多层钢结构工业厂房的设计与应用分析.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 183 多层钢结构工业厂房的设计与应用分析 田 旆 中电科建设发展有限公司，河北 石家庄 050000 摘要：摘要：在现代工业厂房项目中，多层钢结构已经得到了广泛应用，而其设计和应用效果也成为了相关领域的重点关注内容。基于此，本文便以某工业厂房的实际项目为例，对多层钢结构在其中的设计和应用进行分析。包括本次所研究的工程概况、多层钢结构工业厂房的主要特征、工业厂房中的多层钢结构设计及其应用要点分析。希望通过本次的分析，可以为多层钢结构在工业厂房中的良好应用和工业厂房整体质量的提升提供一定参考。关键词：关键词：工业厂房；多层钢结构；特征；设计要点 中图分类号：中图分类号：TU391 0 引言 在对工业厂房中的多层钢结构进行和应用时，工作人员首先需要明确多层钢结构工业厂房的主要特征，结合具体的工程概况，对工业厂房中的多层钢结构进行合理设计。然后再根据工业厂房结构的实际应用需求，对其中的多层钢结构加以合理应用。通过这样的方式，才可以让多层钢结构的应用优势得以充分发挥，满足现代工业厂房对于结构的实际需求，实现工业厂房的良好设计、建设、应用和发展。1 工程概况 某电石冶炼工业厂房的总建设面积是 5400m2，其中的主要设备设施包括炉体、变压器、电极和电动葫芦等。该工业厂房中的主体结构为钢结构，考虑到现场实际环境和具体设计需求，将其屋面设计为 C 钢薄壁双拼檩条形式，将外挂夹芯板用作维护结构，将楼板结构设计为钢筋混凝土形式，将框架柱体设计为“工”字形。其中的梁柱节点主要为焊型连接，基础和主体主要为刚性连接。考虑到实际的施工工艺需求，在柱网结构设计中，将横向柱间距设计为 5-16m；纵向柱间距设计为 6-12m。本文主要对其多层钢结构的设计与应用策略进行分析。2 多层钢结构工业厂房主要特征 就目前的多层钢结构工业厂房来看，其主要特征包括以下几个方面：1）具有较轻的结构重量，现代工业厂房中所应用的多层钢结构材料大多为轻质钢材，通过这些钢材的合理应用，可在充分满足工业厂房实际质量和安全需求的基础上有效降低其结构重量。2）具有更短的施工周期，因为工业厂房中应用的多层钢结构部件大多在工厂完成加工，运输到施工现场后只需要按设计拼装和连接即可，这样便可显著缩短其施工周期。3）具有良好的承重能力，经过科学合理的设计与应用之后，工业厂房中的多层钢结构将具备足够的刚度、强度和韧性，可充分满足其实际施工和应用需求1。4）具有较大的活荷载，相比较传统的工业厂房结构而言，多层钢结构在完成施工后不需要养护，可直接存放一些施工原料，具有较大的活荷载。3 工业厂房中的多层钢结构设计分析 3.1 主要设计原则 就总体而言，在现代工业厂房的多层钢结构设计中，主要应遵循的原则包括以下几个方面：1）结构整体化，通过先进的设计软件对其主体与维护结构进行一体化设计，并通过模拟仿真的方式进行整体性分析，以此来确保其整体结构的设计质量和应用性能。2）截面设计优化，设计中应着重考虑截面刚度，在满足实际应用需求的同时尽可能减小钢结构的截面，从而实现整体多层钢结构重量及其空间占用率的合理优化。3）支撑杆件选择的合理性，对于多层钢结构中的 C 级螺栓，在连接杆件选择中，一定要注重其直径的合理性；同时应将其角钢类型控制在 5 类及以下，以此来确保其采购的便捷性2。3.2 结构布置要点 柱网布置要点：中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 184 表 1 本次工程中多层钢架构的荷载计算结果 序号 荷载名称 荷载类型 荷载计算结果 荷载作用部位 1 楼面和吊车荷载 均布、悬挂荷载 按规范 每层楼板和屋面吊点 2 电缆荷载 悬挂荷载 22kN/m2 12m 处楼板连接平面 3 原料荷载 均布荷载 21kN/m2 4.4m 处楼板连接平面 4 水管荷载 悬挂荷载 15kN/m2 4.4m 处楼板连接平面 5 自重荷载 集中荷载 268kN/m2 4.4m 处楼板连接平面 6 电极自重荷载 集中荷载 763kN/m2 16.5m 处楼板连接平面 7 电极制动力荷载 集中动荷载 150kN/m2 12m 处楼板连接平面 8 变压器自重荷载 集中荷载 365kN/m2 7.7m 处楼板连接平面 针对工业厂房工程项目中的多层钢结构柱网，具体布设中，其设计要点包括以下几个方面：1）一定要与工业厂房的实际应用需求相符，以免干扰到后续的正常生产；同时应与其整体建筑风格保持一致，以此来确保其美观性。2）让柱网布设符合高效施工方式，使其施工质量与效率得以良好保障。3）设计中需要充分考虑到工程造价，让多层钢结构工程的经济性足够合理。4）柱网布设要满足工业厂房后续的技术更新需求，预留出足够的发展余地。目前的多层钢结构柱间支撑体系主要有“K”型支撑、偏心支撑和中心支撑。本次设计中，考虑到厂房所在区域的实际情况及其实际应用需求，将其柱间支撑设计为中心支撑形式。对于柱间距，主要根据厂房内部结构的复杂程度来设计，如果厂房中的炉体属于大型设备，在柱网设计中，就需要将该部分的圆柱间距控制在 5-10m，以免设备振动对钢结构支撑梁产生不利影响3。3.3 结构体系布置要点 目前，工业厂房中常用的多层钢结构体系有以下三种：1）框架支撑体系，此类体系由横向刚接框架和纵向柱支撑组成，在长矩形工业厂房中十分适用，且经济效益也比较好。2）纯框架型体系，此类体系为横纵方向的刚接框架，没有柱间支撑，空间占比较小。但是具体设计中，为使其结构足够稳定，需要通过惯性差别较小的箱型柱替代传统的工字型柱，这样便会增加材料消耗，提升工程成本。3）钢架与支撑混合型体系，此类体系主要由横向刚接框架和纵向钢架支撑组成，可将水平力对整体结构的不利影响消除，避免柱体产生纵向弯矩，但此种结构对于楼面刚度的要求更高，柱间支撑需要充分发挥出其应用优势。而在工业厂房的实际设计中，其多层钢结构大多由箱型柱或弓形柱组合而成，具有较小的侧向刚度，需加设支撑结构。同时，为实现整体结构水平位移的有效控制，在对其主承重结构进行设计时，设计者可根据实际情况，对框架抗剪桁架、三跨弓形截面钢框架或框架钢混剪力墙等结构加以合理应用。3.4 结构楼板选用要点 在工业厂房多层钢结构设计中，其楼板的刚度和承载力方面通常都具有较高要求。基于此，具体设计中，设计者需要将工业厂房的实际应用需求作为依据，对其结构楼板加以合理选择。就目前应用在工业厂房多层钢结构设计中的楼板来看，其主要类型有两种：1）压型钢板组合形式，具体设计中，需要在钢梁上部敷设钢板，两者通过螺栓连接，然后再实施混凝土浇筑。在此过程中，设计者需要对钢梁和楼板之间的组合形式加以科学确定，以此来确保整体设计的经济性。2）预制板叠层组合形式，具体设计中，需要在钢梁上部敷设钢筋混凝土薄板，然后再实施混凝土浇筑，不可将压型钢板应用其中，这样便显著降低了工业厂房中的钢结构材料用量，对其整体工程造价成本的控制更加有利4。3.5 具体结构设计分析 为实现本次工业厂房建设项目中多层钢结构的合理设计，使其施工效率、质量与经济性得以良好保障，本次设计中，主要将设计软件和特殊材料作为基础，中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 185 对整体建筑结构与多层钢结构进行了一体化设计。出于本次项目实际情况的考虑，通过框架横向、纵向布置及其性能的合理控制来实现本次多层钢结构设置及其设计参数计算方法的全面优化。为保障多层钢结构的整体稳定性，具体设计中，特对其各个方向上的抗震能力进行了全面衡量，然后以此为依据，对多层钢结构中的防震缝和收缩缝进行了合理设计，并根据该工业厂房的实际建设要求和应用特征，为其设计了合适的结构体系。对于多层钢结构的荷载工况，本次设计中，主要将 建筑结构荷载规范 GB/50009-2012 中的相关规定作为依据，对其 X 方向上的地震力、风力荷载作用，Y方向上的地震力、风力、恒载以及活载作用条件下的标准内里进行了全面考虑5。将上述各种荷载工况条件下的最不利情况作为依据，通过 STS 软件进行整体多层钢结构三维模型建立，并借助于 Satwe 软件计算出了本次工程中多层钢结构的荷载结果（根据该工业厂房所在区域的相关资料，将地震烈度设为 7 度，阻尼比确定为 0.35）。将上述荷载参数作为基础，便可对该工业厂房多层钢结构每一层楼板层中的实际荷载力、荷载类型及其作用部位做到全面了解。对于荷载负荷比较大的部位，具体设计中，可采用一些合理的手段来进行加固，从而有效确保其整体设计质量，满足后续的施工及其应用需求。4 工业厂房中的多层钢结构应用要点分析 对于现代工业厂房中的多层钢结构，其应用要点包括以下几个方面：第一是注重技术应用流程的简化，第二是注重支撑系统功能的增强，第三是注重结构设计效果的提升。以下是对其应用要点所进行的具体分析。4.1 注重技术应用流程的简化 在工业厂房结构设计中，多层钢结构一般都相对比较复杂，具体应用中，如果不能对其方案进行合理设计，便会加大多层钢结构的后续施工难度，甚至会对其施工进度造成一定程度的不利影响。基于此，在多层钢结构的具体应用中，相关单位一定要根据工业厂房的具体建设和应用要求，结合现场实际条件，对其多层钢结构设计方案展开全面、仔细地分析，科学判断其有效性和可行性，使其结构得到进一步的完善与优化。然后再将最终的优化设计图纸作为依据，对其施工方案加以科学制定，从而尽最大限度简化多层钢结构的技术应用流程。4.2 注重支撑系统功能的增强 针对工业厂房中应用的多层钢结构，要想使其应用优势得以充分发挥，具体应用中，就需要对其支撑系统功能的增强做到足够重视。此项措施需要同时应用在多层钢结构的设计及其建设施工中，使其支撑系统的应用功能得以良好保障。首先，在支撑系统设计中，设计者应尽量将支撑形式设计为“人”字形或交叉形，这样才可以确保其支撑作用，让支撑系统足够安全可靠6。其次，在多层钢结构的具体施工中，相关单位与工作人员一定要严格按照工程要求和设计标准来检查钢结构材质及其加工质量，在确保其符合工程设计要求的基础上才可以将其投入实际应用；同时也需要严格按要求做好多层钢结构的施工技术控制，从而有效避免工程材料不佳或施工质量不当对多层钢结构支撑系统的不利影响，使其系统功能得以良好保障。通过这样的方式，才可以让多层钢结构在现代工业厂房中得以良好应用，满足工业厂房多层钢结构的质量与安全需求，并实现整体工期和成本的良好控制。4.3 注重结构设计效果的提升 对于应用在现代工业厂房中的多层钢结构，设计效果对其应用效果具有决定性作用。基于此，在此类结构的具体应用中，相关单位与工作人员一定要对其设计效果做到足够重视，并采取合理的措施来提升其设计效果。首先是注重设计人员的专业知识与技能培训，使其在多层钢结构设计方面的专业知识得到不断更新，及时、全面地掌握更多先进的设计技术，从而为此类结构的设计效果提升奠定坚实基础。其次是将更多先进的现代化辅助设计技术引入到工业厂房多层钢结构设计工作中，使其结构的受力分析、荷载计算、设计工艺等得到全面优化，从而进一步提升其结构设计效果。最后是对工业厂房中的多层钢结构设计图纸进行认真审核，并将其与实际工程项目的应用及其发展需求相对比，以此来进一步优化其整体结构设计，达到更好的设计效果。通过这样的方式，才可以让多层钢结构在现代工业厂房中得到更好的应用，在确保工业厂房整体结构质量和安全的基础上实现其整体施工效率与经济效益的最大化提升。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 186 5 结束语 综上所述，多层钢结构是现代工业厂房建设项目中最为常用的一种结构形式。通过多层钢结构的合理应用，不仅可有效确保工业厂房的整体质量，也可以显著提升其空间利用率，缩短其施工工期，并使其施工成本得以良好控制。基于此，在具体的工业厂房建设项目中，相关单位与工作人员一定要对多层钢结构的应用优势做到充分了解，通过合理的技术措施来进行多层钢结构的设计与应用。这样才可以充分满足现代工业厂房对于多层钢结构的实际应用需求，使其应用优势得到最大限度的发挥，以此来促进工业厂房设计与建设工程的良好发展。参考文献 1田轩.多层钢结构工业厂房的设计与施工要点分析J.四川水泥,2022(09):169-171.2王天笑.多层钢结构在工业厂房中的应用J.四川水泥,2021(09):135-136.3孟琳.多层钢结构工业厂房结构设计J.建筑技术开发,2021(12):7-8.4吴泽进.多层钢结构工业厂房结构设计要点探析J.房地产世界,2020(19):45-46.5曹宇星.多层钢结构工业厂房结构设计要点概论J.四川水泥,2019(07):57.6胡应林.多层钢结构工业厂房结构设计要点概论J.建材与装饰,2019(17):74-75.