工業廠房結構設計的鋼結構設計應用
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摘要：工業廠房作為生產或生產配套的房屋，滿足不同需求的應用，是生產管理的重要場所。根據工業廠房所處環境的不同，用途不同，設計者在對工業廠房設計時，應該選用更加環保耐用的鋼結構材料，根據生產工藝要求，因地制宜、區別對待，且滿足技術先進、經濟合理、安全適用的要求，總結工業廠房鋼結構設計的經驗，保證結構設計質量。
1前言
工業廠房鋼結構形式的設計合理性保證了廠房的使用可靠性和穩定性，是安全生產的前提，所以設計人員要根據實際環境和使用要求，對廠房的鋼結構設計全方面考慮，使其更高程度的滿足現代工業建設對結構設計提出的最新要求，為了進一步明確如何更為科學的應用鋼結構設計，特此展開本次研究，希望能夠有效推進我國現代工業建設發展，使其更高程度的滿足現代經濟建設需求。
2鋼結構工業廠房應用價值
相比于傳統的鋼筋混凝土材料，鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗剪強度均很高，并且具有良好的延性。門式剛架的單跨跨度可達到48米。工業廠房采用鋼結構設計，在相同的空間內，減少了混凝土和木材等材料的使用，使得空間可利用率更高，加上現代化的設計，使得鋼結構工業廠房更加的時尚美觀。鋼結構的施工特點是鋼構件在工廠制作，然后現場安裝，在具體施工的過程中，減少了搭設腳手架和支設模板等傳統物力和人力的投入，提高了施工速度，縮短了施工工期。安全性和施工效率顯著提高，在以后的維護過程中，也相比于傳統的廠房，鋼結構廠房更加的簡單便捷，對維修人員的要求也比較低。
3鋼結構工業廠房設計現狀
3.1整體布局存在不合理
由于鋼結構的強度高、靈活性強，在對鋼結構工業廠房設計時，一些設計單純為了節約鋼結構的材料使用，降低成本，從而設計出空間大、跨度大的廠房。但在實際使用過程中，卻會存在很多安全隱患，比如廠房建筑物的穩定性，生產設備的安裝、內部施工等對房屋安全性的影響。這些安裝問題設計未考慮，在后續的施工中，會增加更多的施工成本，對生產造成不可彌補的影響。另外未考慮非結構構件與建筑結構的連接的設計，會使得鋼結構建筑在地震中的壓力載荷承受力度不同，從而在以后會出現鋼結構歪斜、裂縫等問題，嚴重影響抗震性能。
3.2造價成本控制不良
鋼結構的設計和施工是一個復雜和系統性的過程，成本不僅包括鋼結構材料本身，還需要考慮人工成本、施工器械、輔助材料等。但是在實際施工過程中，設計者沒有結合現場施工條件，對設計方案進行校驗，從而出現方案與實際施工不能匹配的優化設計。另外設計沒有根據需要進行及時的方案修改和調整，使得鋼結構材料和成本的控制力不夠。這樣的多方面因素，不僅造成了資源的浪費，也延誤了施工計劃和進度。
4工業廠房鋼結構應用的優越性
（1）鋼結構以為其強度高，延性好，所以比較經濟適用。并且鋼結構可以回收再利用，材料環保不浪費，也極響應了我國現在環保節約的生態文明建設需求，為我國建設經濟節約型城市提供了基礎。（2）鋼結構材料與傳統的鋼筋混凝土材料相比，具有輕便、靈活、強度高等優勢，根據實際使用需求，合理采用結構形式，從而對載荷進行更合理的分配，提高了工業廠房的結構可靠性。另外，鋼結構的材料具有防腐蝕性及防滲透性，所以不會受外界天氣和環境的影響，從而提高了工業廠房的穩定性和使用年限。（3）鋼結構構件加工、制作的產業化，是整個結構工程中最完善的。在工業廠房施工的過程中，幾乎所有的構件都可以由鋼結構加工廠集中加工生產之后進行現場拼裝和安裝。這樣的生產模式，使得鋼構件的質量控制具有其他結構類型很難實現的可行性，結構的可靠性大幅增加，從而大大提高了整體結構的使用效率，避免了設計與施工上的浪費。（4）同樣是得益于鋼結構制作與安裝的高度工業化，相比較其他結構形式，鋼結構建筑的施工周期更短，并且受天氣等因素的影響也更小，使得項目周期更加可控，而這就為工業廠房的如期投產在最大限度上提供了保障，從而大大降低了工程投資成本，這個優勢是工業建筑項目中最為重要，也是其他結構形式所不具備的。
5工業廠房鋼結構設計的特點
5.1便捷性
鋼結構由于材料的統一性，所以在設計和施工的過程中具有更強的便捷性。這種便捷性使得工業廠房的設計更加的簡單實用，質量把控方便，能夠根據不同的工業需求對廠房的設計提供合理性方案，簡化結構設計和施工難度，且能適應不同的環境，相較于傳統的混凝土設計，鋼結構材料可減輕結構自重，降低基礎工程造價，縮短施工周期，使得工程早日投入使用。
5.2經濟性
鋼結構設計相對于傳統廠房來說，材料的使用相對單一，減少了其他材料的使用，且鋼結構比較穩固，強度高，空間載荷支持大，所以相對于傳統廠房，減少了材料的使用，所以經濟性比較突出，而且鋼結構的防滲耐腐蝕性，也減少了輔助材料的使用，所以現代化的廠房更加推廣鋼結構設計。
5.3環保性
現代化的工業廠房對環境保護也有一定的要求，而鋼結構由于其具有回收再利用的性能，減少資源浪費，符合我國生態文明建設的需求，為我國經濟可持續發展提供了一定貢獻。另外，鋼結構工業廠房在施工過程中，不會產生粉塵、煙塵、噪聲等環境污染，施工比較簡單，進一步體現了鋼結構的環保性能。
6工業廠房結構設計中鋼結構設計的內容
6.1鋼結構工業廠房結構設計
任何建筑工程，都需要結構的設計作為加工鋼構件及施工的依據。所以鋼結構工業廠房的設計也是不例外。設計者根據工業廠房的實際環境，生產工藝，采用合理的結構形式方案。根據當地風壓、雪壓等荷載工況的不同，經過系統計算，設計出合理結構構件截面。并且圖紙需要對施工材料的型號、規格、施工順序、條件等都需要有明確的標注，避免不同技術施工的工作人員對施工結果造成不必要的影響。
6.2鋼結構工業廠房防火設計
鋼結構材料的性能主要受溫度的影響比較大，較大的溫差會對廠房的穩定性造成影響。所以在鋼結構工業廠房的設計時，要重點考慮溫度的影響和防火方面的設計。首先，設計人員要熟知和重視火災的危險類別、防火要求及規范等，要在設計過程中，要把防火性設計放在首位，且設計要包含消防通道、消防設施等，保證工作人員的生命安全。其次，在具體施工的過程中，要采用具有一定防火能力的構件，要對鋼結構涂抹防火涂料，進一步減少火災帶來的隱患，全面提高鋼結構廠房的防火性能。
6.3鋼結構工業廠房抗震設計
根據工業廠房所處地理位置的抗震規范要求，對鋼結構工業廠房采取相應要求的抗震設計。這就要求設計者在設計的過程中，需要明確建筑物的傳力路徑，保證整個結構的受力路徑是明確的。不同結構形式，合理設置橫向結構和縱向結構，控制廠房變形在規范要求范圍內，避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失抗震性能。建筑結構在地震過程中受到的損傷，多是由于支撐結構的構件達不到具體的強度要求，這樣在地震力作用下，建筑結構的穩定性得不到有效支撐點，從而發生倒塌。因此在鋼結構工業廠房設計過程中，需要保證廠房支撐系統的科學性和合理性，全面提高工業廠房結構的穩定性，確保鋼結構工業廠房達到較好的抗震性能。
6.4鋼結構工業廠房防腐設計
鋼結構由于本身材料的限制，長期暴露在空氣中容易被氧化，而且如果處于潮濕的環境下，也容易生銹腐蝕，當銹斑和氧化嚴重時，會影響鋼界面的受力均衡，從而使整體的鋼過于集中，導致鋼結構的不穩定。因此，在設計及施工的過程中，設計者要充分考慮工業廠房的環境，提前設計好工業廠房鋼結構的防腐蝕及防氧化的方案，例如可以選擇抗氧化性強的鋼材料，在鋼結構表面涂抹防腐蝕的涂料等，從而保護鋼結構材料，環境惡劣的地區，還可以增加防腐涂料的厚度，阻斷腐蝕因子的破壞性，增強鋼結構的耐腐蝕性。
7鋼結構設計強化策略
7.1確定施工方案
受到流程配置要求和施工工藝的影響，基礎施工時應考慮設備基礎的影響，條件允許下可同時施工，另外做好地腳螺栓的預留，尤其位置的準確性，應對埋設精度進行多次復測。一般工業廠房高度較大，使得鋼柱截面較高，應采用座漿墊塊法來保證鋼柱標高。單根柱的安裝沒有其他構件為附著時應采取一定固定措施。梁柱施工時應先采用安裝螺栓進行組合吊裝，待整個結構有一定穩定作用后方可大面積施工安裝。待梁柱支撐全部調試完成后應及時完成高強螺栓的終擰，在此過程中，能夠確保整體抗結構抗側彎具有一定的穩定性和強度。
7.2優化結構計算
隨著現代技術的不斷發展，鋼結構工業廠房的設計，設計人員根據現場的測量結果，會利用相關的計算機軟件，對不同的要求進行相關技術，從而得出不同的驗算結果，更加的全面和精確，不僅提高了工作效率、施工效率，也能核算出最優方案，減少了反復修改方案的次數。
7.3協調整體布局
工業廠房的鋼結構設計要與整體的生產模式相匹配，這是保證企業正常生產的必備條件。所以設計者，要充分考慮工業廠房的實際用途，設計經濟實用的鋼結構工藝。所以在通常情況，設計者要根據生產需求，在滿足廠房墻體厚度和高度的條件下，合理分布鋼結構支架，保證整個廠區受力均衡，通常情況下，鋼支架具體包括框架，索膜，塔桅，空間桁架，平行桁架，網架等多種分布形式。相關工作人員在具體進行項目設計之前，需要充分了解工業廠房生產需求，確保結構布置和生產工藝可以為對方提供一定的便利條件。在設計工藝布置圖之前，建設方必須提供工藝圖，確保設計師能夠充分理解工藝布置和柱間支撐位置的關系，與此同時，還需要確保工業廠房結構能夠最大程度滿足需求，進而保障整體結構具有更高的合理性和安全性。除此之外，在具體設計過程中，還需要對鋼材結構性加強重視，在選擇應用鋼材時，相關人員必須對其整體工業設計方案全面掌握，基于具體要求進行鋼材采購，保障廠房整體性能。
8結束語
鋼結構材料相比于混凝土有著明顯的優勢，所以鋼結構工業廠房也越來越廣泛使用。設計人員應該根據工業廠房的實際需求，嚴格按照鋼結構材料使用標準，設計出合理結構形式的鋼結構工業廠房，提高環保性能，增加使用性能，建設經濟適用的結構合理的工業廠房。
參考文獻：
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作者：劉雪冬 燕家琪 單位：中國市政工程華北設計研究總院有限公司
