摘要：不同于民用建筑，工业厂房因其自身的功能特点，需要我们对钢结构厂房做出合理设计，便于钢结构厂房内部进行合理的设备布置，满足工厂的生产需要，同时也设计出经济、科学、低碳环保的钢结构厂房，促进钢结构厂房的应用及发展。由于钢构件可以循环利用，钢结构符合可持续发展的需要。虽然钢结构还存在着不少问题，但技术人员不断地改进并逐渐会解决这些问题，未来钢结构的使用范围会越来越广，钢结构将越来越受到重视。
关键词：大型钢结构；厂房；结构；设计
1 钢结构的优点
首先，钢结构材料强度高、质量轻。衡量质量轻重可以通过钢材的密度与强度的比值来确定。如钢材（1.7~3.7）×10-4m，钢筋混凝土 18×10-4m，对比得出钢结构的质量轻。在荷载和约束条件都相同的情况下，钢结构的自重比钢筋混凝土自重小很多。比较跨度和荷载都相同的钢屋架与钢筋混凝土屋架，前者比后者轻 2/3~3/4 左右，若采用更轻的薄壁型钢，则更轻，比后者轻 9/10。结构自重轻不仅可以降低运输费，还可以降低吊装费。其次，钢结构工业化生产程度高，施工工期比较短。钢构件只需要在加工厂大规模大批量生产，可以机械化制造。钢结构采用工厂加工、工地安装的施工方法。这样不仅缩短了工期，同时也可以降低工程造价，从而可提高经济效益。再次，钢结构的抗震性能比较好。在地震中，损坏最轻是钢结构建筑。这是由于钢结构自重比较轻和结构体系相对比较柔。当地震发生时，混凝土建筑容易开裂而粉碎性倒塌。钢结构建筑则不同，由于其的延展性能可减弱地震对建筑物的破坏力。钢梁和钢柱组成的柔性框架足以抵抗 8 度以上的地震作用，因此广泛应用于在抗震设防地区特别是强震区。然后，钢结构耐热性较好。钢材从常温到 250℃，性能基本不变化，耐热性较好。最后，钢结构符合绿色建筑的可持续发展的要求。钢结构能合理利用资源和能源，对环境的污染较小，是绿色环保建筑。由于搅拌浇筑混凝土的手工湿作业，施工现场会产生大量的粉尘和噪声。钢结构不需要使用砂石、水泥等散料，可以避免扬尘、废弃物堆积和噪声污染等问题，也能有效地降低建筑垃圾。钢结构的材料基本上是钢材，可以全部回收，符合国家可持续发展的要求。在相同规模的建筑，钢结构施工中产生有害气体的排放量，却只有混凝土结构的65%左右。其施工过程能耗较低，隔热性能优越，在降低住宅碳排量方面具有明显的优势。
2工程概况
本工程为某一大型公司的结构厂房建设项目，该项目分为一、二两期进行建设，一二两期工程各为厂房面积的一半。一期的建设工期为100d，二期的建设工期为90d。厂房的纵向长度为150m，横向宽度为180.6m，总建筑面积为27564㎡。沿着厂房的纵向，柱与柱之间的跨距为7.5m，沿着横向，跨距则为30m。在厂房的中间部位处，设置有温度伸缩缝。在每跨内设置有两台10t的电动单梁吊车。厂房的立面采用双脊双坡的形式，坡度则控制在5%。墙体采用黏土砖墙，其厚度控制在240mm。在墙体沿着高度的方向，设置有三道圈梁。屋面采用单层压型钢板，其厚度控制在0.5mm，在其下部则为保温玻璃棉并配置金属网，玻璃棉的厚度为75mm。为了不耽误企业的正常生产，厂房急需短时间内完成。经过相关工作人员的研究和探讨，厂房的结构设计决定采用门式刚架结构。
3 厂房的结构设计
由于本工程的建筑平面尺寸比较大，结构布置成了该工程设计的重点和关键，尤其是要处理好横向温度伸缩缝及支撑的布置和如何选取支撑形式。
3.1横向温度缝的设置
本工程的厂房的设计主要是按照GB51022-2015门式刚架轻型房屋钢结构技术规范的规定。该工程的横向宽度为180米，纵向长度为150米，按照规程的规定，其横向宽度是不符合规定的。针对这种大面积的厂房，首先要解决的问题就是要先处理温度伸缩缝。对于长框架所产生的温度伸缩缝问题，一般可以采取的解决办法包括两种：①消除温度变化所产生的应力，可以在柱顶或者梁中的合适位置处设置滑动支座；②在中部设置双柱，此外，可以将较长的一榀框架分成两榀，从而使框架的长度满足规程要求的横向温度区段的长度。在第一种处理方案中设置滑动支座，一种是将其设置在柱顶，另外一种则是将其设置在梁中反弯点处。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据其他工程的相关工程经验可以知道，设置滑动支座的这两种方法均在侧向位移和用钢量方面能够取得较好的效果，但是仍存在着一定的不足之处，比如说由于梁截面变化较大会对滑动支座的安装造成不利的影响，为了解决这一问题，需要设置大量的屋面支撑。在第二种处理方案中，设置双柱的措施需要设置一排钢柱，这样会导致用钢量的增多，但是这种方法可以很好地消除温度应力多产生的不利影响。因此经过综合的分析考虑，在该工程中，设计人员最终决定在横向中部设置双柱。
3.2支撑系统设置
为保证钢结构厂房的空间工作，提高厂房钢结构整体刚度，使钢结构可以有效承受水平和纵向作用力，避免杆件变形失稳，需要结合厂房结构的具体形式、车间吊车设置、振动设备和厂房的高度、长度等来设置支撑系统，钢结构厂房的支撑系统设置包括柱间支撑和屋盖支撑系统。钢结构厂房的每一温度去都应该设置可靠的柱间支撑系统，同时在设置时需要保证该系统和屋盖支撑布置协调一致。在设置时要注意下柱支撑位置决定了钢结构的稳定性同时影响温度应力大小，所以在设置下柱支撑时要尽量选择在温度区的中部，使吊车梁等构件可以随着温度变化而自由向两端伸缩。当温度区段的长度大于 150m 时，需要在温度区设置两道下段柱支撑，其位置应尽可能布置在温度区段中间 1/3 的范围内，为了避免过大的温度应力，两道支撑的中心距离不宜大于 72m。上段柱支撑除在设有下段柱支撑的柱间布置外，为了满足结构的安装要求，提高钢结构厂房上部纵向刚度，传递山墙的风力及纵向地震作用，还应在温度区段的两端柱间布置上段柱支撑。
3.3内力的计算
本次工程项目是采用门式刚架结构，对于所有的梁与柱、柱与基础都是采用刚接处理。工作人员在分析内力时，可以采用STS钢结构计算软件来计算所有刚架在恒、活、风以及吊车等荷载作用下的内力。通过计算得出的结果为：0.92是钢柱的最大应力比，0.95是钢梁的最大应力比；1 /247是钢梁的最大挠度值；在风荷载作用下，柱顶的水平位移值为1 /7526；在吊车横向水平刹车力作用下，柱顶水平位移值则为1 /1948；每榀刚架总的重量为12848千克。边柱截面尺寸则为H650×330×8×14，中柱截面尺寸为H600×300×8×14，梁截面尺寸在变截面段为H（800~600）×250×6×10，H600×250×6×8则 是 等 截面段。根据专人统计得出，本次工程项目的厂房包括所有的刚架、檩条、拉条、支撑以及钢天沟在内的全部重量总和为37.14kg /㎡，其经济效益是相对比较高的。
结束语
钢结构厂房不管是在施工速度，还是在承载能力、抗震性能和整体刚度上都具有很大优势，但是钢结构厂房因为钢材料本身的特点，在防火性和抗腐蚀性上的能力较弱。因此在钢结构厂房的设计阶段，为保证钢结构厂房的安全稳定，应积极探索厂房设计中需要注意的问题，然后扬长避短，采取有效措施最大程度地发挥钢结构厂房的价值和优势。但是钢结构同样也存在防火性差、容易受到外界环境影响而产生锈蚀等问题。所以在设计时需要充分考虑钢结构的优缺点，充分发挥钢结构的优势和价值。现阶段，钢结构厂房主要有重型钢结构厂房和轻型钢结构厂房两种，前者包括炼钢和轧钢等车间，需要在内部配置大吨位吊车，厂房往往要承受较大的作用力，所以对钢的需求量较大；后者一般采用门式钢架结构，具有施工快、自重轻且成本低廉的优点，在工业厂房构建中应用广泛。总而言之，以上内容就大型钢结构厂房的结构设计进行了分析思考。
参考文献
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论文作者:张辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/4
标签：钢结构论文; 厂房论文; 温度论文; 钢结构厂房论文; 横向论文; 截面论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第29期论文;