钢结构厂房稳定性研究

钢结构厂房稳定性研究

沈永良1,沈建国2

1.国昇设计有限责任公司浙江分公司

2.杭州萧山市政园林建筑设计院有限公司

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。由于我国工业经济的快速进步，带动了各领域事业的蓬勃发展，在这一时代背景下，工业厂房建设项目已经成为当代工程建设中最重要的组成部分之一。而当前，由于人们各方面需求的不断增加，对于厂房的质量提出了更高要求，尤其是大跨度厂房，一般都采用钢结构形式，钢结构厂房整体的稳定是保障厂房后期安全生产的关键。本文就钢结构厂房稳定性展开探讨。

关键词：　厂房；钢结构；稳定性；结构设计

引言

钢结构是一种应用十分广泛的建筑结构形式。为了充分发挥钢结构技术在工业厂房建设环节中的作用及优势,技术人员应明确钢结构的优势及不足,判断该项技术的可行性,掌握该项技术的应用要点,并在施工期间强化质量控制,以确保工业厂房钢结构建设水平能够达到预期要求。

1工业厂房钢结构的优势及劣势

1.1 工业厂房钢结构优势

与传统模式下的钢筋混凝土厂房相比，钢结构厂房具备绿色环保性、抗震性能较强以及可塑性能较高、施工过程较为方便以及现场施工布设较为灵活三大优势。钢结构厂房应用，响应了节能环保和可持续发展的基本要求，优质钢材作为高强度建筑原材料，能够在建筑工程施工中得到循环利用，也能够通过钢结构厂房施工过程中或拆除时建筑垃圾数量的减少甚至完全不产生建筑垃圾的方式，大幅度降低建筑工程结构施工或拆除对周边环境的污染，为绿色环保做出应有贡献。

1.2工业厂房钢结构劣势

虽然钢结构具有众多优势,但在应用期间仍存在一定的劣势,如基础极易出现失稳现象、屋面结构极易受到损坏、钢材发生腐蚀等问题。（1）厂房基础失稳主要体现在局部失稳及整体失稳上。受外界荷载影响,荷载一旦超过承载能力,就会导致失稳现象的发生。此外,软土地基及不平整地基也常出现失稳现象。（2）屋面结构受损。由于屋面截面形状复杂,节点应力集中将会发生偏移现象,造成屋面结构破坏。（3）钢材腐蚀受环境湿度及温度影响,如果未做好相应的防锈处理及防腐处理,则容易出现钢材腐蚀问题。

2钢结构稳定性设计阶段要点

2.1结构方案设计

结构体系应根据建筑的抗震烈度、建筑高度、场地条件、地基、材料及施工等因素，结合技术经济和使用条件综合比较确定，不同性能的钢结构建筑需要采用不同的结构形式进行设计。对于钢结构建筑，要明确整个钢结构体的受力体系，在进行设计时，应尽量采用一些相对合理的结构样式。另外，在进行方案规划时，钢结构建筑应尽量能够满足规则性要求，建筑设计应重视起平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐较小、避免侧向刚度和承载力突变，这样可以使钢结构体系受力均衡。方案设计中尽量满足以下三点原则:（1）平面的设计应尽量简单且对称，尽量避免平面凹凸，减少平面不规则，同时应具有合理的刚度和承载力分布，使钢结构体系整体的重心以及结构的中心吻合，使结构在两个主轴方向的动力特性相近，避免应力集中或塑性变形集中，平面规则结构对于扭转和形变的抵抗能力比较强。（2）对于竖向的设计，也要尽可能减少不规则性，同时尽量避免竖向抗侧立构件不连续和楼层承载力突变的情况。结构竖向的规则和对称能够最大程度地满足结构整体的稳定性。（3）对于一个建筑物来说，钢柱的布置以及基础形式的合理选择也很重要。在满足工艺生产要求下，应尽量减少非必要的抽柱，使其尽可能满足对称以及结构规则性要求。对于不规则的建筑应按规定采取加强措施，按相应要求进行地震作用计算和内力调整，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，特别不规则的建筑应进行专门研究论证，不应采用严重不规则的建筑。

2.2荷载设计

荷载设计同样是钢结构厂房设计中最重要的设计环节，这一设计对于厂房整体使用体验的提升具有积极作用，而对于实际的设计环节，设计人员应当深入分析研究荷载取值的正确性，确保钢结构整体设计效果符合要求。在现实工作中，设计人员可以利用结构设计软件，将在不同软件中取得的荷载计算结果进行比对分析，并结合厂房具体地区的实际情况，选择适当的荷载取值，并在积极实验的基础上，确保荷载最大值可以满足厂房开展各类现实活动的需要，以此来不断提升厂房整体结构的稳定性，为后期使用安全奠定坚实基础。

2.3工艺协调

现阶段跨度不大于48m的钢结构厂房，一般都是采用轻钢门式刚架。厂房的建设都是为后续生产服务，所以钢结构厂房设计要充分满足后期在厂房内进行的各种生产需求，但是现实中设计图与实际安装不一致的情况也屡见不鲜。为了提高设计图的合格率，在设计工作开展时，就要以实际生产工艺为出发点，使设计的方案能够满足生产的要求，如厂房的高度、变形缝的位置、抗风柱位置、钢架的柱距及结构楼层等。对于钢结构厂房材料的选择，一般都是根据实际需要选择相应的材料;对于有特殊要求的厂房，需要进行构件疲劳验算，寒冷地区，还需要选用相应材质的钢材，其材质必须符合国家的相关标准，使整个钢结构厂房的设计合理可靠。

2.4抗震设计

抗震设计是大部分工程建设设计过程中必须要重视的环节，而对于钢结构厂房而言，由于钢结构自身特性，导致这类厂房自身抗震性能要高于其他工程建筑。而对于一些地震多发的地区，设计人员应当进一步提升钢结构的抗震性能，通过优化设计，不断提升厂房在应对地震等灾害时的能力，保障厂房的整体安全。在具体设计工作中，设计人员应当采用均匀对称的设计方案，对钢架构进行整体设计，使钢架构传力进一步明确，最大程度减少地震时震动对钢架构的破坏。而另一方面，设计人员应当统筹规划屋架、面板、柱子等连接方式，用科学合理的连接方式，防止重要节点在地震时被破坏，设计人员要针对高宽比适当调整设计内容，用科学的减震方案，使厂房的抗震性能和整体稳固性进一步提高。

3钢结构加工及施工阶段要点探究

除了设计之外，钢结构加工时要严格按照设计图纸进行图纸深化及加工，如有构件结构不合理处或施工有困难的地方，及时向设计单位反馈，钢构件严格按照工艺流程要求进行加工制作。构件运输时构件在运输车辆上的支点、两端伸长的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不损伤涂层，节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当的保护措施。现场施工单位应做好构件进场交接验收，对构件进行妥善安置及防护。钢结构吊装前应做好应急预案，在钢结构安装过程中采用合理施工方案，尽可能避免现场扩孔，减少现场焊接作业，减小施工过程中的误差，对安装好的构件采取临时支撑措施以保证结构整体稳定。对于危大工程，务必做好预案，制定应对措施，加强安全管理，确保工程安全生产，防范安全生产事故。另外，施工过程中监理也要做好现场监管工作，确保每个施工环节能保质保量的完成。

结语

做好钢结构厂房建设需要施工单位从设计和施工两个环节入手，不断分析设计与施工的要点，通过宏观设计和集中排查，逐渐解决钢结构厂房在设计和施工环节的各类问题，为确保钢结构厂房的整体安全稳定，为提升施工单位经济效益作出积极贡献。

参考文献

[1]张珂.钢结构工业厂房建筑设计要点分析[J].工程与建设，2021（4）：699-700.

[2]管致宇.工业厂房建筑结构优化设计与施工[J].决策探索（中），2020（5）：47.

[3]李勇.钢结构工业厂房设计的现状及改造措施[J].现代物业（中旬刊），2019（2）：97.

[4]卢夷梅.钢结构工业厂房建设中的施工问题研究[J].低碳世界，2019（1）：200-201.