王晓明
（身份证号码：622 627 1985 0129 xxxx）
摘要：我国工业化进程在近些年取得了快速发展和显著成就，工业厂房作为重要的生产场所和生产要素，其在设计理念、制造工艺和安装技术方面也都取得了长足进步。钢结构工业厂房具有高稳定性、高性价比和可持续利用的建筑及材料特点，这不仅提升了工业厂房的质量和环保品质，增加了工业厂房的功能性，同时还降低了建设成本和后续的改进成本，为满足日益复杂的功能性需求、越来越严格的质量环保标准及安全性要求提供了有利条件。钢结构工业厂房的广泛采用，使其在规模、高度、横向跨度和建造难度上都不断刷新着一项项新记录，极大地增强了我国工业厂房的建设能力。
关键词：工业厂房；钢结构设计；具体应用
引言
随着我国工业化进程不断加快，钢结构厂房建设应用范围逐步扩大，因此优化设计理念、增强钢结构厂房的安全实用性和节能环保性就成为十分必要的事项。布局合理，带有前瞻性眼光的设计方案是良好的设计前提，方案具体的实施和执行要依靠结构工程师扎实的专业知识和丰富的工程经验来完成，一个成功的钢结构厂房项目设计，需要优秀的方案和精良的具体设计，二者缺一不可。本文主要结合某公司钢结构生产车间厂房案例，对钢结构厂房设计要点进行如下分析：钢结构厂房的工艺设计、荷载设计、抗震设计、整体分析计算及优化、加强防火设计和防腐设计等，明确各项设计节点的特点，全面提升项目建设质量，为企业生产发展提供稳定场所。
1钢结构工业厂房的相关特点
1.1 钢结构重量轻
相比钢筋混凝土等常见的工业厂房建筑材料来说，具备同等承载能力的钢结构自重占比要少许多，构件截面也小，运输成本低，安装方便快捷且对环境友好无污染，同等建筑面积而所得净空间较大，并且还可以降低对地基承载力的要求，从而降低工程造价。钢材由于其本身的强度较高，延性、韧性和塑性都很好，钢结构构件适合在车间预制加工，精度高，质量好，大批量生产时也易于控制并保证质量好。在厂房的安装过程中，钢构件从生产车间运至安装工地，只需通过螺栓和焊接的方式按照施工图纸搭建连接，较为简单灵活。钢结构可适用于开间跨度更大的结构，这是其十分重要的优势，比混凝土的开间要大上60%左右，大大满足了工业厂房设计的大跨度性趋势。
1.2节能环保
在建造工业厂房过程中，钢结构的制造和安装不会对周边生活环境带来很大的影响，同时钢材还可以重复的进行利用。而钢筋混凝土结构的情形就大大不一样了，其由钢筋和水泥砂浆共同组成，需要借助大型工程机械大量的工地浇筑和振动机振捣密实，施工噪声大，材料回收利用率特别低，对环境造成污染，对资源造成浪费，增加了经济成本。
1.3防火性差
钢结构有一定的耐热性却不防火，当温度到达450℃～650℃时，强度下降极快，在600℃时已不能承重，只有在200℃以下时钢材的性质变化不大。《钢结构设计标准》GB50017-2017规定，钢结构受热高于100℃时，应进行结构温度作用验算，根据不同情况采取措施。因此，必须重视钢结构厂房的防火以及对温度的控制，要清晰厂房内生产工艺环节中易燃性物料的贮存、投料及成品等各环节的运送流程，合理规划厂房空间布置情况，并做好钢结构的耐热耐火涂层和热辐射屏蔽的防护工作，防止火灾的发生造成生命和财产的损失。
1.4耐腐蚀性差
钢材的耐腐蚀性较差，钢结构厂房建筑需采取严格有效的防腐措施，在高腐蚀性环境中使用的钢结构，必须对其作定期检查和维护。因此，钢结构的维护费用高于钢筋混凝土结构。
2钢结构工业厂房设计的原则
2.1 整体布局
工业厂房选址和规划是十分关键的问题，应尽可能使厂房选在合理的区位。好的选址规划必须考虑原材料和产品的运输传送快捷经济，考虑动力和能源的有效供应，考虑供水和排污的合理规划，考虑自然采光和自然通风占比最大化等，必须将各方便利弊综合权衡，找到最优化的整体解决方案和整体布局设计，使资源合理分配，高效利用，实现绿色环保的可持续效益。
2.2 内部结构
内部结构设计时要遵循整体布局方案设计，进行内部空间的合理划分，使各个生产环节有足够的空间保障，实现功能合理且工艺协调性良好。现阶段我国钢结构工业厂房建设布局不合理的现象时常发生，在设计建造过程中没有做到空间比例协调，将厂房空间随意划分，利用很不合理，出现厂房资源的错配和浪费。
2.3 成本造价
成本造价问题不论在传统的砖混结构、钢筋混凝土结构，还是钢结构的工业厂房设计，都是极其重要的，是直接影响建造企业投资决策的重要因素。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钢结构设计人员首先应努力做好投标报价阶段的设计工作，考虑方案要尽可能依据企业生产工艺的要求，将结构的布置方案考虑得更加周全细致，详细评估厂房结构各主要材料的最大最小用量，并对材料的现行市场价格进行调研判断其浮动趋势。其次要注重设计过程中用钢量的合理控制，做到结构的安全性和经济性兼优。
3钢结构工业厂房的设计应用
3.1 应用项目案例概述
某公司钢结构生产车间厂房，建筑面积15288m2，长度196m，宽度78m，厂房结构采用门式钢架体系（24m+30m+24m），柱距7.5m，建筑檐口高度为12.4m。厂房车间内设吊车：24m 跨 5t 梁式吊车 4 台，16t 梁式吊车 1 台，30m 跨 10t 梁式吊车 3 台，20t 梁式吊车 1 台。依据厂房设计要求，结合施工现场环境，采用3维设计软件进行钢架设计。
3.2 工艺设计与荷载设计
钢结构厂房是为工业生产活动提供相应的场所而设计建造，钢结构厂房要和各个生产模块有效协调，墙体厚度和高度要能适应工艺设计指标要求，确保生产活动的安全有序进行。在钢结构布置形式中，可以采用平面桁架、网架、门式钢架等形式，设计人员要按照车间生产工艺及建造要求进行全面考虑，选择最佳的结构形式，使其满足生产工艺功能性和厂房整体性能要求。荷载设计极其重要，需结合生产的工艺要求、建造场地的气候气象条件、地质条件等，计算选取合理的各项特征参数、组合系数和分项系数等。合理的荷载设计将为结构计算分析和连接节点细部设计提供安全性和经济性的判断依据，提升了钢结构设计的量化精确性。
3.3 抗震设计
钢结构工业厂房设计时抗震性能设计至关重要。如果厂房建设区域处于地震频发带，对抗震性能设计必须给予足够的重视，确保结构安全性。在设计过程中，要对钢结构体系的布置首先进行抗震性能的概念性设计，增加主要杆件的安全性冗余度，增加抗侧力杆系等。其次，“强柱弱梁”设计思路，“强节点弱杆件”设计思路等，都能增强结构传递水平侧向力的能力。另外，钢结构厂房屋架与钢柱、屋面板与屋架连接牢固，节点处理合理，避免结构节点连接问题导致事故的发生；对柱子长细比、墙体高宽比按照抗震等级进行控制；在必要的时候应用减震阻尼器等，这些都是提升工业厂房抗震性能的有效途径。
3.4 结构计算和节点设计
目前的钢结构计算，设计人员基本上都是采用3维软件进行结构受力计算和分析，将规范校核后的应力比作为施工设计阶段的设计指标。钢结构设计规范要求，至少要用2款不同的计算软件建模分析，并对计算结果进行对比，选取最佳截面，从而对工程成本在设计阶段进行有效控制。在构件连接节点设计过程中，要涉及到净截面等结构参数对构件承载力的影响，还要根据结构主要荷载类型、工作环境、制造和安装的难易程度、空间位置及后期维护的成本等因素，选取合理的连接方式，这就要求设计人员综合权衡利弊，合理取舍，选择最安全经济的连接节点形式。
3.5 防腐设计
钢结构工业厂房长时间暴露在复杂变化的大气环境中，会受到不同程度腐蚀与氧化作用。当环境温热潮湿时，会加速钢结构氧化反应，导致钢结构腐蚀性更加明显。钢结构腐蚀之后，局部会出现不同程度的锈迹，构件有效截面会变小，导致钢结构主要受力位置应力过大，对结构强度和稳定性产生不利的影响，降低了结构的安全性能。因此设计人员在设计阶段急用应该对厂房环境的重要影响要素进行细致分析，制定合理的防腐设计方案，提升结构的抗腐蚀性。为钢结构选取科学有效的防腐涂料，制定合理的涂刷工序，规定好合适的油漆干膜厚度，确保外部环境中的腐蚀介质不会直接接触到钢构件钢材，对结构起到有效保护作用。
3.6 防火设计
在工业厂房设计中，钢结构与混凝土结构相比，更容易受到温度变化的影响，防火性能不强，因此需强化钢结构的防火隔热设计。在具体设计过程中，设计人员要对厂房火灾类型进行合理划分，制定防火等级，避免火灾隐患对结构稳定性产生较大影响，强化防火性能。在设计阶段要明确规定结构的耐火极限，选择合适的防火材料和措施。设计人员要优化火灾预防控制操作，对设计质量进行有效控制，比如对火灾逃离出口进行合理布置，能够及时疏散人员，降低火灾事故发生概率。另外，要考虑防火涂料和防腐涂料间化学及物理性能的相互匹配性。
结束语
在现阶段，钢结构工业厂房设计中还存在着不少不合理之处，厂房的功能性不能很好地满足实际生产工艺的改进性需求，导致建成后厂房的经济效益潜力未能充分发挥出来，造成不必要的改建和重建，增加重复建设成本。因此，在厂房的建造设计中，就必须加强对工业厂房实际需求的细致分析，在满足生产工艺当前各方面需求的前提下，适当考虑生产工艺未来5至10年的改进趋势，对工业厂房钢结构体系的主要结构适当做出前瞻性的优化，为以后轻微的改造预留些许空间余量，最终才能够获得更加科学合理的钢结构工业厂房系统。
参考文献：
[1]许静波.探析工业厂房钢结构设计的现状及改进措施[J].建材与装饰，2017（10）：69~70.
[2]单慧敏.单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用的研究[J].工程技术研究，2017（1）：204~208.
[3]汪正奇.工业厂房钢结构设计的现状及改造措施[J].建材与装饰，2017（17）：69~70.
论文作者:王晓明
论文发表刊物:《河南电力》2019年1期
论文发表时间:2019/9/3
标签：钢结构论文; 厂房论文; 工业论文; 结构论文; 节点论文; 荷载论文; 生产工艺论文; 《河南电力》2019年1期论文;