹性、弹塑性对结构进行分析，研究了该结构整个设计过程难点，为此种结构体系在类似工程中的设计以及计算提供参考。
        1钢结构建筑的特点
        钢结构本身具有较高的强度，在发生地震时，能够很好地消耗部分地震能量，降低地震造成的冲击，从而让损失降到最低。其次，钢结构可以有效承担施工荷载和结构荷载，在具体施工过程中可以节省大量的模板材料，促进了施工成本的降低。此外，钢结构建筑对现代住房产业的发展有很好的适应性，其商品化程度较高，在工业生产中适合批量生产。钢结构厂房结构示例如图1所示。

        1———屋架；2———托架；3———上弦横向支撑；4———制动桁架；5———横向平面框架；6———吊车梁；7———屋架竖向支撑；8———檀条；9、10———柱间支撑；11———框架柱；12———中间柱；13———墙架梁图1钢结构厂房结构示例
        2工业厂房建筑结构设计优化原则分析
        从目前工业厂房建筑结构现状来看，厂房对工业生产的方向与质量具有直接影响，决定着生产工作的建设轨迹。在工业厂房建筑设计工作中，通常会运用两种设计技术：（1）从基本概念方面入手，需要站在结构设计的全局高度，多角度多层次进行检验与分析，使得厂房结构设计满足各方现实需求。（2）需要着重修改厂房内部结构布局问题。此技术的已有经验为已经存在的现有设计，在此前提之下，运用概念设计优化方式，吸取现实经验与理论体系，创新厂房结构设计标准规格。这样一来，将逐步完善厂房建筑结构设计的整体架构，推动工业生产在相对安全便捷的环境下稳步向前推进。工业厂房建筑结构设计之中，应该保持设计人员与负责人员之间的联系与交流，时常汇报工作进展，了解最新实时动态，共同为开发更好的方案而凝心聚力，汇聚各方力量，得到全面有针对性的方案。从这一点出发，就需要在实现厂房功能和提升经济效益方面多下功夫，在实际工作中应用最新科学技术加强技术保障，使得厂房建筑结构设计更具科学化和可信化。
        3钢结构设计强化策略
        3.1钢结构工业厂房防火设计
        钢结构材料的性能主要受温度的影响比较大，较大的温差会对厂房的稳定性造成影响。所以在钢结构工业厂房的设计时，要重点考虑温度的影响和防火方面的设计。首先，设计人员要熟知和重视火灾的危险类别、防火要求及规范等，要在设计过程中，要把防火性设计放在首位，且设计要包含消防通道、消防设施等，保证工作人员的生命安全。其次，在具体施工的过程中，要采用具有一定防火能力的构件，要对钢结构涂抹防火涂料，进一步减少火灾带来的隐患，全面提高钢结构厂房的防火性能。
        3.2抗震设计
        首先，在钢结构设计过程中应保证厂房构件布置的均匀性，有利于厂房整体受力，合理布置工业厂房的纵向及横向结构，温差较大时产生的温度应力，会对钢结构的稳定性造成严重影响。为了有效避免这一问题，可以在设计过程中添加温度伸缩缝，并对温度区域长度进行明确，也可以采取双柱或单柱的方式完成设置。其次，应做好工业厂房钢结构支撑体系的设计工作，确保其合理性和科学性。只有确保合理设置支撑体系，才能让钢结构厂房的抗拉强度得到提升，钢结构支撑体系的设计需要以厂房高度、振动设备、车间吊车设置以及厂房结构形式等内容为依据。屋盖支撑和柱间支撑是比较常用的2种支撑方式，需要对二者进行协调设置，通常会将下柱支撑设置在温度区的中间位置，确保车梁等构件在温度发生变化时能够实现自由伸缩。
        3.3工业厂房建筑结构中的支撑设计优化
        还应该对相应的支撑设计进行良好的优化。在对相应的支撑进行设计时，相应的建筑结构设计人员应该对工业生产活动的具体情况有非常深入的了解。例如机械振动产生的原因等等。在相应的支撑设计中，对厂房内部中具有良好支撑作用且垂直方向的相关结构系统进行优化，其中位于屋盖处的檩条结构可以忽略。因此，如果想要对工业厂房建筑结构进行优化，应该对相应的支撑设计进行优化。
        3.4钢结构安装的质量控制
        为了提高钢结构厂的整体安装精度，在安装过程中应首先从工厂内有支撑、柱间支撑，系杆部分启动。先安装钢柱，然后安装梁、梁间杆，钢柱在安装过程中要对其轴、标高进行复测，并用缆风绳固定；安装多节柱时，每个节柱的定位轴线均应直接由地面控制轴线导向，避免过大的累积错误；安装前，需先在厂房或地面进行拼装，经测试后再吊装，在屋顶上方即可吊装，用高强螺栓相连接，其他部分均用对应的螺栓固定，但各类螺栓不得一次紧贴。高强螺栓安装时，穿入方向一致，不得强行进入，高强螺栓的冲孔开口不宜直接采用机械气割方式扩口，应在进行机械气割扩口设计操作之前事先征得相关设计操作人员充分同意。对使用高强度拧紧螺栓时也应经过初、复位压拧，后进行终结拧紧螺栓，并在同日内拧紧完成，在拧紧的进行过程中，对每根钢柱上的轴线长度进行横向动态变化跟踪，如果钢柱轴线的横向变化幅度大于指标规定的数值，必须停止进行。
        3.5加强钢结构工程材料的质量管理
        工业厂房钢结构施工需要大量种类多样的施工材料，这些材料的规格、型号、尺寸是否满足钢结构施工要求，都对整个钢结构施工质量有着决定性影响。所以在施工前期，应由专人完成对施工材料的检测，并利用BIM技术构建三维立体模型，通过立体形象地呈现整个施工状况来找出不足，优化安装方式。相关人员在检测钢结构基础部件和结构质量时，需分析实际安装过程中可能存在的风险，并提前进行安全模拟，以便能够针对施工过程中出现的风险作出有效应对。施工单位在选购施工材料时，应严格依据设计标准，经过多方调查比选出性价比最高的材料。材料运输过程中要加强对材料的防护，以免发生碰撞、变质而影响使用性能。材料运至现场后，除进行必要的质量检测外，还需做好保管存放，按照材料的保管要求进行分类存储，严禁使用不合格及变质材料，以免因材料问题而影响钢结构施工质量。
        结语
        总而言之，工业厂房建筑结构的设计优化工作对于后期正常使用将产生决定性影响，所以需要在充分掌握工业厂房建筑结构设计优化方式以及原则的基础上，钢结构材料相比于混凝土有着明显的优势，所以钢结构工业厂房也越来越广泛使用。设计出合理结构形式的钢结构工业厂房，提高环保性能，增加使用性能，建设经济适用的结构合理的工业厂房。
        参考文献：
        [1]王湛.钢结构厂房工程施工质量控制的要点和措施[J].建材与装饰，2017（7）：27-28.
        [2]高俊.大型钢厂工业厂房钢结构施工的若干技术要点分析[J].科技风，2016（1）：155.