浅谈工业建筑中钢结构的应用及设计

浅谈工业建筑中钢结构的应用及设计

摘要：钢结构因其自身优点越来越多的应用于工业建筑领域，在钢结构中设计质量的好坏将对工程质量产生直接的影响。本文就钢结构布置及设计问题展开讨论。

关键词：钢结构；工业建筑；设计；布置

abstract: steel structure is widely used in the field of industrial architecture, design quality will have a direct impact on the quality of the project in the steel. we discuss the steel structure arrangement and design in this article,. key words: steel structure; industrial architecture; design; layout

中图分类号：tu27文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）随着社会经济的发展，工业建筑存在的社会环境、社会需求也在发生着变化，钢结构由于在大跨度和施工周期方面较混凝土结构有很大的优势，正在越来越多地进入到了工业建筑领域。

钢结构虽然在多次进行防腐和防火的维护以及钢结构自身的稳

定性保证方面存在局限性，使得很多时候钢结构上部结构本身的造价比混凝土结构要高。但是钢结构在大跨度和施工周期方面的确较混凝土结构有很大的优势，因此钢结构被更广泛的应用于工业建筑的设计和施工中，取得了很好的经济效益。

1.工业钢结构布置

结构布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质综合考虑。一般要刚度均匀，力学模型清晰；尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础；柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力(风荷载、地震荷载)的作用线；否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线：比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1／4的总水平力。为了更精确分析结构条件，新近的—些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。正确使用结构分析软件，还应对其输出结果做“工程判定”。比如，评估各向总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析还是修正其计算结果。不同的软件会有不同的适用条件，工程设计中的计算和精确的力学计算本身就有一定距离，为了获得实用的设计方法有时会用误差较大的假定，但对这种误差会通过“适用条件、概念及构造”的方式来保证结构的安全。钢结构设计中，“适用条件、概念及构造”与定量计算相比是更重要的内容。

1.1结构计算

梁、柱的截面初选时，要考虑构造要求，不宜为了一味追求用钢指标而采用把梁、柱截面高度加大、腹板厚度变薄、翼缘宽度变窄、厚度变薄等措施。结构分析中一定要注意结构分别在风荷载作用下、地震作用下的层间位移、顶点位移、自振周期。设计中常常不重视结构的自振周期，有时结构的层间位移、顶点位移都满足规范

要求，但自振周期却比较长，这对于建筑物抗震是十分不利的。当建筑物遇到主要为低频的地震波时，地震波对这种周期长、高柔的建筑影响很大。

1.2支撑布置

在各种类型的钢框架体系中，常规加设柱间支撑框架是最好的抵抗水平侧力的结构体系。横向框架垂直支撑的布置原则是：满足规范要求和工艺要求。横向结构体系采用刚、铰、撑混合体系，横向框架榀榀设撑。为保证空间体系的完整与刚度均匀分布，在局部缺少混凝土楼层处增加楼层水平钢支撑，以满足结构水平作用的合理传递。

2.钢结构设计

2.1节点设计

节点按传力特性可分为刚接、铰接、半刚接，宜选择前两者进行简单定量分析，因为半刚接节点在实际中的可操作性较差。节点连接两种常用的方法是等强设汁和实际受力设计，设计手册中通常有焊缝及螺栓连接表格供设计者方便查用。规范中对焊接焊缝的尺寸及形式有强制规定，应严格遵守。高强螺栓最小规格m12，常用m16～m30，超大规格的螺栓性能不稳定，实际施工过程中会存在无法拧紧的现象，设计中应慎重使用。连接板选取厚度为梁腹板厚度加4mm，然后验算净截面抗剪。节点设计需考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序。节点设计还应考虑制造厂的工艺水

平，比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。

2.2构件设计

首先是材料的选择，比较常用的钢材标号是q235(类似a3)和

q345(类似16mn)。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。从经济角度考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这与结构内力计算的弹性方法并不匹配。当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大—级，并自动重新分析验算，直至通过。这就是常说的截面优化设计功能之一，它大大减少了结构师的工作量。

2.3楼面等效荷载的计算工业建筑与一般多高层民用建筑结构形式、楼面活荷载等有许多不同之处,工业建筑楼面活荷载一般大于多高层民用建筑。有的中小型机床上楼层、柱上、梁上还有吊车荷载,它的跨度柱网一般比民用建筑大,层高相对较高,最大特点是整个平面几乎没有内隔墙。工业建筑一般采用现浇钢筋掘凝土板梁柱结构,板厚比一般民用建筑厚,楼板的平面刚度可视为无穷大,电梯货梯间,如不用剪力墙:整个刚度重心移向剪力墙,而电梯或货梯一般设在端头,结构刚度布局就不合理,所以电梯货梯间就使用框架

填充墙结构。

2.4为了保证钢结构厂房的空间工作，提高其整体刚度，承受和传递纵向水平力，防止杆件产生过大的变形，避免压杆失稳，以及保证结构的整体稳定性，应根据厂房结构的形式，车间吊车的设置，振动设备以及厂房的跨度、高度，温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统，并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向结构变形方向的重要因素，并影响温度应力的大小，下柱支撑应尽可能设在温度区段的中部，使吊车梁等纵向构件能随着温度变化比较自由地向区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时，一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑，但温度区段的长度大于150米时，为了保证厂房的纵向刚度，应在温度区段内设置两道下段柱支撑，其位置应尽可能布置在温度区段中间三分之一的范围内，为了避免过大的温度应力，两道支撑的中心距离不宜大于72米。

2.5抗震性设计

在对钢结构工业厂房做抗震设计时应注意：首先，在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，变形协调，尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响，厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架，以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形；其次，钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成，所以合理布置支撑系统，保证厂房结构整体稳定性，对钢结构厂房尤为重