分析工业厂房钢结构设计的特点及其常见问题

分析工业厂房钢结构设计的特点及其常见问题

发表时间：2019-05-24T09:37:22.157Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：沈域王鸿斌

[导读] 摘要：工业作为我国国民经济重要的支柱产业之一，在长期的发展过程中，离不开与其配套的工业厂房建设。

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摘要：工业作为我国国民经济重要的支柱产业之一，在长期的发展过程中，离不开与其配套的工业厂房建设。因此工业厂房建筑施工成为工业发展的重要组成部分，而工业厂房建设不同于普通的房屋住宅建设，无论是设计理念还是设计效果都有其自身的特点。近年来，经济全球化程度加深，新工艺和新技术的引入和发展，也为工业厂房钢结构注入了新的活力。基于此，文章重点分析了工业厂房钢结构设计的特点及其常见的问题，通过明晰设计过程中的要点，以帮助相关从业者科学和高效地开展工作。

关键词：工业厂房；钢结构设计特点与常见问题

钢结构以其较好的抗震性能、较快的施工速度以及较轻的自重等优势，成为工业厂房设计施工的首选。现阶段，工业市场规模的不断扩大，人们对工业厂房的建设要求也愈发严格。工业建筑除了要具备可靠性和较强的灵便性之外，更需要满足节能环保的理念，这就需要工业厂房钢结构与时俱进，掌握设计工作中的核心要点，以更好地满足时代发展的需要。

1 工业厂房钢结构设计的基本特点

现阶段，工业厂房钢结构施工建设的过程中，多使用通过钢板与热扎、冷弯连接的钢结构承重构件，而厂房的设计形式一般是门式钢架轻钢结构体系。这种工业厂房钢结构施工工艺不但具备良好的灵活性，方便建设施工单位根据用户的实际需求来随时对工业厂房钢结构设计体系进行合理恰当的改善，并且因为大大提升了建设结构的承载力，施工人员在建设过程中可借助轻型H型钢，逐步提高工业厂房钢结构的稳定性与安全性。当前，我国工业厂房钢结构建筑施工阶段对此类施工工艺的运用已经较为成熟，在车间、仓库等厂房结构的建设工作中更是随处可见钢结构工业厂房的身影。

结合近年的相关数据来看，工业厂房钢结构设计的基本特点表现在如下几方面：首先是强度高和自重轻，适用于空间较大和跨度较大工业厂房设计。同时随着钢结构新技术的研发与应用，工业厂房钢结构受益颇多，刚性和抗震性能得到了显著的改善。另外，科技的发展，新型钢结构材料的投入使用，在工业厂房钢结构的建设施工中可以循环回收利用，不但有效地节约了工业厂房建设施工的成本，还实现了节能环保的社会效益。

2 工业厂房钢结构设计中存在的常见问题

虽然工业厂房钢结构设计在我国工业建设领域中已经得到广泛的应用，但是在设计工作中，仍然存在一定的问题，需要施工人员予以重视。首先，设计理念不够清晰，缺乏一定的合理性是制约工业厂房钢结构设计水平提高的直接因素。最突出的表现是建筑施工实际往往无法按照结构设计图的相关规定和要求，落实到施工环节中。一方面受设计人员主观意识的影响，图纸中可能会出现潦草或者象征不明确的标注，影响施工人员的判断，使得工作无法按要求展开。

另一方面则是不同施工单位有着不同的施工水平，所以对设计图中各个节点的认识也有不同的看法，加上与设计人员沟通不够及时，就很容易导致建造的钢结构工业厂房与预期相比大打折扣，甚至出现工程质量不合格的局面。其次，设计过程中，成本造价控制意识的淡薄。工业厂房建筑涉及面广且施工周期长，造价控制能够在一定程度上减少企业面临的成本风险。但就工业厂房钢结构设计的现状来看，有不少设计人员在设计阶段只是考虑了用钢量的大小，而忽视了实际钢结构构件在加工制造、材料运输等实际施工过程中会产生的造价差距，进而在正式施工阶段就会出现成本的累积增加。

3 工业厂房钢结构在设计过程中的要点

显而易见，工业厂房钢结构在设计过程中，要充分重视施工工艺与钢结构设计的相互协调。钢结构工业厂房作为工业生产领域中的一大重要模块，是保障工业生产有序进行的重要前提。为此设计人员不但需要考虑墙体厚度、高度以及宽度的指标是否达到，钢支架分布是否合理等厂房钢结构设计中涉及的各项标准参数，还要根据网架、塔桅、轻钢、索膜、框架等钢结构的基本形式，结合企业的实际需要和厂房建设环境选取作为合适的钢结构。具体来说，当悬挂荷载偏大时，应选用网架结构，这样能在一定程度上减小工业建筑的荷载压力。另外，就工业厂房结构选型来说，也可以使用不同的材料用于支撑结构，当然选择的前提始终都要按照具体使用要求。比如，无缝钢管中含有中空的截面，可用作输送对流气体的管道；而诸如圆钢、钢管等部分实心的钢材，因为质量较轻，在钢结构的工业厂房应用中，能够大大提升整体的稳定性。

然后，在工业厂房钢结构的设计中，还要全方位考虑结构计算的过程，尤其要保证荷载取值准确无误。就工业厂房建设实际而言，评价和分析计算结果以此来调整设计规划，是提升工业厂房钢结构设计可行性的重要保障。判断计算结果，不但要结合工业厂房建设的实际情况，更要按照工程的相关设计经验。在此过程中尤其要注重结构计算的首要条件，荷载取值的准确与否，因为这直接决定结构计算的最终结果。举例来分析，工业厂房建设施工工艺提出的荷载为20 kN/m2，在参考了工艺设备中的布置图和重量的具体参数后，发现以相关规范作为标准而应用的荷载计算方式，得出楼面等效只需要考虑15 kN/m2就已足够。但我国幅员辽阔，区域之间天气、气候差异大，尤其是北方的部分地区常常会出现强降雪天气，按照这种计算方式来设计钢结构工业厂房很容易出现坍塌事故。因此，钢结构设计计算中要结合客观环境充分考虑建筑的荷载情况，以确保工业建筑安全性为目标，取荷载极限最大的值。

另外，工业厂房钢结构设计需要严格遵从弱梁强柱的基本原则，并且注重弱构件强节点的设计。设计要求与施工构建基本统一是工业厂房建设的必要需求，但是受客观因素的影响，节点在某些时候可能无法满足抗震需求。在梁端与节点部位柱端，受弯承载力有一定程度的差距。一方面由于梁柱部位的中心线通常不可以重合，所以柱端受弯承载力往往大于前者。另一方面，考虑到柱端节点中核心区域部分的受力和构造，会受节点偏心和柱截面的影响。所以，设计过程中普遍采用柱端弯矩增大设计值的方式，这就是弱梁强柱的具体体现，以提升柱的抗弯能力，增强其受力过程中的持久性。

最后，在工业厂房钢结构设计中最容易被忽视，也是最需要加强的就是防火设计的可靠性。因为钢结构材料的原因，钢结构工业厂房的防火能力相对较差，特别是处于100 ℃以上的受热环境中，如果温度持续升高，钢材的抗拉强度就会不断降低，在温度达到50 ℃以上时，钢材更是会产生徐变的现象。而一旦温度达到500 ℃以上的情况时，钢材强度会到最低的极限值，此时就容易出现工业厂房塌落的事故。所以，工业厂房钢结构设计中要明确相应的工业建筑防火规范标准，通过有效确定钢结构工业厂房火灾的危险性等级，对钢结构工业厂房的耐火能力和耐火级别有明确的规划。相应的专业设计人员要结合借助实际制定钢结构的防火应急方案，可以通过选用合适的防火涂