钢结构在工业厂房设计中的应用

李 伟 山西太钢工程技术有限公司

1 前言

钢材作为建筑材料的一种，其自身具有质量轻、强度高、抗震性强以及延展性好等性能优势，能够实现工业化生产加工，以确保整个工程项目施工进度全面提升。在工业厂房结构设计中应用钢结构形式，能够对于厂房的实用性和功能性进行全面提升，从而降低厂房建筑施工成本，整合施工作业中的各项要求，在满足经济条件下对于厂房的安全性做出保证。

2 工业厂房中钢结构的应用特点

工业厂房结构设计过程中，将施工的各个环节对于钢结构的部分进行合理化设计，是工业厂房设计取得显著的经济效益和质量效益的前提保障。对于钢结构工业厂房而言，相比于混凝土结构设计其能够全面降低厂房设计难度，从而提升厂房建设施工效率，同时钢结构设计在实际应用中其经济性比较强，因为在钢材料拼凑过程可以节约很多的施工原材料，对于施工经济成本降低具有良好的促进作用。其次，钢结构的延展性较好，如果在厂房设计中应用钢结构，可以利用钢结构的特点对各种设计工艺要求进行满足，其可以在设计结构中设置较大的空间，以保证上部空间应用的合理性，从而有效的满足设计工艺，节约建设施工经济成本。最后对于其环保理念来说，钢材料是属于一种高利用率的建筑材料，并且可以多次利用在厂房设计中，对于人力物力等需求不高，同时拆卸之后的钢材料可以进行回收二次应用，循环性能高，利于国家以及企业的环保事业发展。

钢结构厂房的主要特点就是其抗震能力强，在地震频繁的地区，一般都会采用钢结构建筑厂房，同时钢结构自身化学活跃度低，用此材料建成的厂房具有优秀防火灾和防意外事故的能力，其抗腐蚀、抗老化、密封性较好，不但可以适应于现代工业厂房的设计需求，同时还可以应用在冷化库工厂等地点。一般工厂整体化制造都需用到钢结构设计，其结构设计的应用可以使工业化设计建设速度加快，在实际工业厂房建设中，只需要吊装极少量钢材料进行拼装即可，在此状态下，一座大型的钢结构框架的工业厂房只需要一到两个月就可以竣工。另外由于钢结构工业厂房的建设总体面积较小，可以有效的提升厂房的实际使用空间。同时其可改装性能较高，因为钢结构厂房通常都是大跨度结构设计，其保证了内部空间的充裕性，可以在使用中根据实际客户需求做好相对应的分隔处理，然后实现不同的功能区间，从而满足客户对其的使用需求。

3 钢结构在工业厂房设计中的实际应用

3.1 实际案例

我国某钢厂新建工业厂房，该结构是按照轻钢结构设计，同时符合国家规范对厂房结构设计的规定及要求。

钢结构主体采用门式刚架，柱距6m，厂房跨度12m，单层厂房，檐口高度6.35m，建筑面积约360m2，建筑防火等级为三级，屋面防水等级为二级。刚架柱脚采用螺栓与独立基础连接。钢结构主体完工后，刷防锈漆两遍。墙体封闭采用C型檩C160×60×3+80mm 厚复合岩棉保温板，屋面封闭采用C 型檩C160×60×3+50mm 厚复合岩棉保温板。此结构地震设防烈度为八度，使用寿命为50年。

依据GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ 82—2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）等规范要求，建设场地的风载为0.40kN/m2，10.9级高强螺栓可承拉力：225kN/根（直径：24mm）活荷载：2.0kN/m2。本设计方案中的耐火极限温度范围在450℃～650℃，极限时长为60min 左右。超过极限范围会导致结构损坏而影响正常使用。

钢结构施工方案：

（1）主 要 材 料 ：型 钢HN400X200、槽 钢[16b、C 型 檩C160×60×3、复合岩棉保温板、钢板、10.9 级M24 高强螺栓、钢结构专用防锈涂料、C30混凝土、钢筋、等。

（2）施工流程：基础施工、刚架预制→主体刚架安装→边框（接点）处理→支撑、檩条固定→除锈防锈（防火）→墙面、屋面安装→门窗安装→封边处理→主结构验收→消防验收。

（3）施工过程需注意事项：①基础施工过程中需注意控制基础顶面标高，预留出50mm 厚的二次灌浆层的空间；螺栓需预埋准确，螺栓丝扣需做保护以免被混凝土污损。②刚架制作需严格按照设计图纸加工制作，吊装需准确到位，不允许有倾斜、偏差。③钢结构在制作前,表面应彻底除锈,除锈等级为ST2.5 级。④构件除锈完成后刷两道防锈漆,连接接头的接触面及现场焊缝两侧50mm 范围内安装前不刷漆,待安装后补漆。钢结构厂房平米用钢量参考如表1。

表1 结构厂房设计用钢量（仅供参考）

3.2 防火性能在工业厂房中的设计应用

结合上述案例研究，在工业厂房设计中防火功能是必要进行的一项设计。对于钢结构而言，相比于混凝土结构其容易受到温度变化的影响从而导致其防火性能不强，所以应用钢结构建筑工业厂房时应强化其防火隔热设计。在具体设计过程中，设计人员应对厂房内部可能发生火灾的类型进行划分，然后根据各种类型的火灾划分等级，避免意外事故对厂房结构的稳定性产生影响，为了保证钢结构的耐火性能够得到有效提升，可以在其表面涂刷相应的防火材料，从而使用外部因素控制内部结构的稳定性。同时对于设计人员而言，其应当对于火灾的预防控制操作进行合理优化，有效控制设计质量，例如可以设置逃离出口、应急通道等等，这样在意外火灾发生时可以及时疏散施工人员，减少事故发生概率。

3.3 防腐性能在工业厂房中的设计应用

钢结构属于金属材料，可以被氧气造成氧化现象。如果长时间使用，其结构就会受到空气的影响，造成不同程度的氧化和腐蚀，当厂房内部湿度较大时，更加会加快其氧化的速度，钢结构被氧化腐蚀后，其构件截面会逐渐变小，导致其会发生不同程度的生锈现象，使其受力位置集中在一点。基于此原因，设计人员在应用钢结构设计工业厂房时应首先观察厂房内部的环境情况，然后根据检测数据制定科学的防腐方案，然后在钢结构表面涂刷相应的防腐材料，同样利用外部材料因素来提升结构的抗腐蚀性能，从而保护结构的稳定性。

3.4 抗震性能在工业厂房中的设计应用

一个厂房的建设，抗震设计是首要考虑的问题，因为厂房一般都会建设在比较宽广的区域，而且利用钢结构建设的工业厂房一般在地震区域应用较多，所以在建设厂房时一定要做好防震工作，保证厂房结构的安全性。首先在设计过程中要对钢结构体型进行科学布局，提升结构的传力性能；其次钢结构的厂房屋架与钢柱、屋面板之间应连接牢固，对于节点处进行合理处理，避免结构节点连接出现问题；最后对柱体和墙体的宽高比例进行科学调控，运用最佳的减震方式，提升工业厂房的抗震性。

4 结束语

综上所述，随着我国工业化水平的不断发展进步，工业化厂房的建设范围也在逐渐增加，因此对于厂房的设计理念应结合钢结构的各种优势进行合理化加强，全面提升厂房的稳定性和安全性，确保工业厂房的结构设计质量。