多层钢结构工业厂房结构设计要点分析

Construction & Decoration
建筑与装饰2023年10月下 37
多层钢结构工业厂房结构设计要点分析
陈先河
皖创环保股份有限公司 安徽 合肥 230000
摘 要 目前，多层钢结构已广泛地用于我国的工业厂房，这种结构形式的运用的确极大地提高了工业厂房建设的便捷性，其应用的优势也更为突出。

但在实际的设计中，还有许多问题和要点要加以重视。

只有掌握了这些关键的信息，其实际应用的价值就会大大提高。

本文着重对多层钢结构工业厂房的设计进行了简单的分析与讨论，以期能提高其在未来建筑工程中的应用价值。

关键词 多层钢结构；工业厂房；设计；要点
Analysis on Key Points of Structural Design of Multi-layer Steel Structure Industrial Plant
Chen Xian-he
Wancho Environmental Protection Co., Ltd., Hefei 230000, Anhui Province, China
Abstract At present, multi-layer steel structure has been widely used in China’s industrial plants, and the application of this structural form has indeed greatly improved the convenience of industrial plant construction, and its application advantages are more prominent. But in the actual design, there are still many issues and key points requiring the concern and attention. Only when such critical information is understood, the value of its practical application will be greatly enhanced. This paper conducts a simple analysis and discussion of the design of multi-layer steel structure industrial plant, aiming to improve its application value in future construction engineering.
Key words multi-layer steel structure; industrial plant; design; key points
引言
随着我国工业发展水平的提高和国民经济的发展需要，工业厂房的建设速度得到了很大的提高，这也为多层钢结构厂房的设计和施工带来了新的机遇。

根据多年来的工作经验，多层钢结构在材料应用、施工便捷性、工程外观、抗震和受力性能、造价和环境保护等方面都具有明显的优越性。

1 多层钢结构工业厂房设计的特点 1.1 轻便型
对于多层钢结构设计，则是以钢材料为主，并不需要其他的材料。

这种钢材料在工业厂房里的重量相对较轻，可以极大地提高施工的效率。

1.2 周期较短
在工业厂房多层钢结构的设计和施工中，其周期较短，造成这种现象最大的原因是多层钢结构的使用特性。

由于其在设计和施工中没有比较复杂的建筑材料，只需使用钢材料进行搭接，所以其设计和施工更加方便。

1.3 层高比较突出
目前，我国工业厂房多层钢结构的设计工作中仍有一些
突出的问题。

与传统的住宅建筑相比，这种多层钢结构的工业厂房，往往会有4～8m 的高度，差不多是普通建筑的两倍。

当然，这与工业厂房本身的基本需求有着密切的联系。

1.4 活载荷较大
在活荷载方面，其具有更好的工作性能。

一般情况下的活荷载都可以达到2.5-20kN/m 2，这就需要在设计时更加重视，以提高整体的可靠性和安全性。

1.5 悬挂载荷和集中载荷比较多
图1 多层钢结构工业厂房
由于多层钢结构的使用方式，其施工中需要进行很多的悬挂、安装等作业。

由于这种悬挂装置的存在，其承载力必须引起设计人员的高度关注，以防止这种载荷太大，同时需要进行
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适当的控制，从而保证整体多层钢结构的稳定性。

由于在实际的多层钢结构中，由于受机械设备的使用等因素影响，往往会产生较大的集中荷载，从而对其使用安全性产生一定的影响，因此设计人员应高度关注这一问题[1-2]。

2 多层钢结构工业厂房设计注意问题2.1 结构计算注意问题
在多层工业厂房的结构设计中，采用相应的专用软件和工具箱进行构件的计算，保证图纸的精确性和完整性，为多层工业厂房的设计提供了科学的参考。

工业厂房结构计算的内容很多，主要有：构件强度计算、稳定性计算、挠度计算、各部位荷载输入、地基计算、厂房裂缝宽度计算。

若不注意以上的计算，将造成工程后期的资料基础不足，从而影响工程的施工质量和安全。

同时，要加强与其他有关专业人员的沟通，尽量减少施工上的冲突，以保证多层钢结构厂房的施工质量和效率。

2.2 坚持“四性”设计原则
“四性”的设计理念包括：经济性、稳定性、实用性、安全性[3]。

企业通过增加生产效率来减少成本。

在激烈的市场竞争中，提高企业的生产效率，降低成本费用，就能提高企业的经济效益。

一些企业在进行工业厂房的结构设计时，往往容易被利益所吸引，过分注重经济效益而忽略了其实用性和安全性。

在设计工业厂房时，必须结合经济性、稳定性、实用性、安全性等原则，以较低的造价进行高实用性的厂房建设，保证其在工业生产中的作用。

3 多层钢结构工业厂房结构设计3.1 地基基础设计
多层钢结构厂房地基基础的设计，主要有以下几个方面：一是采用地基处理方法进行地基加固。

根据土质的特性，采取不同的处理方法。

例如：更换垫层、压实填土、强夯等。

地基处理后，必须满足相应的地基承载力、变形、稳定性等方面的要求。

二是选择天然地基，桩基。

在轴心荷载作用下，基础基底表面的平均压力低于修正后的地基承载力特征值。

在偏心荷载作用下，还必须符合相关的公式。

3.2 结构布置
在多层钢结构工业厂房的设计中，主要采用框架、支撑框架、框排架等多种形式。

框架形式的厂房无柱间支撑，形成纵向和横向交叉的刚接框架，梁和柱轴力弯矩大，梁、柱截面形式以H 型钢为主，耗钢量大。

适用于2～4层多层钢结构工业厂
房，设备数量少，操作总重量轻；采用支承框架的厂房，其纵向和横向结构通常都有支承，其承受设备和地震时的大部分水平力，而与支承结构连接的柱，其柱弯矩减小，整体柱段截面减小，具有明显的经济效益。

框排架结构的厂房，因工艺等方面的特殊需要，将顶层中间柱去掉，短向柱网跨度大，屋顶梁为钢
屋架，钢屋架与柱端铰接，同时屋面自重较轻，适用于屋面有吊车荷载的情况，节约顶层中间柱的用钢量，经济效益显著[4]。

3.3 设备布置
在多层钢结构工业厂房的设计中，也应注意设备的布置问题，其布置要点是：一是当设备的工作总重量由地基基础承担，设备跨越楼层时，厂房楼层必须进行开洞处理。

设备与楼层封边钢梁的缝宽，应大于设备热膨胀所需的最小距离；二是应尽可能将大型设备设置在底层；降低因重心太高而引起的额外弯矩。

三是厂房的长度超限，如运输机、管线等长条设备，如需跨越抗震缝，则在防震缝的一部分上设滑动支撑，并使其位移符合设备的变形；四是塔架和冷换装置要按实际情况进行架设。

各楼层都需要在对应位置安装水平支撑，以增加结构的平面刚度。

3.4 钢结构抗震设计
钢结构工业厂房的抗震性能和构件、节点的抗震性能检验，应按照《抗规》附录 H.2.6、H.2.7中的规定进行。

同时，还能满足构造的相关要求。

3.5 支撑节点设计
在钢结构工业厂房的基础结构设计中，设计人员要确保所有的生产作业正常进行，并注重基础的竖向支撑和节点的设计。

由于不同节点所处的位置和所承受的载荷也不一样，因
此必须从全局的角度出发，从整体到局部设计。

节点的设计符合相关的技术规范。

具体的竖向支撑设计，设计人员应根据跨度、层高、管线设备等条件选用人字、交叉或单斜杆等支撑形式。

若设备的实际到货与图纸不符，则由业主或施工人员变更设计，竖向支承的形式和位置可调整，并增设相应的节点，保证工业厂房施工的安全性。

3.6 柱网与楼盖设计
在设计柱网布局时，必须考虑正常使用需求和生产工艺，以保证设计的经济性、稳定性、实用性和安全性。

在方案设计阶段，设计人员要对管道的情况进行深入的分析，在进行地基基础设计时要注意施工技术等方面的问题，以确保设计方案的合理性和可执行性。

在多层钢结构厂房的楼盖设计中，应确保其足够的强度和稳定性，以防止失稳破坏。

在选取钢铺面作为楼盖类型时，应按不同水平荷载、垂直荷载、跨距设计檩条拉
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条等结构构件。

3.7 变形缝设计
多层钢结构工业厂房的变形缝的设计，包括沉降缝、伸缩缝和防震缝。

由于厂房的长宽较大，温差大，容易产生裂缝，因此，为防止屋面、墙面等围护结构因内外温差的影响而产生裂缝，应设置伸缩缝。

通常，多层钢结构厂房不需要设置沉降缝，在厂房相邻两个部分间的高度差超过规范限制，或者是地基承载能力相差很大时，应设置沉降缝。

如果厂房某一方向或两个方向都超过了限值，且结构必须进行抗震设计，则应在该区域内设置防震缝。

防震缝的宽度必须符合最小的抗震规范规定。

3.8 协调结构设计与工艺设计
在多层钢结构厂房的设计中，结构和工艺的协调是其设计的核心，两者具有一定的交互作用。

在进行结构设计前，要考虑到产能与工艺的需求，以确保高产量。

在工艺设计时，要对工业厂房的结构进行详细的了解，例如：设备承载能力等。

在实际的设计中，如果忽略了两者之间的协调，不但不能充分利用工业厂房的功能，而且会导致使用矛盾的加剧。

3.9 吊车梁设计以及暖通开洞处理方式
第一，吊车梁的截面形式：工业厂房的柱网，一般根据工艺布局来确定。

工业厂房规模、柱距等工艺布局。

工业厂房顶层排架柱的标准柱距为15～24m 。

按跨度、荷载大小选用不同的吊
车梁。

吊车与屋面之间的间距应与吊车作业的安全高度相适应。

图2 多层钢结构工业厂房吊车施工
第二，多层钢结构厂房屋顶彩钢板孔处理，因暖通专业的通风需要，设有多条通风管，并从屋面穿过，屋面檩条布置应考虑到多孔的不利影响，在短侧或三侧用槽钢封闭。

孔洞的周围也要进行翻边，以避免雨水的倒灌。

4 多层钢结构工业厂房施工设计质量控制4.1 确保后续工程的施工质量
在建筑施工的初期阶段，既要严格审核钢结构的施工组织设计，又要对其进行及时的整改，并保证其质量。

针对高层建
筑，在钢结构施工中，应选用混凝土独柱作为基础，以保证整体质量，在基础工程中应严格控制以下几个因素：混凝土基础轴线、顶面标高、钢板定位螺栓孔、螺栓定位螺栓的位置及数目。

施工物料的进入和堆放要严格按既定的进度进行，在进行地基工程时，应加强技术指导，加强现场管理，以保证施工的正常进行。

4.2 施工时要严格根据制定的方案进行施工
如有施工上的问题或设计上的问题，应及时与业主协商，并在问题得到解决后继续进行。

施工技术人员不但要明白每个工艺的重要意义，更要对其有深入的认识和掌握。

为保证工程材料的质量，在进场时要进行严格的检验和取样，并对材料进行焊接前的焊接工艺进行严格的评估，并根据不同的母材强度选用适当的焊料。

4.3 在安装现场需要加强对成品的保护力度
确保大型部件不会掉落地面，并确保到达后组装，并能及时进行装配。

进一步缩短施工周期，防止钢结构部件二次污染的发生。

为小型部件的堆放提供空间，保证部件不与地面直接接触。

采用木方垫料方法，保证两个以上的垫脚点。

同时，要加强施工工人的安全意识和安全教育，要在工地上安装各种安全警示标语、安装设备，并在重点部位设立安全标志，注意工地和工地的防火标识。

5 结束语
总之，多层钢结构在工业厂房中的应用是有很大的优势和价值的，而这些优点的发挥，无疑会极大地提高这种多层钢结构的应用。

然而，在多层钢结构的实际应用中，仍有许多问题。

特别是在相应的设计中，有很多的设计重点和需要考虑的问题。

只有将这些重点都掌握在自己的手中，才能将它的作用发挥到最大，而且还能防止在以后的使用中出现安全问题。

参考文献
[1] 辛晓山.钢结构框架体系在工业厂房中的应用以及最优方案设计[J].价值工程,2011,30(28):112.
[2] 刘敏华.有关多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2014(7):1-3.
[3] 张海玲.多层钢结构工业厂房设计问题分析[J].广西景典钢结构有限公司,2011(29):232,344.
[4] 白翔宇,张妍青.钢结构工业厂房的腐蚀防护技术[J].新乡学院建筑工程系,2011(28):66-67,92.。