工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

Summary：工业厂房的建设是工业发展的重要基石之一，随着经济的飞速发展，工业也不甘落后，这也标志着工业厂房的数量和规模不断增加和扩大。要想保障工业厂房建设的速度和质量，更进一步为工业的发展提供一定的基础，厂房钢结构的设计和应用在建筑业中占有不可替代的地位。本文对工业厂房钢结构设计的相关内容进行分析研究，阐述钢结构设计中应注意的要点，以期为相关设计人员提供参考。Keys：工业厂房；建筑结构；结构设计；结构优化前言：随着经济的不断发展，我国的工业产能也得到了显著提高，成为维持社会稳定运转的重要因素。现阶段，工业厂房的建设数量在不断增加，为保证工业厂房的质量安全，厂房的结构设计至关重要。。设计师在设计工业厂房建筑结构的过程中，需要有效分割不同平面结构和三维空间结构，并确保建筑物室内和室外空间格局的稳定性和安全性，突出建筑的多重用途。钢结构厂房的结构特点钢结构厂房主要是指利用钢材制作梁柱等承重构件、屋架以及屋盖的厂房建筑。随着我国基建水平提高，对材料的使用量和性能都有了提升。建筑钢制材料经过不断的改进，在质量和产量方面得到不断增加，随着应用范围的扩大，钢结构在建筑中的构架应用表现出的优势也将越来越明显，在接下来的应用范围势必会再次拓展。但是与传统的混凝土材料相比，钢结构虽然具有质量轻、屋架跨度大、房屋轻度高，施工周期短、投资成本抵、防火性、防腐蚀性好以及便于拆卸和可回收利用等优点，可以快速投入使用，尤其是在厂房建设中的应用优势更是体现的无可比拟。2.工业厂房结构形式在工业厂房结构设计的阶段，对于钢结构的设计人员需要对钢结构自身的稳定性以及安全性进行分析，明确结构的设计形式。对于大型工业厂房系统来说，这个设计属于一种重型的钢结构，应当分别考虑系统横向稳定性，与建筑纵向整体刚度和结构稳定性。在设计环节需要对厂房边柱与中柱进行分析，一般而言这些位置的设计可以采用实腹工字型结构柱与格构柱连接，并通过利用高强连接螺栓与插入式钢柱脚连接，籽钢柱脚与衬底基础连接起来成为一个整体结构。厂房钢结构屋面的整体支撑框架系统中，包括了水平支撑框架与屋面柱梁问竖向支撑，水平框架支撑系统与屋顶横向、纵向角钢架构成是一个整体封闭结构体系，这本身就使建筑钢结构整体刚度得到大幅提升。同时针对厂房屋顶柱问纵向支撑全部采用钢结构，可以与整个屋面水平框架支撑结构共同支撑构成一个整体空问封闭稳定的体系，这种结构形式具有较高的稳定性，厂房的安全系数也相对较高旧。3.工业厂房钢结构设计要点3.1防火（抗火）设计当前,在工业厂房设计工作中,设计人员需要重视多个方面的问题,尤其是厂房对防火和抗火能力的实际需求。在工业厂房中,生产工艺类别、设备运行的温度、存储物品危险类别等对厂房的防火能力提出了不同需求：部分厂房被定为甲类车间、甲类仓库,这些工业厂房必须具备高防火性能；还有部分厂房是用于冶金类生产的,厂房内常常存在熔炉、窑炉、液体金属塑型设备等,厂房内部温度极高,这类厂房也具有较高的防火性能要求。长期处于高温环境下,钢结构可能出现微变形并产生二次应力,而降低钢材的使用寿命（主要是钢材屈服强度降低）,影响建筑结构的整体安全性。为保证厂房的使用寿命以及厂房工作人员的生命安全,设计人员在进行厂房结构设计时需要考虑厂房的使用用途,选择稳定性能好的钢材,并结合使用防火涂料、防火隔层,减少钢结构在长期使用过程中的强度损失,避免钢结构出现局部较大变形等安全隐患。为保证工业厂房结构的防火性能,设计人员需要加强对防火涂料产品的了解。其中,水性膨胀型防火涂料的防火性能突出,对环境污染低,易存储,涂刷操作也较为简单,能够有效节约成本。需要注意的是,工作人员应选择与使用合适的乳胶,控制好颜料的比例,其中,乳胶混合料可采用聚醋酸乙烯酯乳胶与醋叔乳液进行复配。3.2优化抗震设计对于工业企业来说，工业厂房的结构设计方案需要涵盖更多的系统功能和性能指标参数，因此需要逐步优化建筑结构的抗震设计，以确保基础和地上建筑结构的安全稳定。但在工业建筑结构抗震设计优化过程中，设计人员需要客观考虑工程施工区的自然生态环境、天气气候条件和地理空间特征，从而快速界定不可抗力危险因素的风险等级和影响范围，从而客观评价和量化建筑结构的抗震等级。在优化抗震设计和参数建模过程中，需要准确测量建筑物的自重荷载数据指标，客观统计分析建筑物在外力作用下的抗震性能。设计人员应充分发挥钢结构在力学性能上的优势，减少外力和结构载荷的负面影响。无论是轻钢结构还是装配式建筑结构，其用途都非常明确，因此需要在保证工业厂房内部空间格局协调的基础上，对建筑物的内外抗震结构进行优化设计，确保水平和垂直、对角线方向能够及时部署，应用加固措施。3.3优化支撑结构设计建筑支撑结构设计的优化，需要进一步减少建筑材料的实际应用数量，但是需要显著提升建筑物屋面支撑结构的安全性和耐久性，也需要对其天花板吊顶结构层开展客观评测和荷载量计算分析等工作。在进一步优化支撑结构设计方案的过程中，设计师需要严格测算工业厂房建筑实际跨度指标，合理配置实际生产活动的环境条件和防火消防管道等基础设施，才能够有效降低火灾风险系数。在设计相应的支撑结构时，相应的建筑结构设计师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。很多造纸厂企业在对工业厂房建筑进行规划的过程中，也容易忽略支撑结构的抗震性能指标参数，因此设计师需要从实际情况入手，优化支撑结构的设计，用最少的建材实现安全稳定的建筑物屋面支撑功能。3.4防腐防潮以及钢材用量方面的设计目前，工业厂房的生产往往伴随着许多生产任务，生产时间长，生产环境封闭等，容易导致厂内湿度过高。厂内湿度过高，不仅会加速钢结构的氧化程度，还会导致钢结构的腐蚀，厂房的稳定性将难以保证。因此，在设计厂房结构的过程中，设计人员应了解厂房中的生产操作内容，还需要根据实际生产环境制定相关策略，以避免钢结构的腐蚀。目前，我国钢材的防腐工作主要是刷漆，其次是施工隔离层，以确保钢结构与外界环境隔离。特别是在蒸汽量大的地区，保温层的施工可以提高结构稳定性，延长钢结构的使用寿命。此外，在厂房结构设计过程中，设计人员还需要使用专业设备计算钢材用量，完成每个子项目钢材用量的确认。设计师通常使用BIM技术完成钢结构的整体结构设计，并通过三维模型模拟钢结构的承载能力，揭示结构中的缺点，调整钢量，保证钢结构的稳定性。4.结束语：综上所述，钢结构建筑物因其自身重量轻、高承重性、建设工期较短等优点，逐渐成为一种广泛采用的建筑结构，并被大量应用于工业厂房建造中，在厂房结构设计工作中,设计人员要综合考量防火（抗火）性能、抗震能力、防潮防腐效果等方面,全面提升厂房钢结构的质量,保证厂房的稳固与安全。Reference：[1]邱志刚.工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析[J].门窗,2019(14):136.[2]吴楚卿.钢结构设计在工业厂