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摘 要：钢材与其它建材相比，具有强度高、质量轻、塑性韧性好、工业装配化程度高、造价低、综合效益高等优点，越来越多地成为厂房设计的最佳建材。要想合理利用厂房的空间、最大限度节省建筑材料、完善钢结构厂房的使用性、安全性及耐久性，必须不断优化钢结构厂房设计方案。
关键词：钢结构；厂房设计；优化措施
引言
建筑钢结构的优点多多，相比较传统的混凝土结构和砌体结构等，它性能稳定，质量轻强度高，抗震性能好，施工时可以在厂房进行加工再到现场装配，不仅装配的完整度好精密度高，而且能够大大的加快施工进度缩短工期。同时它还被称为“绿色建筑”，基础造价低，材料可回收和再生，节能、省地、节水。作为一种绿色环保建筑，近年来，钢结构厂房已被建设部列为重点推广项目。由于炼钢技术与成型制造工艺日趋发展，这就给运用钢结构工程带来新的生机，工程建设也不断的增加，因此，也就需要不断完善了钢结构厂房设计的重点。
一、钢结构厂房的优点
1、施工操作简单灵活
传统厂房施工的过程中主要通过钢筋混凝土完成对结构主体的建设，在施工过程中施工周期较长，施工操作难度较大，这在很大程度上制约了厂房建设效果。钢结构厂房在施工的过程中对钢结构厂房构件进行优化，提高了构件的批量化生产效果，有效提高了施工速度，大大方便了构件的安装。
2、性能、自重全面优化
钢结构厂房对先进材料以及结构设计进行研究，有效提高了厂房性能。施工人员在钢结構厂房施工过程中已经开始大量使用轻质、承载力较强的材料，钢结构厂房自重明显降低30%左右。这种材料在很大程度上提高了我国厂房的安全性和可靠性，有效解决了地基承载力较低、土质密实性较差等问题。除此之外，上述材料体积较小，可以制成各种形状，降低了厂房结构框架占据的空间，从本质上提高了厂房建设经济效益。
3、环保性的特点
环保是当前建筑施工中较为关注的问题，已经成为建筑施工的主要控制内容之一。钢结构厂房施工主要材料为一种绿色环保型材料，高能效回收，具有非常好的循环利用可能性和必然性。钢结构厂房建筑施工结构以绿色环保理念为主，将绿色建筑贯穿到了厂房建设的全过程。
二、钢结构厂房结构设计要点
1、钢架最优柱距的确定
钢架的柱距与钢架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关。随着钢架柱距的增大，钢架用钢量是逐步下降的，但当柱距增大到一定的数值后，钢架的用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降后上升。大量计算数据表明：一般情况下，门式钢架的最优柱距为6～9 m，柱距不宜超过9m，超过9m屋面檩条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。因此，从综合分析的角度看，确定合理的柱距才能既节省钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式钢架轻型房屋结构体系在我国的发展。
2、合理跨度的确定
在设计中，应该根据具体房屋的高度来确定合理的跨度，总体来说，当荷载和柱高一定时，我们在设计中就应适当加大房屋的跨度，这样一来，钢架的用钢量整体增加不明显，但却很大程度上节省了空间。通过大量计算得出：当檐口高度为7m、柱距8.5m，荷载情况完全一致的情况下，跨度在18～48m之间的钢架单位用钢量为18～35kg/m2，当檐口高度为12m时（其他情况相同），跨度在18～48m之间的钢架单位用钢量（Q235-B）为25～40kg/m2，因此，在工艺要求允许的情况下，设计人员选择方案时应选择较为经济合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。
3、截面优化设计
实现截面优化的方法主要有两种：
（1）穷举法。首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式，并在满足具体设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低作为控制条件，得到满意的截面尺寸。门式钢架常采用变化构件的截面来适应弯矩的变化以达到节约钢材的目的。除腹板的高度变化外，厚度也可根据需要变化，上、下翼缘可以用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同的截面形式。因此，影响整个钢架用钢量的因素有上、下翼缘宽度、厚度，腹板的厚度，构件大头、小头的高度，而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。工程设计从形式上来说，是一种非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。
（2）用最优化理论。首先可以把问题归纳为一个单目标的问题，用钢量最少或造价最低最为优化的具体目标函数，应力、位移等可以作为约束条件，最后用我们的数学方法得到最满意的解释。
事实上，结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理，而是一系列难以用精确的计算解决的、具有主观色彩的决策问题。所以，完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。当设计人员决定了结构形式后，截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸，经过试算来确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速得到比较理想的截面尺寸。
4、柱脚设计
轻钢结构柱脚形式有两种：即铰接柱脚和钢接柱脚。对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单。但部分轻钢节结构厂房都有吊车，依据《轻钢结构钢架轻型房屋钢结构技术规程》规定：用于工业厂房且有5t以上的桥式吊车时，宜将柱脚设计成钢接；《技术措施结构2003》规定：当设有桥式和梁式吊车时，轻钢结构钢架柱宜采用等截面构件，柱脚应设计成钢接。因此5t以上的桥式和梁式吊车的门钢结构柱脚应设计成钢接；3t及以下悬挂式吊车和无吊车的门钢结构，柱脚才可以设计成铰接。有较大吊车的房屋，柱顶位移较大，柱脚采用钢接，使得每榀钢架形成超静定结构，不但能减小柱顶位移而且具有更大的安全储备。对于高宽比和风荷载较大的无吊车门钢结构，柱脚也宜设计成钢接。
同时当柱底板与混凝土基础间的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力时柱脚还应设置抗剪键，抗剪键的设置需要计算。在基础施工时应留置键槽，键槽每侧宽出抗剪键不小于30 mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时不宜大于50 mm，柱脚钢接时不宜大于100 mm。
5、温度伸缩缝的设计
从理论上来讲，钢结构厂房的打下受到很多方面因素的影响，而柱子的刚度，温度和吊车轨顶高度有着很大的关系。从这个角度出发，在构建面积比较大的工程的时候，往往可以将厂房进行划分，在厂房中设置相应的温度缝，要么是横向设计的，要么是纵向设计的。至于温度伸缩缝的处理方式，可以依据实际情况，采用双柱方法，或者单柱方法。另外，还需要注意的是：对于纵向温度缝来讲，应该设置相应的滚动支座；对于横向温度伸缩缝来讲，应该设置椭圆孔滑动或者槽钢夹板滑动的方式来进行操作。
结束语
总而言之，随着我国经济和科技的发展，具有高效能、可持续的材料应用越来越广泛。钢结构的材料应用市场也在不断的扩展，其在工业园区的应用就是一个很好的例子。但是钢结构设计的园区厂房还存在一些问题需要我们去改进。针对钢结构设计过程中存在的一些问题，我们需要从实际出发，不断的去优化我们的设计，提高设计工艺，从而提高厂房的高效性和安全性。设计人员在设计的过程中应当全面的考虑问题，不断的优化钢结构的园区厂房设计，促进钢结构厂房的建设与发展。
参考文献
[1]范建锋.关于钢结构厂房结构设计的相关研究[J].住宅与房地产，2016（24）.
[2]王刚.单层钢结构厂房的设计优化研究[J].城市建设理论研究：电子版，2016（3）.
（作者单位：深圳市三义建筑系统有限公司）
关键词：钢结构；厂房设计；优化措施
引言
建筑钢结构的优点多多，相比较传统的混凝土结构和砌体结构等，它性能稳定，质量轻强度高，抗震性能好，施工时可以在厂房进行加工再到现场装配，不仅装配的完整度好精密度高，而且能够大大的加快施工进度缩短工期。同时它还被称为“绿色建筑”，基础造价低，材料可回收和再生，节能、省地、节水。作为一种绿色环保建筑，近年来，钢结构厂房已被建设部列为重点推广项目。由于炼钢技术与成型制造工艺日趋发展，这就给运用钢结构工程带来新的生机，工程建设也不断的增加，因此，也就需要不断完善了钢结构厂房设计的重点。
一、钢结构厂房的优点
1、施工操作简单灵活
传统厂房施工的过程中主要通过钢筋混凝土完成对结构主体的建设，在施工过程中施工周期较长，施工操作难度较大，这在很大程度上制约了厂房建设效果。钢结构厂房在施工的过程中对钢结构厂房构件进行优化，提高了构件的批量化生产效果，有效提高了施工速度，大大方便了构件的安装。
2、性能、自重全面优化
钢结构厂房对先进材料以及结构设计进行研究，有效提高了厂房性能。施工人员在钢结構厂房施工过程中已经开始大量使用轻质、承载力较强的材料，钢结构厂房自重明显降低30%左右。这种材料在很大程度上提高了我国厂房的安全性和可靠性，有效解决了地基承载力较低、土质密实性较差等问题。除此之外，上述材料体积较小，可以制成各种形状，降低了厂房结构框架占据的空间，从本质上提高了厂房建设经济效益。
3、环保性的特点
环保是当前建筑施工中较为关注的问题，已经成为建筑施工的主要控制内容之一。钢结构厂房施工主要材料为一种绿色环保型材料，高能效回收，具有非常好的循环利用可能性和必然性。钢结构厂房建筑施工结构以绿色环保理念为主，将绿色建筑贯穿到了厂房建设的全过程。
二、钢结构厂房结构设计要点
1、钢架最优柱距的确定
钢架的柱距与钢架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关。随着钢架柱距的增大，钢架用钢量是逐步下降的，但当柱距增大到一定的数值后，钢架的用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降后上升。大量计算数据表明：一般情况下，门式钢架的最优柱距为6～9 m，柱距不宜超过9m，超过9m屋面檩条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。因此，从综合分析的角度看，确定合理的柱距才能既节省钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式钢架轻型房屋结构体系在我国的发展。
2、合理跨度的确定
在设计中，应该根据具体房屋的高度来确定合理的跨度，总体来说，当荷载和柱高一定时，我们在设计中就应适当加大房屋的跨度，这样一来，钢架的用钢量整体增加不明显，但却很大程度上节省了空间。通过大量计算得出：当檐口高度为7m、柱距8.5m，荷载情况完全一致的情况下，跨度在18～48m之间的钢架单位用钢量为18～35kg/m2，当檐口高度为12m时（其他情况相同），跨度在18～48m之间的钢架单位用钢量（Q235-B）为25～40kg/m2，因此，在工艺要求允许的情况下，设计人员选择方案时应选择较为经济合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。
3、截面优化设计
实现截面优化的方法主要有两种：
（1）穷举法。首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式，并在满足具体设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低作为控制条件，得到满意的截面尺寸。门式钢架常采用变化构件的截面来适应弯矩的变化以达到节约钢材的目的。除腹板的高度变化外，厚度也可根据需要变化，上、下翼缘可以用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同的截面形式。因此，影响整个钢架用钢量的因素有上、下翼缘宽度、厚度，腹板的厚度，构件大头、小头的高度，而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。工程设计从形式上来说，是一种非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。
（2）用最优化理论。首先可以把问题归纳为一个单目标的问题，用钢量最少或造价最低最为优化的具体目标函数，应力、位移等可以作为约束条件，最后用我们的数学方法得到最满意的解释。
事实上，结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理，而是一系列难以用精确的计算解决的、具有主观色彩的决策问题。所以，完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。当设计人员决定了结构形式后，截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸，经过试算来确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速得到比较理想的截面尺寸。
4、柱脚设计
轻钢结构柱脚形式有两种：即铰接柱脚和钢接柱脚。对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单。但部分轻钢节结构厂房都有吊车，依据《轻钢结构钢架轻型房屋钢结构技术规程》规定：用于工业厂房且有5t以上的桥式吊车时，宜将柱脚设计成钢接；《技术措施结构2003》规定：当设有桥式和梁式吊车时，轻钢结构钢架柱宜采用等截面构件，柱脚应设计成钢接。因此5t以上的桥式和梁式吊车的门钢结构柱脚应设计成钢接；3t及以下悬挂式吊车和无吊车的门钢结构，柱脚才可以设计成铰接。有较大吊车的房屋，柱顶位移较大，柱脚采用钢接，使得每榀钢架形成超静定结构，不但能减小柱顶位移而且具有更大的安全储备。对于高宽比和风荷载较大的无吊车门钢结构，柱脚也宜设计成钢接。
同时当柱底板与混凝土基础间的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力时柱脚还应设置抗剪键，抗剪键的设置需要计算。在基础施工时应留置键槽，键槽每侧宽出抗剪键不小于30 mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时不宜大于50 mm，柱脚钢接时不宜大于100 mm。
5、温度伸缩缝的设计
从理论上来讲，钢结构厂房的打下受到很多方面因素的影响，而柱子的刚度，温度和吊车轨顶高度有着很大的关系。从这个角度出发，在构建面积比较大的工程的时候，往往可以将厂房进行划分，在厂房中设置相应的温度缝，要么是横向设计的，要么是纵向设计的。至于温度伸缩缝的处理方式，可以依据实际情况，采用双柱方法，或者单柱方法。另外，还需要注意的是：对于纵向温度缝来讲，应该设置相应的滚动支座；对于横向温度伸缩缝来讲，应该设置椭圆孔滑动或者槽钢夹板滑动的方式来进行操作。
结束语
总而言之，随着我国经济和科技的发展，具有高效能、可持续的材料应用越来越广泛。钢结构的材料应用市场也在不断的扩展，其在工业园区的应用就是一个很好的例子。但是钢结构设计的园区厂房还存在一些问题需要我们去改进。针对钢结构设计过程中存在的一些问题，我们需要从实际出发，不断的去优化我们的设计，提高设计工艺，从而提高厂房的高效性和安全性。设计人员在设计的过程中应当全面的考虑问题，不断的优化钢结构的园区厂房设计，促进钢结构厂房的建设与发展。
参考文献
[1]范建锋.关于钢结构厂房结构设计的相关研究[J].住宅与房地产，2016（24）.
[2]王刚.单层钢结构厂房的设计优化研究[J].城市建设理论研究：电子版，2016（3）.
（作者单位：深圳市三义建筑系统有限公司）