浅谈工业厂房钢结构设计的常见问题

・９　８・２０１４年７月刊　建筑设计　■■地产■刊　浅谈工业厂房钢结构设计的常见问题　李蜀北　９）１１省冶金设计研究院６１００４１　【摘要】随着我国工业经济的发展和　增加，屋架制作运输及安装难度也会有所　构或构件的稳定性。合理布置支撑体系可　钢产量的逐年增加，钢结构在工业厂房建　增加。对于普通柱距（６～９米）、跨度（２ｌ～　有效优化主要承重构件内力分布情况，改　加强结构薄弱环节，使结　设中的应用越来越广泛。本文着眼于工业　３０米）和有吊车（２Ｏ～５０吨）的钢结构厂房　善整体刚度分布，厂房建设中钢结构的一些特点，浅谈钢结　来说，采用格构式柱和钢屋架比实腹梁柱　构整体共同抵御水平荷载，尤其是地震作　含钢量要省，但制作人工费会有所提高，对　用。支撑体系的设计一般遵从以下原则：合　构的设计中应注意的常见问题。　保证结构体系平面外　【关键词】工业厂房、钢结构、设计、常　于目前国内钢铁价格下滑，人工工资上涨　理地传递纵向荷载，见问题　引言：钢结构厂房近年来在建筑中的　应用越来越多。钢结构因其结构跨度大、自　重轻、安装便捷等优点被广泛应用于工业　厂房，钢结构的设计和施工质量直接影响　到厂房的安全和使用寿命，需要在设计及　施工中注意一些见问题，使钢结构工程质　量达到工业厂房预期的建设目的。　１．厂房结构体系的选型问题　在进行厂房结构方案选择时，主要从　以下几个方面综合考虑确定，如结构计算　分析、技术经济分析、建筑节能设计以及满　足工艺流程等。　钢结构的结构体系包括框架结构、框　架一支撑结构、筒体结构、平面桁架结构、　网架（壳）结构、索膜结构、轻钢结构、塔　桅结构等。选择结构体系时，应考虑它们不　同的特点，如在轻型钢结构工业厂房中，当　有较大悬挂荷载时，可不考虑门式刚架结　构而采用网架结构，在建筑设计允许的情　况下，可在框架中布置支撑来提高结构刚　度，一般能取得比简单的刚性连接框架节　点更好的经济性，对屋面覆盖跨度较大的　建筑，可选择悬索或索膜结构体系，其构件　以受拉为主；高层钢结构设计中，常采用钢　一混凝土组合结构，来弥补钢结构本身的　缺陷，提高结构性能。　一个好的结构方案应具有良好的经济　性好、结构轻盈、外形美观、安装和制造周　期短等优点，能够满足建设单位对功能的　要求，从而得以顺利实施。　２．结构布置的问题　结构的布置应根据结构体系、荷载分　布、使用功能、工艺布置、各类规范规定等　因素综合考虑。一般说来，结构布置应刚度　均匀、力学模型清晰、受力简单、传力明确，　使荷载传力直接。传力路径短，最后传至基　础。　在实际工程中，结构布置应根据具体　情况灵活多变。如框排架厂房结构布置中，　排架柱可采用格构式柱也可采用实腹式　柱，当采用格构式柱时，柱占用的空间比实　腹式柱大，可能会影响厂房工艺布置，格构　式柱制作的人工费比实腹柱高，但含钢量　相对较小，屋面结构可以采用屋架也可采　用实腹梁，当采用屋架时，屋面结构部分占　用空间较实腹梁大得多，墙体围护面积相　应大大增加，屋架及支撑制作工程量也会　很快的情况下，应进行方案比选，权衡综合　的稳定，对结构和构件的整体稳定提供侧　造价决定采用哪种方案，以取得最佳技术　向支点；满足必要的强度、刚度要求，具有　经济效益。对于大柱距（１２～１　８米）和有吊　可靠的连接。柱间支撑通常采用十字交叉　车（大于５０吨）的重型钢结构厂房来说，无　式。在柱间有运输、通行、放置设备等要求　疑采用格构式柱及钢屋架结构方案较省，　时，可采用门架式柱间支撑和人字式柱间　如冶金厂房屋面往往设有天窗，各种管道、　支撑。对于常用的支撑体系，在相同用钢量　通廊从屋面经过，还有生产过程中产生大　下，十字支撑体系和人字支撑体系对提高　量积灰，屋面荷载较大，加之同跨布置有多　结构侧向刚度的作用相对显著。　台吊车（５０～１２０吨），再采用实腹式梁柱结　连接节点的设计是整个设计过程中极　构方案将大大降低工程经济效益。　其重要的环节，节点设计得当与否，对保证　在满足门式刚架设计条件时，应该毫　结构的整体性、可靠度以及建设周期和成　不含糊地采用这种结构形式。柱网布置时，　本有着直接影响。在进行结构设计时，应该　应首先满足厂房工艺使用的要求，门式刚　想好采用哪种节点形式，根据结构构件的　架柱距一般是６～９ｍ，工程中刚架构件数　选用，传力特性不同判断是选用刚节点、铰　量的多少，将直接影响施工进度、制作和安　节点还是半刚节点。　装的工程量和工程造价。若工程中采用９ｍ　对于焊接节点，焊缝的尺寸及形式应　的柱距，此时的吊车梁、檩条、刚架等构件　符合我国现行规范的有关规定。如焊条的　的数量，比起６ｍ柱距大约会减少３０％。虽然　选用应和被连接金属材质强度相适应，Ｅ４３　如此情况会导致截面增大，但是这样会降　对应Ｑ２３５，Ｅ５０对应Ｑ３４５。此外，焊接设　低工程造价并缩短施工周期。门式钢架的　计中应考虑焊缝的重心尽量与被连接构件　较经济跨度一般可以在２１～３０ｍ范围内采　重心接近。对于栓接节点，普通螺栓由于其　用，其合理的最大跨度一般不应大于３６ｍ。　抗剪性能差，只能在结构次要部位使用。高　３．檩条、墙梁及拉条应注意的问题　强螺栓的使用相对广泛，常用８．８和１０．９两　经济高效的实腹式带卷边Ｃ形和Ｚ形　个强度等级，高强螺栓连接根据受力特点　冷弯薄壁型钢，能够足以发挥材料的性能，　分承压型和摩擦型两种，在设计时应注意　整体刚度好，惯性矩及其截面回转半径相　两者计算方法的差别。连接板可简单取其　对较大，因此，一般情况下为门式刚架轻型　厚度为梁腹板厚度加４　ｍｍ，然后按我国　钢结构厂房的墙梁及檩条所用。但是，其同　现行规范进行相应验算。此外，节点设计应　样具有一些缺点，比如对荷载的偏心比较　考虑制造厂的工艺水平、施工空间及构件　敏感，截面抗扭刚度较小。因而，在计算过　吊装顺序等，尽可能让工人方便进行现场　程中，应该考虑到可能产生的约束翘曲应　定位与临时固定。　力以及扭转变形。对檩条、墙梁及拉条等围　５．结束语　护构件进行设计时，需要注意几个方面：一　在工业厂房中，钢结构具有工业化生　是在施工过程中，为了防止施工不便情况　产程度高、制做安装时间短、用钢量少等优　的出现，一般不应采用双层拉条，二是风吸　点，在厂房及库房等大跨度结构中得以广　力组合作用下的檩条下翼缘受压时，应该　泛应用。随着社会经济的发展，钢结构设计　使用稳定计算加以解决；三是檩条的稳定　技术也在不断地进步和完善，钢结构在现　性在风吸力作用下，可以使用《冷弯薄壁型　代建筑中也会越来越受到欢迎，相信在不　钢结构设计规范》以及《钢结构设计规范》　久的将来，钢结构设计技术会取得进一步　中的公式进行验算。使用连续构件是为了　的突破。　节省墙梁及檩条，但是不少单位没有进行　参考文献　试验确定其塔接长度，因而导致塔接长度　【１】吕汉标．浅议厂房结构设计常见问　及连接无法满足连续梁的条件。因此，在对　题［Ｊ】．中国新技术新产品，２Ｏ１２（７）：６７－６８　其进行设计时，如果使用连续的墙梁及檩　【２】闫索美，伊震．石油化工钢结构设　条，要对其塔接长度进行试验确定，同时，　计常见问题及对策［Ｊ】．当代化工，２０１　３（５）：　还需要对其在支座不均匀沉降及温度变化　８９　情况下可能出现的隐患加以注意。　［３】高志勇．门式刚架轻钢结构设计常　４．支撑设计和节点设计问题　见问题［Ｊ】．价值工程，２０１　０（８）：７４－７５　在钢结构设计中通常利用支撑提高结