有关多层钢结构工业厂房设计的分析与探讨

程锋年

【摘要】多层钢结构工业厂房相比钢筋混凝土工业厂房有自重轻，安装简便，施工周期短，抗震性能好等综合优势。多层钢结构厂房在设计中能够发挥其本身的特点以及优良的性能，还能提高工业厂房的使用效率，为企业节省了大量的厂房费用﹑提升建筑安全性。

【關键词】多层钢结构；工业厂房；设计；探讨

前言

在目前，多层钢结构设计的工业厂房被广泛运用，由于其钢结构的许多方便的特点及优良的特性，受到大多数客户和企业的信赖和重视。因此，多层钢结构的工业厂房大量出现，为我国的工业集聚化发展起到了推动作用，在对多层钢结构的设计中，要充分考虑到厂房中的许多工人的安全，确保厂房的设计具有科学性和安全使用的效用，有关设计人员要对其进行多方位地考虑和分析，不断使多层钢结构的设计科学合理化以及人性化。

1、多层钢结构的工业厂房特征

对于多层钢结构工业厂房主要采用的是轻钢材料，与其他不同钢材而言，轻钢具有很轻的质量特征。使用这种轻钢材料作为多层钢结构能够使企业减少厂房的重量。其次，多层钢结构大多设计运用轻型的围护结构，其围护的是夹芯金属板材料，这种材料具有承载力很高的特点，且重量也比较轻，对多层钢结构的安装非常快捷和方便。这种结构的特点，具有很好的承受力，在钢结构中的厂房设计中受到欢迎，对厂房的建设也有很大的效益。最后，多层钢结构工业厂房的设计考虑到厂房用途，针对不同的厂房需求，有效增加空间，使厂房的空间使用效率显著提升。多层钢结构对于楼面的开孔很大，质量的刚度中分布不均匀，很多工业厂房由于大型设备往往是在基础进行贯通，使结构出现错层等现象，从而对厂房的质量以及刚度中沿着高度的分布形成不均匀的现象发生。若发生地震等灾害的情况下，厂房的就有可能扭转情况发生。

2、多层钢结构工业厂房的结构内力分析

2.1简化网格生成

由于工业厂房内设备荷载类型比较多，主次梁的布置往往错综复杂，完全按照实际情况建模会产生大量的相近甚至重合的节点，容易造成计算速度和准确性的下降，可以利用一些简化手段，使程序简单易操作，又确保计算精度不受影响。

2.2利用柱间支撑调整结构纵向周期

柱间支撑不能简单地被看做是构造措施，必须把它作为一种受力杆件输入到模型中，支撑的刚度直接影响到厂房纵向的周期和水平位移。在模型中，支撑构件可按两端铰接模拟计算。

2.3楼板模型的假定

当工业厂房楼板开洞较大时，楼面刚度降低，在建模时可将工业厂房的楼板设定为弹性楼板；而对于没有开洞或者开洞尺寸较小的楼板，可以假定楼板整体平面内无限刚。

3、多层钢结构工业厂房设计问题分析

3.1、在很多的多层工业厂房结构中，实际使用时会涉及到很多货物和机械设备的运输，对于运输系统就提出了较高的要求，一般负责竖向运输的是电梯。钢筋混凝土结构中对电梯井筒的刚度要求很高，其设置容易导致整个建筑产生偏心的问题。一般在空间设计时，应尽量避免将电梯设计在结构的端、角等部位，如果不可避免要设置在这些地方的时候，需要对其周边的框架和楼板体系进行一些结构上的加强设施。

3.2、在进行工业厂房的结构设计时，需要仔细控制好其纵、横方向的框架的周期在允许范围内。

3.3、很多厂房结构都比较长，需要设置一些结构缝，但是在地震发生频率较高的区域应当控制地震缝的合理设置，不应当通过盲目增设地震缝来寻求达到抗震的目的，对很长的厂房减少地震缝的设置实际上是可以提高其抗震效果的。在设计和施工过程中，可以采取每隔40m设置宽度为1.4m的后浇带一道，需要注意的是，后浇带应当设置在对结构受力影响较小的部位。对温度比较敏感的部位，需要适当提高其配筋率。另外，还需要适当地布置一些架空层，增加屋面通风效果，或者将屋面的保温板加厚提高其隔热效率，以提高建筑的设计效率。

4、工程实例

4.1工程概况

该工程是某化工厂新增的多层钢框架厂房，20x9.5m，横向一跨9.5m，纵向柱距依次为6.5m，7m，6.5m，共4层，首层层高4.2m，第二层标高8.75m，第三层标高13.75m，第四层标高18.75m。

4.2结构分析和设计

4.2.1结构方案的确定

根据柱网布置，采用框架-支撑体系比较合适，在7m柱距间设置柱间支撑，以增强框架的纵向刚度。由于工艺专业提出保温隔热的要求，局部楼层采用了压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板，除此以外，所有楼层都采用普通的钢格栅板，以方便安装和拆卸。在铺设钢格栅板的楼层均设置了水平支撑，以增强结构体系的侧向刚度和稳定性。

4.2.2设计分析计算

（1）计算荷载

基本风压为0.45KN/m2，地震烈度7度，地震加速度0.10g，地震分组为第一组，考虑到工艺设备及管道吊架铺设的密集程度，楼面的活荷载设定为5KN/m2。楼面主要设备有：初馏塔冷却器（8t），产品塔冷却器（13t），均分布在第三层；冷凝罐（33.3t），初馏塔（170t），产品塔（95t），蒸发器（16t），均分布在第四层。

（2）计算方法

经过合理布局和模型简化后，采用STS空间建模，SATWE结构分析程序完成框架杆件的强度和稳定，节点强度的计算。

4.3构件设计

4.3.1截面设计

本工程采用焊接H型钢柱，材料为Q345B，钢梁采用Q235B，柱间支撑采用H型钢，水平支撑采用角钢。

4.3.2节点设计

应业主要求，钢结构在工厂制作，现场安装，节点均采用承压型高强螺栓连接。

（1）柱脚节点。采用外包式刚性柱脚。在实际应用中很难达到理想的完全刚接，因此，除了满足柱脚的强度要求外，还按照规范加强了柱脚的构造措施。

（2）梁与梁，柱与柱拼接节点。梁柱拼接遵循等强度的原则，翼缘和腹板均采用高强螺栓连接，使施工方便，快速，也避免了焊接质量无法保证所带来的不利影响。

（3）梁与柱连接节点。主梁与柱强轴刚性连接，与柱弱轴方向铰接。

（4）主次梁连接节点。次梁与主梁铰接连接，在计算高强螺栓时，除了考虑作用在次梁端部的剪力外，尚应考虑由于偏心所产生的附加弯矩的影响。

（5）侧向支撑的连接节点。柱间支撑采用H型钢，支撑斜杆按照两端铰接的压杆模拟计算。

5、结语

本工程因规划用地紧张，工艺设备及管道布置比较密集，荷载类型复杂，后期的修改也比较多，钢结构施工方便的优势在这里得到了充分的体现。目前，该框架已施工完毕，并投入生产，使用状况良好。

参考文献：

[1]郑建伟.有关多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].中国建筑金属结构，2013，（24）：7.

[2]覃思.有关多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].现代装饰（理论），2012，（08）：99.