如何减小大跨度钢结构厂房的应力变形

张 强

（山西榆次城建开发二公司，山西 晋中 030600）

引言

随着现代企业的发展需求，大跨度钢结构厂房以其重量轻、刚度大、节约材料成本、加工方便等优点越来越受到各个企业的青睐，此厂房的特点往往是具有一定的高度同时跨度比较大，在各层都会有很多不同的设备。然而钢结构厂房的一个很明显的问题就是如何减少厂房的应力变形问题，在建筑结构当中所使用的钢材变形能力都很强，本文正是从大跨度钢结构厂房从设计与分析两个角度出发，阐述了大跨度钢结构厂房在结构上如何减少应力变形、强调在设计的过程中如何选择合理结构，在设计时一定要结合之前的工程实例，最大程度减少大跨度钢结构工业厂房的应力变形使厂房结构更加的坚固、耐用。

1 大跨度钢结构厂房的特点

大跨度的钢结构同传统的钢筋混凝土结构相比具有很多的优势，首先在材质的质地上更加的均匀；在加工制造方面简化了很多的流程；同时运输起来更加的便捷；自身具有很高的强度、本身的重量较轻；塑性和韧性好非常好；在空间上具有大跨度的优点，这就使其非常方便的使用在仓库以及工业厂房等设施上。

大跨度钢结构厂房由于使用的钢材容易发生变形，当钢结构受到强大的外力时，就会由于应力不足，而出现较大的变形。当钢结构的应力不足而遭到破坏时，在失去稳定平衡之前的变形很小，也就是说大跨度钢结构具有脆性破坏的特征，所以一旦应力不足就会出现结构失稳，而在出现问题之前并没有明显的变形，所以一般不会被发现，也就是说往往事故的发生会非常突然，所以很难去预防，将造成难以挽回的损失。

2 如何减少大跨度钢结构厂房的应力变形

2.1 大跨度钢构厂房应力变形产生的原因

设计工程师在对整个大跨度钢结构厂房的线性结构分析中，通常都会假设结构的不会发生非常大的变形，整个结构对于力量的负载、位移之间的关系是线性的。如果整个结构的应力不过将会使得结构发生明显的几何形状改变，所以说如果在对钢结构厂房的稳定性进行分析时，一定要考虑应力变形对整个结构的影响，如果负载、位移之间的关系是非线性的，那么整个结构的应力变形就会有很大的不同，在这种状态之下我们观察两者之间的关系曲线可以看出每一点所代表的都是一个平衡状态，都是满足平衡方程、协调方程和本构方程的，因此这个曲线我们又可以称之为平衡路径。在这个曲线上，如果负载是随位移而进行变化，我们就可以说平衡状态是稳定的；反之，则整个平衡状态就是不稳定的。

在通常的状态下，我们可以将大跨度钢结构厂房的应力变形问题可以分为两类。首先是大跨度钢结构厂房具有分支点不稳定的问题，我们通常所说的直杆轴心受压时的发生弯曲变形以及如何去完善平板中平面受压时发生弯曲和变形的问题都是这一类的问题；其次是分支点不稳定的问题，例如钢结构的偏心受压构件，在它的塑性发展到某种程度的时候就会失去使应力无法承受而发生变形。在大跨度钢结构厂房中，在轴心位置的构件，通常都会无法避免一些初弯矩，在负载的作用点上难免会出现偏心的状况。所以说要对大跨度钢结构厂房的应力变形进行类型分类，我们还要了解问题对构件具有的影响。

2.2 减少大跨度结构厂房的应力变形的具体实施细节

在进行大跨度厂房设计的时候考虑局部设计对整体应力变形的影响，大跨度钢结构厂房设计的工程师在做厂房设计时，一定要参考之前的工程实例，对局部的设计要更加的细致。目前大跨度钢结构的厂房结构大多都是参照平面体系来进行设计的，例如说桁架、框架等。所以要想减少大跨度钢结构厂房的应力变形，我们一定要从局部到整体的布置方面来进行解决，在一些位置增加必要的支撑构件，来增加多点的支撑力，增大厂房的受力点，以最大程度的减少应力变形。

在进行大跨度钢结构厂房的设计过程中，我们可以一定要将所使用的杆件稳定程度考虑进去，通过计算来增加杆件的稳定程度，在计算的过程中往往所依据的是假设的条件或一些典型的情况所得出来的，同时我们可以参考之前的工程，在已经成熟、成功的大跨度钢结构厂房设计当中吸取更多的实际经验，来获得更真实的数据，在实际的设计当中如果厂房的结构同假设条件相符合才能正确应用。所以说在设计时要充分考虑未来大跨度钢结构厂房的具体结构，这样整个假设和技术才会更加的有效。

在大跨度钢结构厂房的设计过程中要注意在结构的细部构造设计上同杆件的稳定计算上要注意二者的相互配合，只有这样使二者才能一致性。例如梁的整体稳定性就和梁端连接构造关系密切，在设计中就要注意二者之间的联系，同时由于大跨钢结构厂房结构所使用的杆件数量是非常多的，所以说设计者们尽可能的简化模型，但是即使是这样其自由度也成也是非常反对的，所以说在进行结构构件设计之前，就不得不用有限元方法对整个钢结构进行一个精确的数值分析。对于大跨度钢结构厂房的分析通常都是从简单模型开始，之后以此为整个设计的依据，再运用合理的分析模型以及求解方法，去进一步的分析模型，以找到最好的方式来减少应力变形。

3 大跨度钢结构厂房现状以及未来展望

通过上面的论述我们可以知道目前大跨度的钢结构厂房在设计上已经有了非常成熟的发展，现在大多数的工程设计中都是在使用着一些普遍的设计方法，我们国家地域辽阔，所以不同的地域具有不同的特点，所以说在进行大跨度钢结构厂房的时候还要考虑到地域性特点，例如说抗震、气候、地质等都会对工程有一定程度的影响，也就是说在做设计时不能所有的工程都是同一个模式，一定要考虑结合当地的地理特点。另外，大跨度的钢结构厂房相对于传统的钢筋混凝土结构体系造价要低一些，而且整个建筑空间具有很高的利用率，加工起来更加方便，一旦发生灾害之后很容易修复，同时在施工方面，周期短、资金占用少、对环境破坏和污染也相对较少，由于使用的是钢材所以回收和再生利用率高，这些都是钢结构厂房的优势，所以现代工厂设计中采用这一结构的越来越多，然而，如何减少大跨度钢结构厂房的应力变形是一个急需解决的问题，本文针对此问题给出了一些建议，相信在未来设计者们，会逐步改善这一问题，使得大跨度钢结构厂房具有更加广泛的应用。