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工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究周斌

发表时间：2021/9/10 来源：《时代建筑》2021年8期4月下作者：周斌

[导读] 工业对国民经济健康稳定发展所做出的贡献是毋庸置疑的，而我国现代化工业在发展的过程中，对于厂房的需求规模和数量也在逐渐增加。工业厂房作为工人生产以及休息的主要场所，需要保障其结构设计质量符合现行相关标准的要求，从而维护工人的人身以及生产安全。

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摘要：工业对国民经济健康稳定发展所做出的贡献是毋庸置疑的，而我国现代化工业在发展的过程中，对于厂房的需求规模和数量也在逐渐增加。工业厂房作为工人生产以及休息的主要场所，需要保障其结构设计质量符合现行相关标准的要求，从而维护工人的人身以及生产安全。钢结构因其本身的自有重量以及在抗震性能方面所具备的优势，而得以在工业厂房结构设计中广泛应用。本文针对工业厂房结构设计中钢结构设计的优势以及应用要点、施工质量提高的保障措施进行了深刻的研究。
关键词：钢结构；工业厂房结构设计；优势；要点
        在我国工业健康持续发展的过程中，厂房的数量和规模扩展也从某一个层面客观反映出其所属企业在业务经营方面的拓展。而厂房本身的结构设计也是工业企业管理工作的重要组成部分，一个合理的工业厂房结构设计能够在合理分布生产区域和休息区域的同时，有效维护工人的人身安全。而钢结构因为自身在开间以及结构自重较轻等方面的优势，成为了工业厂房结构设计中的新宠，故此本文对钢结构在工业厂房结构设计中的具体应用及其要点进行了研究探讨。
        1、钢结构在工业厂房结构设计中应用的优势所在
        1.1钢结构开间较大
        之所以钢结构能够在现代工业厂房结构设计中得以广泛应用，钢结构开间较大就是其主要优势。简单而言，和其他的建筑施工材料相比，钢结构在自重及灵活性方面有着较强的优势，而在同等材料施工建设的过程中，钢结构在运输和吊装方面更加灵活，一般而言，钢结构跨度最大值不会超过50厘米，并且其重量也仅为传统的混凝土结构的1/3。当厂房的屋梁高度数值处于相同的情况下，钢结构的开间远比传统的混凝土结构多出60%。如此一来，钢结构在工业结构厂房设计布局的过程中具备较为显著的灵活性，能够更好的满足工业厂房结构设计过程中的大跨度需求。此外，钢结构在安装拆卸的过程中相对较为简单，工业厂房建设所需的时间相对较短，一般而言，在钢结构工业厂房进行安装施工的过程中，房梁、屋架等方面的钢结构材料都是交由专门的构建生产商进行提前生产，不但质量符合相关标准的要求，也极大的压缩了钢结构施工所需的时间。
        1.2结构自重较轻
        与惯用的传统混凝土厂房结构相比，钢结构因其自重相对较轻，能够显著的降低整个结构的地基承载压力，并且钢结构体系在工业厂房结构体系中的应用，能够更为有效的解决混凝土结构抗震性能较低且施工建设较为繁琐的劣势。在钢结构厂房设计的健康持续发展影响下，冷弯薄壁的钢结构在住宅类型的建筑施工过程中得到了广泛的应用，不但能够进一步强化工程结构本身的防腐性能，也能够有效延长建筑工程的使用寿命。
        1.3施工效率和抗震性能的优势
        在工业厂房结构设计工作环节中，钢结构构件的相关生产制造都可以通过高强度以及机械化的生产所得，这也就使得钢结构构件本身的质量和精准度有了一定程度的保障。除此之外，在钢结构构件到达工业厂房施工现场之后，相关人员则可以使用高强度螺栓对钢结构的构件进行固定，并配合一些简单的固定方法，进一步强化钢结构的稳定性，能够在降低工程索要的施工周期的同时，将施工流程和程序进行合理简化，持续提供厂房结构施工的效率。此外，因为钢结构本身在韧性和塑性方面有着相对较高的优势，能够有效削减因为地震所带来的各种强大的地震荷载，最大程度在地震发生时维护工人的人身安全。
        2、钢结构设计在工业厂房结构设计中应用的要点
        2.1结构的防火设计
        在工业厂房结构设计中，与传统用的混凝土结构相比，钢结构更加容易受到温度变化的影响，换言之，在防火性方面优势不强。如此一来，在钢结构应用到工业厂房结构设计工作的过程中，设计需要重视钢结构的防火设计，简单而言，设计人员需要在工作中合理划分厂房的火灾发生类型，并根据现行的相关标准确定工业厂房的防火等级，以此来避免火灾隐患对于钢结构稳定性所产生的巨大影响，持续强化钢结构厂房的防火性能。在设计工作环节中，为了持续强化钢结构本身的耐火性能，可以在其表面涂刷相应的防火涂料，并且设计人员需要对火灾预防的控制操作以及设计质量进行合理的优化，最为简单的便是在整个工业结构厂房设计的过程中，对火灾逃离出口做出合理布置，确保能够在火灾发生时，第一时间内疏散人员，最大程度降低人员伤亡。
        2.2结构的防腐设计
        钢结构厂房在长期使用的过程中，很有可能和因为遭到外界自然环境的影响遭受到不同程度的氧化和腐蚀作用，而在工业厂房结构内部环节湿度相对较大的影响下，氧化和腐蚀反应的速率会有所增加，而在钢结构构件被腐蚀之后，其截面也会逐渐变小，同时出现不同程度的局部锈迹，如此一来，便会导致钢结构的主要受力位置应力集中，直接影响到整个结构的应用性能。为了避免钢结构厂房在应用过程中的快速腐蚀，设计人员需要在全面分析厂房环境影响要素的前提下，制定出科学合理的结构防腐设计方案，最为简单的方式便是在钢结构及其构件的表面涂刷相应的防腐涂料，以此来隔绝外部环境中的腐蚀因素与钢结构的直接接触，从而有效的保护工业厂房钢结构。
        2.3结构的抗震设计
        抗震设计作为工业厂房结构设计过程中的重要组成部分，如若工业厂房的建设区域正好处于地震频发地带，则工业厂房结构的抗震性将会直接关系到生产运营的人身安全设计人员。设计人员需要以工业厂房所属区域的地震发生频率及其特征作为出发点，在全面考量当地地震强度的前提下，合理的布置钢结构工业厂房的体形，强化整体结构的传递性能，以此来提升整体厂房的抗震性能。

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钢结构的厂房内部屋架与钢柱、屋面板和屋架之间需要维持牢固的连接，并通过合理的节点处理，有效的提升整体钢结构厂房的抗震性能。
        2.4结构的荷载设计
        在工业化厂房的钢结构设计工作中，荷载设计也是其中的重要组成内容，能够为后续的厂房钢结构设计提供有力的基础，持续强化整体厂房结构设计的稳定性。工业厂房作为产品工业生产进行的主要场所，为了保障内部的生产活动得以顺利有序进行，其内部的厂房需要与各个生产模块进行有效协调。墙体的整体厚度和高度需要完全适应目前的供给设计指标要求，而在具体布置钢结构工业厂房的过程中，设计人可以通过门式钢架、网架诸多形式，以厂房建设的实际要求作为出发点，选择最为优秀的钢结构设计形式，从而达成经济型与厂房性能的双赢目标。
        2.5钢结构的合理计算
        在之前工业厂房钢结构计算工作中，设计人员通常都是使用结构设计软件进行计算，以此得出的计算结果，能够为接下来的各项设计活动提供精准的参数支撑。在具体的计算过程中，设计人员需要通过对不同软件的计算结果进行对比，从而确定结构的最佳截面，以此在保障工业厂房的结构性能水平的同时，有效控制整体的成本投入。在选择钢结构工业厂房荷载数值的工程中，设计人员需要以厂房所属地区的自然环境条件作为出发点，对钢结构的荷载能力水平进行适当的补充，并要求在全面认识到钢结构净截面的结构参数会对整体构建带来影响的前提下，全面结合结构环境等因素选择合理的钢结构连接方式。
        3、保障钢结构厂房设计施工质量的措施
        3.1高强度螺栓的合理安装
        在钢结构工业厂房施工的过程中，高强度螺栓的安装是连接钢结构构件的有效方式，在其具体安装的过程中，需要在钢结构构件初始就位之后，使用普通螺栓进行优先的固定，并在经过调整之后将之替换为高强螺栓进行拧紧。在钢结构工业厂房使用高强度螺栓进行全面连接之后，在日常的管理工作中，需要重视高强度螺栓与连接板接触面的平整性。一旦出现的接触面不平整现象，则可以根据接触面所出现的间隙大小进行适当的处理，比如在间隙小于一毫米的情况下可以不进行处理，而一旦大于三毫米则需要在加入垫板之前，对垫板的两边进行喷砂处理，确保安装摩擦面能够始终处于一种干燥状态。在高强度螺栓连接的过程中，施工人员需要根据厂房中具体的使用位置领取对应规格、数量的高强度螺栓，避免出现高强度螺栓的浪费。而在安装的过程中，施工人员需要遵循轻装、轻卸的原则，使用光头撬棍和冲定对正上下或者前后的连接板的螺孔进行施工操作，确保螺栓能够自由进入，以此来避免出现螺纹的损坏的问题。此外，可以将急需安装的构件照需要吊装的顺序进行直接堆放，后使用的放在下面，不急使用的放在外面，进行存放的时候应该进行专人的管理，并且做好供货清单的记录。
        3.2钢结构的合理安装及焊接
        钢结构的工业厂房在立柱、屋梁安装完成之后，需要第一时间来进行安装矫正，在这一工作环节中，设计人员需要全面考虑到工业厂房所处环境的风力、地形、日照等多种因素。在钢结构工业厂房施工建设环节中，每当一个钢结构构件安装完成之后，必须要进行矫正工作，及时的检查并解决出现的各种问题，最为常见的方式便是使用千斤顶进行矫正，在矫正完成之后及时进行加固。在钢结构工业厂房施工的环节中，由于需要进行大量的焊接工作，但却因为整个焊接工作环境相对较为复杂，从而影响到了整体的焊接工作质量。如此一来，相关技术人员必须要在焊接工作中严格遵循工艺标准要求进行焊接，以此来保证钢结构工业厂房的建设质量能够符合既定的标准要求。简单而言，钢结构工业厂房的立柱、屋架、屋梁需要采用一、二级的焊缝，并且不能存在缺口、裂纹等缺陷，在焊接工作完成之后，需要针对这些焊缝进行一级的无损检测工作。
        3.3结合厂房实际状况强化结构设计性能
        对于钢结构工业厂房而言，钢结构支柱的一种主要表现显示便是套管的外部承包，为了持续强化外部柱脚的抗震性，则需要将外层的高度和柱腿的横截面之间的宽度比值进行合理的调整。为了保障厂房内部钢结构的荷载力符合相关标准的要求，钢结构支柱通常都会使用沉入柱塞的形式，此外，为了持续提高整个钢结构工业厂房的抗震性能，必须对埋桩的深度进行有效的控制，并体现出箱内埋藏深度和主横截面高度的差别，H型柱以及柱脚之间的工字钢柱长度比例需要分别进行控制以及优化。从目前的钢结构防腐设计来看，一般都是以外部的防腐建设材料作为基础，通过在其表面涂抹相应的防锈材料，避免外界环境中的腐蚀因素与钢结构构件直接进行。除此之外，也可以在钢结构的表面通过镀锌处理，更好地提升其防护效果。由于钢结构本身的防火性能相对较差，设计人员需要根据工业厂房生产的产品以及实际环境的特征选择合适的防火设计。
        4、总结
        工业的发展离不开工业厂房的建设，高质量的工业厂房建设对生产的安全性和稳定性，以及工人的生活质量都有重要的促进作用。钢结构设计以其良好的稳定性和灵活性，成为当前厂房设计中主要的设计方式。在进行钢结构设计时，要综合考虑设计和施工过程中的遵循的原则和注意的问题，以便保证厂房建设的顺利进行，促进厂房建设质量的有效提高。
参考文献
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