《大空间工业厂房钢结构设计与优化措施》
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摘 要：就工业生产企业而言,工业厂房发挥着不可取代的作用,其性能的优劣直接影响到企业的生产效率.为此,在建造工业厂房过程中,为了降低给环境产生的不利影响,将工业厂房建筑施工费用降至最低,增加建筑的美观度,一般建设主体会选择以钢结构为施工原材料.大空间钢结构工业厂房是一种集自重轻、抗震性能强、可供企业进行生产的重要场地,其结构性能会对化工企业的生产活动产生显著影响.鉴于此,迫切需要优化大空间工业厂房钢结构的设计,本文将重点探讨大空间工业厂房钢结构设计及优化措施.
关键词：钢结构;工业厂房;优化设计
大空间工业厂房作为化工企业的关键生产场所,其施工质量与工作人员的人身安全以及工业生产效率息息相关,因此要重视其建筑的结构设计.进入二十一世纪后,凭借着自身特有的优势,钢结构工程的运用范围愈来愈广,且逐步取代了传统厂房砖混结构的位置.众所周知,钢结构工业厂房有自重轻、抗震性能突出等特征,对企业各项生产活动的开展具有重大影响,为此有必要深层次研究如何优化大空间工业厂房钢结构的设计.
1 大空间工业厂房钢结构设计的主要问题
1.1 精确度不高
在钢结构设计中,计算设计结果的可靠程度主要由荷载取值的精准性所决定,然而部分设计人员在设计钢结构中无法有效确保荷载取值的精准性,造成由于墙体布置影响结构整体刚度、支撑物安装位置不科学等,导致结构总体的稳定程度受到不良影响.
1.2 整体布局存在问题
在大空间工业厂房钢结构设计过程中,要重视整体的布局,坚持用整体观念着眼于方案的设计.钢结构厂房是企业布局中的重要构成,是企业进行生产的关键场地之一.在大空间工业厂房钢结构设计过程中,必须综合考虑企业特征、厂房要求、气候以及面积等诸多因素,促进厂房和企业其他建筑之间能够维持协调.然而,部分设计人员在设计大空间工业厂房过程中没有站在大局角度进行考虑,导致工业厂房和其他建筑的位置出现矛盾;比如居住区和工业厂房相距太近,厂房形成的有害气体或者噪声,会影响周围居民的工作效率与身体健康等问题.
1.3 建筑结构不科学
项目造价和企业效益存在密切联系,实际上设计大空间工业厂房钢结构费用的高低关乎到整个厂房的施工成本,然而部分设计人员在设计大空间工业厂房钢结构时没有重视成本控制问题.比如设计大空间工业厂房钢结构的方案不合理,未将承重结构的安装工作做到位,导致资源浪费问题出现,有的甚至使厂房安全质量达不到设计要求,此时就需要重建拆除,导致项目成本与返工频率的增加.
1.4 温度影响产生伸缩缝
由于温度应力过大导致建筑物开裂,在一定长度范围内根据建筑物的结构体系不同而设置伸缩缝,是规范所规定的内容,一般情况均应遵照执行.但是在钢筋混凝土结构的建筑物中由于设置了伸缩缝却带来很多问题,尤其在地震区更是问题多多.
2 大空间工业厂房钢结构设计的优化措施
2.1 抗震性设计
在设计大空间工业厂房钢结构过程中,要重视工业厂房的抗震性能.为强化抗震效果,设计人员需要采用合理的设计方案,一方面要精准掌握与之对应的抗震等级,另一方面要严格控制钢结构的整体效果,将相关预防工作做到位,有效确保厂房建筑的可靠性与稳定性.在场地的选择上要优先选用对厂房结构有利的地段,在厂房的结构平面布置上要突出整体性,要合理做好整体稳定、整体与局部稳定之间的关系;在平面布置时宜采用稳定性能较强的矩形,立面宜简单对称,同时在平面布置过程中要注意钢架、柱间支撑的布置坚持简单对称的原则,这样的设计可提高厂房整体构造的荷载力和稳定性能,使厂房抵御地震灾害的能力显著增强.
2.2 防火、隔热设计
现阶段,在大空间工业厂房建筑结构领域内钢结构取得了大范围运用.与混凝土结构相比,钢结构有塑性强、强度高等特征,然而钢材易受温度影响,钢材导热性强,当温度超过100℃时,钢材的抗拉强度会变差,可塑性增强.但在温度超过250℃的情况下,其可塑性会变差.在相关应力作用下,碳素钢（大于420度）合金钢（大于420～500度）时发生蠕变,其隔热、防火能力往往会劣于混凝土结构,导致钢结构的工业厂房存在显著安全隐患.鑒于此,在设计大空间工业厂房结构过程中,如果钢结构表面温度超过了150℃,为保证工业厂房的可靠性与安全性,要重视隔热性能与防火性能[1].为提升防火设计的合理性,首先要考虑其生产类别、施工工艺图、工业厂房对隔热、防火的需求等影响因素,将防火等级确定下来后,以国家防火规范为依据进行设计,结合防火等级要求和质量要求选用合适的材料,并将防火涂料涂抹于钢材表面.同时,在进行防火设计过程中需优化大空间工业厂房的平面布局,合理设计安全疏散通道、防火隔热设施、消防楼梯等,以有效保证火灾事件突发的情况下可安全撤离在场生产的工作人员,减少人员伤亡数量,降低火灾引发的负面影响.而在进行隔热设计过程中,要做好耐热保护工作,比如对于化学工业厂房,应做好对其内部的加热炉周围辐射区域中钢材的相关保护工作.
2.3 屋盖支撑体系设计
屋盖支撑体系的设计和屋盖架构形式、生产车间的跨度与高度、吊车的吨位及其设置等诸多因素息息相关.一般而言,不管是否存在镶条,都应将纵向支撑设立于屋盖架构内.如果大空间工业厂房屋架中或是其20米范围内设置了大规模振动装置或是大吨位吊车,就要将垂直方向的支撑安设于厂房内部.此外,在设计此支撑过程中,应采取天沟方式将屋面坡度设置到位,这样才能有效确保工业厂房建筑具有较为优越的防水性能.
2.4 钢结构截面设计
承重柱的高度、间距以及跨度对钢结构的截面大小具有决定性影响,为此要采取合理方式将设计工作做到位.首先,要把所有会对承重柱的间距、高度、跨度形成影响的数据进行精准地计算,保证这些数据的精准度,否则容易出现设计误差[2].只要能保证截面设计合理、科学,就能增加建筑物的美观度.
2.5 立面设计
立面设计指的是以形状设计、颜色布局、规模等为着眼点,使工业厂房的外观发生变化,对其予以美化加工.为此,在设计工业厂房过程中,一方面要高度重视颜色的搭配,颜色处理得当,对工作人员工作的积极性具有显著的调动作用.比如入口处宜选用跳跃性颜色,增加入口的清晰度与立体感,让员工能提早进入工作状态;以鲜艳的颜色标注于危险位置,警示工作人员切勿接触;用采光板装饰厂房,以其顶替窗户,防止建筑的整体性与线条遭到破坏.
2.6 伸缩缝设置设计
2.6.1 在设计大空间工业厂房过程中,框架梁多数采用预应力混凝土结构,可以减少柱数量、增强梁板刚度.在梁中所施加的预压应力可抵消由于混凝土温度变化和收缩产生的轴向拉应力,从而达到扩大温度伸缩缝间距的目的.
2.6.2 在设计大空间工业厂房过程中,带设置的宽度和间距,在规范中规定间距约为每 30～40m 设置一道后浇带,带宽 0.8～1.0m.如果在施工条件许可的情况下,还可以将后浇带的宽度适当放大.
2.6.3 对于单层高低两跨现浇钢筋混凝土框架结构,在高低跨处容易产生的应力集中,导致裂缝产生,为此对此部位采取有效了构造措施.
3 结语：
综上所述,大空间钢结构工业厂房凭借着自身具有建造费用低、外观美、建造时间短的优势被大范围地应用.近些年来,我国出现了许多化工企业,其对工业设施提出了相当高的要求,对空间的要求也愈来愈高,导致大空间钢结构工业厂房的设计面临着巨大挑战.为此,相关设计人员要优化和创新大空间工业厂房钢结构设计及相关技术,推动我国工业厂房施工技术实现跨越式发展.
参考文献：
[1]陈贵敏.关于钢结构厂房施工与安装质量控制要点浅谈[J].四川水泥,2019（10）：236.
[2]刘世品.钢结构在工业厂房结构设计中的应用[J].工程技术研究,2019,4（14）：140～141.
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钢结构设计引用文献:
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