钢结构厂房设计中细节分析

　　1.随着近年来钢结构的迅速发展，和普通钢筋混凝土厂房相比，钢结构厂房优势越发突出：

　　a.自重轻，可减轻建筑物结构质量约30%，特别在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方，其综合经济优于钢筋混凝土结构体系。

　　b.布置灵活，开间大，可提高建筑实用面积3%~5%.

　　c.可以工厂化批量生产，施工简单，安装快捷，大大缩短施工周期。

　　d.钢结构体系属于环保型绿色建筑体系， 钢材本身是一种高强度高效能的材料， 具有很高的再循环价值， 并且不需要制模施工。

　　以上特点使钢结构的运用越来越广泛，在厂房中的应用也日渐增多。但也存在

　　着防火性能较差、容易腐蚀等缺点，在设计中根据其特点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用，现在就钢结构工业厂房在设计中的几个问题作简单阐述。

　　2. 设计中的问题

　　2.1建筑立面设计

　　2.1.1轻钢结构的建筑主要有把握以下4个方面的特征：规模、线条、色彩、变化。

　　2.1.2钢结构厂房的立面主要由工艺布置来决定，在满足工艺的要求下力求立面简洁恢宏同时使节点尽量简单统一。彩色压型钢板使得轻钢厂房的建筑表现得体形轻盈色彩丰富，明显优于传统钢筋混凝土结构的沉重单一。在轻钢厂房的设计中常采用跳跃性色彩和冷色调，重点突出主要出入口、 外天沟、收边泛水等地方，既体现了现代化厂房的恢宏气势，又丰富了立面效果。

　　2.1.3传统的钢筋混凝土结构厂房，外墙维护为砖砌体，外装修为涂料或面砖，辅以色带。由于混凝土屋面采光效果不理想，设计时通常在墙面设置大量的采光窗。但对于围护墙为彩色压型钢板的钢结构厂房来说则不然，线条是表现轻钢结构建筑风格最独特的特征，均匀的线条或横或竖，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，体现了强烈的现代工业气息。若在墙面设置大量采光窗，则破坏了墙面的线条造型。因此，轻钢结构屋面可以大量使用屋面采光板，采光均匀，同时兼可解决厂房通风问题。

　　2.2屋面支撑系统及屋面设计

　　2.2.1屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑;在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要，无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。

　　2.2.2屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5% ，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在 70 m以内。

　　2.2.3目前，市场上钢结构屋面的做法常用的有两种：a.刚性屋面：双层彩色压型钢板内夹保温棉;b.复合柔性屋面：由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层、卷材防水层组成。

　　2.3温度伸缩缝的设置

　　温度变化将引起钢结构厂房的变形，使结构产生温度应力，当厂房平面尺度较大时，为避免产生较大的温度应力，应在厂房纵横两个方向设置温度伸缩缝，区段的长度可以根据钢结构规范来执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱的方法来处理，对纵向温度伸缩缝也可在屋架支座处设置滑动支座。

　　2.4结构内力分析

　　由于计算机技术在工程设计领域的应用，设计手段已经发生了天翻地覆的变化， 应力分析的准确性大大提高了，绘制施工图的工作量大大降低了，设计人员可以把大部分的精力投入到制定方案和受力分析中，使设计出的构件经济合理。在设计该厂房时，采用钢结构设计软件STS，配合SATWE程序，完成建立结构模型。输入荷载到空间整体受力分析和杆件截面验算。a.在内力分析时主要注意以下几点： 网格生成平面简化。由于厂房的梁格布置复杂，在应用软件时完全按实际情况建立模型会产生大量的近节点，对分析结果不利。需要采用一些简化手段，但是不能与实际出入太大，否则就失去了计算的价值。b.利用柱间支撑简化立面网格。对于柱间支撑的作用，不能简单地看成是一种构造措施，必须把它作为一种受力杆件输入到结构模型中。因为支撑的刚度直接影响着厂房纵向的周期和水平位移，它对厂房纵向抗侧移刚度的影响很大。柱间支撑对其两侧的柱脚会产生不利影响，在某些荷载组合中，柱脚锚栓会出现上拔力，柱脚剪力也比其他柱脚增加很多。c.柱间支撑杆件模型的确定。厂房的柱间支撑多采用剪刀撑。可以设计成拉杆，也可以设计成压杆，根据需要选择。按拉杆设计时程序会给出强度验算不足的提示，这是由于程序无法把支撑处理成单拉杆所致。但是不会产生影响到结构空间受力分析的结果。设计者应该根据杆件的拉力手算验算杆件强度，如果柱间支撑设计成压杆， 则可直接利用程序的验算结果。d.弹性楼板模型的确定。程序 SATWE采用了更为先进的算法，可以在楼层约束作用不大的情况采用弹性楼板加以处理。工程设计中如果楼层内设置了水平支撑， 可以近似地采用楼层水平刚度无限大的假设，也可采用弹性楼板的处理方法， 从程序计算的结果来看二者差别不大，说明楼层内水平支撑的效果较好，可以协调柱的变形。

　　2.5节点设计

　　节点设计的原则首先是安全，其次是经济，并且应该与施工安装水平相一致。在厂房中最重要的节点是框架梁与柱的连接节点。按连接的转动刚度和连接构造之间的关系划分为刚性连接，柔性连接和半刚性连接。目前用的最多的节点是刚性连接和柔性连接，半刚性连接使用的较少。对于节点的安全性，通常包含强度和延性两个方面。延性好的节点在地震作用下的变形能力强，不会发生脆性破坏， 是一种理想的节点形式。半刚性连接节点，尚没有适当的计算模型，应用受到了限制。柔性连接能传递轴力、剪力和很小的弯矩，可以近似看成是铰接。刚性连接节点大体上有三种类型：全焊接连接、栓焊混合连接和全螺栓连接。

　　2.6钢材的保温隔热与防火

　　钢材具有很高的导热性能，其导热系数为 50 w(m.℃)，当受热达到100℃以上时，其抗拉强度就会降低，塑性增大;温度达到250℃时，钢材抗拉强度会稍提高，但塑性却降低，出现蓝脆现象;温度达到500℃时，钢材强度降至很低，会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时，就必须做隔热防火设计。其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材、或者钢结构刷厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。

　　3. 钢结构设计的发展方向

　　目前， 钢结构厂房的应用越来越多，但是造价仍是发展的制约因素。如何设计出安全、用钢量少、施工安装简便的钢结构厂房是设计人员的共同目标。 在相同条件下，控制用钢量就可以有效地控制造价。借助计算分析程序，我们可以很好地控制构件的用钢量。但是节点的用钢量或节点的造价需要我们仔细比较才能确定。 钢结构设计应考虑当前的国情，大多数施工安装企业的钢结构制作安装化程度不高，构件加工的精度比较低， 尚属于粗放型经营阶段。如果全部采用高强螺栓连接目前还是不合适的。首先是成本高，再者施工企业的制作安装水平跟不上，不仅不能保证质量，还给施工增加了难度。但是，这些企业拥有大量技术熟练的焊接技工，现场焊接的安装水平很高，有丰富的同类工程施工经验。 因此，在当前采用焊接连接的节点型式仍拥有广阔的市场。

　　4.结语

　　随着建筑型式越来越丰富，实用、节能、施工快捷和建筑轻巧美观等将会是很重要的建筑指标，意味着钢结构普遍应用将成为钢结构厂房的设计趋势。钢结构厂房的设计，应根据其特点进行建筑结构设计，使设计安全可靠，经济合理且美观大方。

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文章名称： 钢结构厂房设计中细节分析

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