中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南 长沙 410007
【摘 要】随着我国经济社会逐渐转型升级，工业生产获得较为快速的发展，在一定程度上增加生产企业的注册量。钢结构因综合效益高、施工周期短、承载力高等优势，广泛的用于厂房的建设中。但其存在抗腐蚀性能低、防火性能低等问题，对传统钢结构厂房给予优化改造是目前设计人员面临的主要问题。本文对传统钢结构厂房设计弊端进行分析，并探讨相关优化改造对策，旨在提升钢结构厂房的质量。
【关键词】钢结构厂房；设计；问题；优化改造
一、工程概况
通过准确计算某项目联合厂房重容车间的相关数据，并对比方案，全面分析不同屋面结构、不同柱子形式、不同柱距对结构整体造价产生的影响。该厂房属于36m、36m、30m类型的三跨厂房，其中36m跨檐高为33m，设置有双层吊车，下层吊车、轨高分别为200t、15m；上层吊车、轨高分别为600t、24m；另一个36m跨的吊车以及轨高分别为200t、15m；30m跨的吊车与轨高为50t、15m。采用钢管混凝土柱与普通钢结构格构式柱进行对比，轻型结构彩钢板为围护系统，各项对比数据如表1所示。
表1 对比结构体系的各项数据
二、传统钢结构厂房设计弊端
（一）物理问题
由于钢结构的热传导性相对良好，要想合理的控制室外钢、室内钢的保温效果，可以采用厂房维护结构表面来吸收热量，利用玻璃窗把少数热量往室内转移，采用吸收内表面的方式，为在良好状态内维持散热效果提供保障[1]。另外，厂房设计工作中还应该对吸湿性、吸声性能、强度等给予全面考虑。但是传统钢结构厂房设计工作中尚未完善吸收结构设计工作，受到物理因素的影响，吸音材料尚未达到控制噪声的效果。
（二）缺乏设计理念
设计单位常把自身的设计任务下发到其他企业，在一定程度上降低生产质量。外部设计单位无法清晰的认知钢结构的设计要求，在设计工作中缺乏经验，也无法全面理解钢结构设计工作，常会出现照搬规范，不能认真研究关键技术的情况。例如，对于“节点设计”这一关键技术，不能在任何情况下使用，而对于“全局组节点”或者“全焊接节点”，其以结构合理、结构安全作为设计要求，需要设计单位全面理解“建筑安装”、“轴承细节”、“联建”等相关概念。但是在实际工作中，设计院仅完成初步设计的工作，便由加工厂来完成后期的设计工作，导致设计的图纸与设计要求不符合，质量问题相对严重。部分工程为了降低成本、节约钢材，会盲目优化钢材材料，导致出现工程质量问题。
（三）防腐蚀、防火的问题
由于钢结构容易生锈，所以，禁止在强烈腐蚀性介质的生产企业中使用钢结构。若长时间处于大风大雨的自然环境中，钢结构会出现老化生锈的问题，导致钢结构承载能力明显减少，对外观产生影响。传统钢结构厂房的设计工作中，需要综合考虑抗腐蚀的钢结构。为了防止钢结构腐蚀的情况得以明显减少，可以采用非金属化学保护层、保护层以及金属保护层等方式给予保护。在涂装钢结构之前要全面除锈，同时确保涂层厚度与除锈厚度能够与相关要求互相符合。若温度超过400℃，在室温下，钢结构屈服强度会降低一半，若温度超过600℃，会同时失去钢结构的强度以及刚度。所以，钢结构厂房中火灾是最大的危险，若钢结构厂房没有做好相关的防火对策，出现火灾时，会对厂房带来严重的破坏。在设计时，如果钢结构表面的温度高于150℃，应该按照消防安全的要求完成热保护的工作，同时确保其基础绝缘保护措施与相关规范要求互相符合。
三、钢结构厂房设计优化改造对策
（一）温度伸缩缝的优化设计
钢结构厂房受到温度的影响时会出现形变的情况，导致结构发生温度应力。由于吊车轨顶高度、柱的刚度可以决定厂房的大小。若厂房具有较大的面积与温度应力时，钢结构厂房出现形变的可能性较大，为了防止出现上述的情况，将温度伸缩缝设置在厂房内部是非常重要的。通常情况下，钢结构设置温度伸缩缝主要有纵向设置温度伸缩缝与横向设置温度伸缩缝等两种方式为主，通过分析厂房设计的实际情况，合理的选择温度伸缩缝的设置方式。钢结构厂房设置温度伸缩缝后可以将厂房划分成不同的温度区段，钢结构设计规范对温度区段长度起着决定性的作用。另外，可以采用单柱设置法以及双柱设置法来完成温度伸缩缝的处理工作，通常是采用双柱设置法来完成。如果温度伸缩缝以纵向设置，可以将滚动支座设置在屋架支座位置；如果温度伸缩缝以横向设置，则可以在檩条以及框架梁连接位置通过椭圆孔活动方式或者槽钢夹板滑动方式。
（二）立面的优化设计
钢结构建材特征以变化、线条、色彩、规模等方面为主，相对于钢筋混凝土结构厂房来说，钢结构厂房的线条可以将轻钢结构建筑风格基本特征良好的呈现[2]。传统钢筋混凝土结构厂房是因为屋面设置无法获得理想的采光效果，通常情况下，在设计时会采用大范围的采光窗，大范围的采光窗对厂房墙面整体线条造型会产生一定的破坏，而钢结构厂房不会出现这样的问题。轻钢结构屋面会大范围的通过屋面采光板，不但可获得均匀的采光，且对墙面线条造型不会产生任何影响，具有美观性、适用性等特点，在联合型厂房重较为适用，同时可完善厂房通风的问题。通常情况下，钢结构厂房是利用工艺布置来确定立面设计的流程图，不仅要有简洁恢弘的立面，还需要突出简单统一的重点（钢结构屋架立面结构图矢量图详见图1）。设计单位为了促进厂房结构重点有效突出，会将冷色调以及跳跃性色彩使用在收边泛水、外天沟、厂房入口等地方，可以获得画龙点睛的效果，将钢结构厂房色彩丰富、体态轻盈的特征全面体现。通过这样的方式，不但可促进现代钢结构厂房恢弘气势获得有效体现，还可表达出厂房的立面效果。
图1 钢结构屋架立面结构图矢量图
（三）屋盖支撑系统优化设计
设计人员在设计屋盖支撑系统时需要重点考虑屋面防水问题以及支撑系统的合理选择。通常情况下，屋盖支撑系统设计工作受到吊车吨位与设置、屋盖结构形式、高度、厂房跨度等方面因素影响。不管是屋盖系统是否存在檩条，均应该设计垂直支撑系统。部分屋盖系统未设置檩条，在其大型屋面板焊接屋架以及三点，可以获得上弦支撑的效果。但是因为受到安装需求以及施工条件的影响，不管屋盖支撑系统是否存在檩条，均应将上弦横向支撑设置在天窗上弦位置。如果钢结构厂房屋架间距超过12m的，或者在厂房内部安装大型震动设备、重级吊车的，则应该将纵向水平支撑设置在厂房内部。设计人员在屋盖支撑体系的设计工作中应该对屋面坡度给予良好的设计，钢结构厂房是否能具备良好的性能与天沟形式、单坡屋面长度有着较大的关系。通过分析相关研究资料得知，最小的屋面坡度为5%，但在实际的设计工作中，设计人员应该分析不同安装地区的特点合理进行调整。钢结构厂房单坡长度在很大程度上受到降雨量、最大温差的影响，因此，应该控制单坡屋面长度＜70cm，若＞70cm，则需要进行特殊处理。最近几年，我国各地区发生地震的次数逐渐增加，对于厂房抗震能力也有着较高的需求，大部分钢结构厂房采用圆钢来作为屋盖支撑杆件，可促进抗震稳定性明显提高。
四、结束语
厂房设计中钢结构占据非常重要的位置，其属于新型的结构。因此，需要设计人员对于钢结构厂房优化设计工作给予重视。本文以某工程概况作为例子，根据自身的理论知识与工作实际，对传统钢结构厂房设计存在的弊端进行分析，通过屋面设计、支撑系统、立面设计等方式完善传统钢结构厂房设计工作，加快钢结构厂房可持续发展的速度。通过对钢结构厂房设计体系进行完善，促进其整体稳定性能明显提高。
参考文献：
[1]杨宇春，孙建华，刘明.钢结构主厂房连接节点优化设计探讨[J].武汉大学学报（工学版），2011，44（S1）：296-298.
[2]李俊龙.某转炉炼钢厂塔楼改建工程钢结构安装技术[J].施工技术，2014，43（02）：46-50.
作者简介：关杰（出生于1982年5月-），男，汉族，本科，工程师，主要从事混凝土结构设计和钢结构设计。
胡松波（出生于1982年12月-），男，汉族，硕士研究生，工程师，主要从事混凝土结构设计和钢结构设计
论文作者:关杰,胡松波
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第16期
论文发表时间:2016/8/16
标签：钢结构论文; 厂房论文; 钢结构厂房论文; 伸缩缝论文; 温度论文; 屋面论文; 工作论文; 《低碳地产》2015年第16期论文;