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【摘 要】 随着我国钢材产量的增加，钢结构工业厂房因钢结构强度高，塑性韧性好、质量轻和施工速度快等优点得到了广泛的发展。工业厂房是企业生产加工的主要场所，厂房的结构性能对企业的日常生产活动有很大的影响。综合分析了钢结构工业厂房设计中存在的不足，提出了改进设计的建议。
【关键词】 工业厂房；钢结构设计；建议
一、前言
随着国家可持续发展战略的实施，高能耗、低效率和破坏环境的建筑材料将逐步退出市场，取而代之的将是低耗、高效、环保的新型建材。钢材作为可再生利用和高效的材料，逐渐在建筑行业中占有主导地位，尤其是轻钢结构近几年在单层工业厂房中逐渐取代钢筋混凝土排架结构而成为一种新型的结构体系。轻钢结构具有自重轻、工厂化和商品化程度高、施工速度快、综合经济技术指标低等优点。近年来钢结构在建筑中的应用越来越多。钢结构分为重钢结构和轻钢结构两种。重钢结构多应用大跨度厂房的建设，如电厂厂房等；轻钢结构厂房多应用于相对小跨度的厂房建设，如仓库、货场等。钢结构自重小，与钢筋混凝土相比，在同等跨度、负载、强度的情况下，钢结构的重量只有混凝土的不到三只之一。
二、工业厂房钢结构设计的准备工作
工业厂房钢结构的设计准备工作包括结构判断、结构评估和结构分析三个部分。在这一阶段中，设计人员先应先对企业所提供的资料进行分析，判断厂房设计是否采用钢结构。然后建立力学模型，合理布置，评估钢结构构件的具体参数。最后设计人员还应分析钢结构是否达到施工要求，对重要的参数进行复核。
三、钢结构的应用特点
1、钢结构空间绿色环保、利用率较高。在钢结构网架结构中，所产生较大的屋面下部空间，在这空间中可以设置不同的管道，例如：压缩空气管道、给水管道、采暖管道、消防管道、空调冷水管道以及通风管道等。所以，钢结构在设计的时候，能够将建筑空间有效利用，可以将投资得到节约。并且，钢材属于高效能以及高强度的材料，安装的过程中不会有粉尘和噪声的污染。钢结构在建成之后，拆卸的时候会非常的容易，并且还能够进行回收再利用，再循环利用的价值颇高。
2、钢结构拆、装简便，施工速度快。钢结构由专业化金属构件厂生产构件（梁、屋架、柱等），其机械化生产程度高，精度和质量可以保证。当制成的构件运到现场进行组装时，现场通常只需进行螺栓和紧固件的安装，很大程度地节约了人力成本，且施工速度快，大大减少建设周期，经济效益明显。
3、钢结构自重轻、布置灵活。钢结构的容重虽然较大，但与其它建筑材料相比，同样跨度、同样荷载时，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3，而且钢结构方便运输、吊装，可以降低运输成本。其次，钢结构可以满足工业厂房建筑设计的大跨度要求，最大的跨度可达48m左右。同时，在梁高相同的情况下，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大55%左右，可以使柱网的布置更加灵活。
四、钢结构厂房设计中存在的不足及改进
1、厂房的钢结构设计与工艺设计相协调。钢结构工业厂房是企业生产区域的一个模块，厂房都是为生产服务的。厂房结构设计不符合要求常表现为：钢支架分布不合理，墙体厚度、高度、宽度指标不足等。钢结构的形式包括空间桁架、框架、平面桁架、轻钢、索膜、网架、塔桅等，设计师应根据企业的建厂条件和具体要求选择结构，对于悬挂荷载偏大的应选择网架结构，从而减小建筑荷载。此外，厂房结构选型还可以通过采用不同的材料来做支撑结构，具体选择应根据其使用要求，合理选择焊接钢管、无缝钢管等材料来满足结构需要。无缝钢管具有中空截面，可以用作输送流体的管道；钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭等强度时，由于其质量较轻，用于厂房结构可增强钢结构的稳定性。因此，在厂房设计中首先要满足工艺要求，结构设计也一定要满足工艺条件，特别是在方案设计阶段，设计人员应多参与工艺协调，多了解工艺布置，以便减少设计和施工不必要的麻烦。而一些企业在进行钢结构厂房设计时，没有从大局上把握设计思路，造成厂房占地位置划分不合理或企业生产区域的面积不能充分利用。
2、整体布局。从大范围的角度看，钢结构厂房是企业生产区域的一个模块，厂房的布局应与企业所在区域的整体布局相协调。而许多企业在设计钢结构厂房时，未能从大局上把握设计思路，例如厂房占地位置划分不合理，造成企业生产区域的面积未能充分利用。
3、柱的设计。按照结构形式的不同，柱可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类，柱截面的设计分为不实腹式和格构式两种。工业厂房钢柱的设计需要结合企业的实际需求，既满足厂房建设、工艺生产的需要，还要满足经济要求。新兴铸管新疆有限公司轧钢工程线材车间主厂房和圣戈班（徐州）管道有限公司球墨铸铁管技术改造项目主厂房，厂房均为格构柱重钢厂房。格构柱是一项建筑工程技術领域的新技术，尤其是格构柱校正架调垂体系及调垂施工方法的特殊创新以及校正架调垂体系特定设计，使得格构柱即使在超深的基坑中也能够达到较高的垂直度，为后续施工提供了必不可少的条件，减少施工难度，降低后续施工的资源消耗和工程造价。
4、结构计算时应多因素考虑。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算，如何对计算结果进行分析、评价是一个非常重要的方面，必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析和判断。荷载计算是结构计算的前提条件，荷载取值的准确性直接关系到结构计算结果的可靠性，工艺条件中的荷载问题，如某个工程工艺提出楼面均布荷载为15KN/m2，而根据工艺的设备重量和布置图，根据规范给出楼面等效荷载的计算方法，计算出的楼面均布荷载按10KN/m2考虑就可以。但近两年来，我国大部分地区常出现强降雪天气，导致很多厂房、场馆倒塌，因此设计人员一定要根据当地的雪荷载情况取其中的最大值，以确保建筑安全。其次，强柱弱梁是设计要遵循的原则，强节点弱构件也是要重点考虑的问题。在很多情况下，构件满足设计要求，但是节点却不能满足抗震要求。强柱弱梁指节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力，由于厂房的梁柱中心线一般不能重合，而且柱的截面和节点偏心都比较大，对柱节点核心区的构造和受力往往都有一定的不利影响。此时我们一般采用增大柱端弯矩设计值的方法。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变，即柱的能力提高程度比梁大，这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。
5、抗震设计。我国是地震多发国，建筑结构的抗震设计就显得尤为重要，所以要加强钢结构厂房的抗震能力，使厂房具备较高的抗震性和安全性。工业厂房钢结构的设计中，要求钢结构的设计应力求结简洁、匀称、规正；选择合适的连接方式，必须确保屋架与屋面板，屋架与柱子之间的连接可靠，避免节点破坏；选用合理的支撑形式，合理的位置，采取合理的减震措施；加强柱与墙的拉结，调整高宽比，采取合理的减震方式。
五、结束语
随着我国可持续发展战略的实施，耗能低、效率高的新型环保材料将逐步取代耗能高、效率低、危害环境的建筑材料，迅速占领建材市场，钢结构材料在工业厂房的应用中越来越广泛。但是在钢结构设计中仍存在很多问题，如何应根据实际需求，优化工业厂房钢结构的设计方案，更新工艺技术，提高厂房的安全性、稳定性，降低建设成本。抗震能力，成为设计人员在实践中不断探索追求的新课题。
参考文献：
[1]刘震.工业厂房钢结构设计体会[J].中国工程信息，2012（11）
[2]兰文清.钢结构工业厂房设计中应注意的问题[J].内蒙古科技与经济，2008（12）
[3]吕西林，金国芳，吴晓涵.钢筋混凝土非线性有限元理论与应用[M].上海：同济大学出版社，1997
【关键词】 工业厂房；钢结构设计；建议
一、前言
随着国家可持续发展战略的实施，高能耗、低效率和破坏环境的建筑材料将逐步退出市场，取而代之的将是低耗、高效、环保的新型建材。钢材作为可再生利用和高效的材料，逐渐在建筑行业中占有主导地位，尤其是轻钢结构近几年在单层工业厂房中逐渐取代钢筋混凝土排架结构而成为一种新型的结构体系。轻钢结构具有自重轻、工厂化和商品化程度高、施工速度快、综合经济技术指标低等优点。近年来钢结构在建筑中的应用越来越多。钢结构分为重钢结构和轻钢结构两种。重钢结构多应用大跨度厂房的建设，如电厂厂房等；轻钢结构厂房多应用于相对小跨度的厂房建设，如仓库、货场等。钢结构自重小，与钢筋混凝土相比，在同等跨度、负载、强度的情况下，钢结构的重量只有混凝土的不到三只之一。
二、工业厂房钢结构设计的准备工作
工业厂房钢结构的设计准备工作包括结构判断、结构评估和结构分析三个部分。在这一阶段中，设计人员先应先对企业所提供的资料进行分析，判断厂房设计是否采用钢结构。然后建立力学模型，合理布置，评估钢结构构件的具体参数。最后设计人员还应分析钢结构是否达到施工要求，对重要的参数进行复核。
三、钢结构的应用特点
1、钢结构空间绿色环保、利用率较高。在钢结构网架结构中，所产生较大的屋面下部空间，在这空间中可以设置不同的管道，例如：压缩空气管道、给水管道、采暖管道、消防管道、空调冷水管道以及通风管道等。所以，钢结构在设计的时候，能够将建筑空间有效利用，可以将投资得到节约。并且，钢材属于高效能以及高强度的材料，安装的过程中不会有粉尘和噪声的污染。钢结构在建成之后，拆卸的时候会非常的容易，并且还能够进行回收再利用，再循环利用的价值颇高。
2、钢结构拆、装简便，施工速度快。钢结构由专业化金属构件厂生产构件（梁、屋架、柱等），其机械化生产程度高，精度和质量可以保证。当制成的构件运到现场进行组装时，现场通常只需进行螺栓和紧固件的安装，很大程度地节约了人力成本，且施工速度快，大大减少建设周期，经济效益明显。
3、钢结构自重轻、布置灵活。钢结构的容重虽然较大，但与其它建筑材料相比，同样跨度、同样荷载时，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3，而且钢结构方便运输、吊装，可以降低运输成本。其次，钢结构可以满足工业厂房建筑设计的大跨度要求，最大的跨度可达48m左右。同时，在梁高相同的情况下，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大55%左右，可以使柱网的布置更加灵活。
四、钢结构厂房设计中存在的不足及改进
1、厂房的钢结构设计与工艺设计相协调。钢结构工业厂房是企业生产区域的一个模块，厂房都是为生产服务的。厂房结构设计不符合要求常表现为：钢支架分布不合理，墙体厚度、高度、宽度指标不足等。钢结构的形式包括空间桁架、框架、平面桁架、轻钢、索膜、网架、塔桅等，设计师应根据企业的建厂条件和具体要求选择结构，对于悬挂荷载偏大的应选择网架结构，从而减小建筑荷载。此外，厂房结构选型还可以通过采用不同的材料来做支撑结构，具体选择应根据其使用要求，合理选择焊接钢管、无缝钢管等材料来满足结构需要。无缝钢管具有中空截面，可以用作输送流体的管道；钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭等强度时，由于其质量较轻，用于厂房结构可增强钢结构的稳定性。因此，在厂房设计中首先要满足工艺要求，结构设计也一定要满足工艺条件，特别是在方案设计阶段，设计人员应多参与工艺协调，多了解工艺布置，以便减少设计和施工不必要的麻烦。而一些企业在进行钢结构厂房设计时，没有从大局上把握设计思路，造成厂房占地位置划分不合理或企业生产区域的面积不能充分利用。
2、整体布局。从大范围的角度看，钢结构厂房是企业生产区域的一个模块，厂房的布局应与企业所在区域的整体布局相协调。而许多企业在设计钢结构厂房时，未能从大局上把握设计思路，例如厂房占地位置划分不合理，造成企业生产区域的面积未能充分利用。
3、柱的设计。按照结构形式的不同，柱可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类，柱截面的设计分为不实腹式和格构式两种。工业厂房钢柱的设计需要结合企业的实际需求，既满足厂房建设、工艺生产的需要，还要满足经济要求。新兴铸管新疆有限公司轧钢工程线材车间主厂房和圣戈班（徐州）管道有限公司球墨铸铁管技术改造项目主厂房，厂房均为格构柱重钢厂房。格构柱是一项建筑工程技術领域的新技术，尤其是格构柱校正架调垂体系及调垂施工方法的特殊创新以及校正架调垂体系特定设计，使得格构柱即使在超深的基坑中也能够达到较高的垂直度，为后续施工提供了必不可少的条件，减少施工难度，降低后续施工的资源消耗和工程造价。
4、结构计算时应多因素考虑。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算，如何对计算结果进行分析、评价是一个非常重要的方面，必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析和判断。荷载计算是结构计算的前提条件，荷载取值的准确性直接关系到结构计算结果的可靠性，工艺条件中的荷载问题，如某个工程工艺提出楼面均布荷载为15KN/m2，而根据工艺的设备重量和布置图，根据规范给出楼面等效荷载的计算方法，计算出的楼面均布荷载按10KN/m2考虑就可以。但近两年来，我国大部分地区常出现强降雪天气，导致很多厂房、场馆倒塌，因此设计人员一定要根据当地的雪荷载情况取其中的最大值，以确保建筑安全。其次，强柱弱梁是设计要遵循的原则，强节点弱构件也是要重点考虑的问题。在很多情况下，构件满足设计要求，但是节点却不能满足抗震要求。强柱弱梁指节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力，由于厂房的梁柱中心线一般不能重合，而且柱的截面和节点偏心都比较大，对柱节点核心区的构造和受力往往都有一定的不利影响。此时我们一般采用增大柱端弯矩设计值的方法。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变，即柱的能力提高程度比梁大，这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。
5、抗震设计。我国是地震多发国，建筑结构的抗震设计就显得尤为重要，所以要加强钢结构厂房的抗震能力，使厂房具备较高的抗震性和安全性。工业厂房钢结构的设计中，要求钢结构的设计应力求结简洁、匀称、规正；选择合适的连接方式，必须确保屋架与屋面板，屋架与柱子之间的连接可靠，避免节点破坏；选用合理的支撑形式，合理的位置，采取合理的减震措施；加强柱与墙的拉结，调整高宽比，采取合理的减震方式。
五、结束语
随着我国可持续发展战略的实施，耗能低、效率高的新型环保材料将逐步取代耗能高、效率低、危害环境的建筑材料，迅速占领建材市场，钢结构材料在工业厂房的应用中越来越广泛。但是在钢结构设计中仍存在很多问题，如何应根据实际需求，优化工业厂房钢结构的设计方案，更新工艺技术，提高厂房的安全性、稳定性，降低建设成本。抗震能力，成为设计人员在实践中不断探索追求的新课题。
参考文献：
[1]刘震.工业厂房钢结构设计体会[J].中国工程信息，2012（11）
[2]兰文清.钢结构工业厂房设计中应注意的问题[J].内蒙古科技与经济，2008（12）
[3]吕西林，金国芳，吴晓涵.钢筋混凝土非线性有限元理论与应用[M].上海：同济大学出版社，1997