单层钢结构厂房设计中应注意的几个问题

摘要：单层钢结构在现代厂房建筑物、构筑物中由于结构轻巧、施工时间比较短以及抗震性能优异等特点，使得钢结构在大跨度厂房、高耸构筑物中得到广泛的应用。本文主要讨论单层钢结构厂房设计中常见的问题提出的解决的方案进行了一些分析。

关键词：钢结构；厂房设计；问题

中图分类号：TU391文献标识码： A

引言

随着工业的发展，单层钢结构工业厂房应用必将越来越广泛。单层钢结构厂房设计必须采取合适的构件截面型式、稳定的支承、合理的节点设计才能满足工业的要求。只有在设计过程中充分考虑到钢结构可能出现的各种问题，才能够从根本上确保钢结构的结构安全及使用要求。

一、单层钢结构厂房设计中的问题

1、防火问题

分析钢材的物理特性可以看出，钢材具有优异的导热性能，导热系数为50W/m・℃，当钢结构的温度达到100℃之后，钢结构的抗拉性能就会明显降低，其弹塑性增加非常快；当钢结构的温度超过250℃之后，虽然钢结构的抗拉伸强度有所增强，但是其弹塑性降低非常快，这时候的钢结构也就会出现蓝脆现象；如果钢结构的温度超过500℃之后，钢结构的强度降低非常快，这时候的钢结构很容易坍塌。因此，对于钢结构的厂房设计过程中必须考虑防火措施，当钢结构所处的环境温度超过150℃之后，钢结构必须做隔热防火处理，当前通常做法是在钢结构的外侧增加耐火砖、硬质防火板材或者使用混凝土结构，对于一些特殊用途的钢结构可以采用涂刷厚型防火材料，其涂刷的厚度必须以《钢结构防火涂料技术规程》中的相关要求来计算，如果涂刷的厚底较薄，便会影响防火性能；如果涂刷的厚度较厚，虽然能够提升结构的防火性能，但是会浪费大量的材料，增加工程成本的支出，从经济学的角度来看不适合，故需要与相关专业协调，在重点位置涂刷。

2、支撑系统的设计

对于单层钢结构的厂房来说，通常为了确保厂房整体刚度，控制厂房位移，以及明确地传递纵向水平力，同时还要考虑到厂房中设备运行对钢结构的影响，必须结合厂房高度、跨度、温度区段的长度等具体情况来设置支撑系统。钢结构的支撑系统目前主要有屋盖支撑和柱间支撑。

2.1 柱间支撑系统

单层钢结构厂房设计过程中必须要在每一温度区段内设置柱间支撑系统，同时也要充分考虑到屋盖横向水平支撑的协同工作问题。由于下柱支撑的位置是决定钢结构纵向变形的主要因素，同时还会影响到温度应力的大小，因而当厂房长度较长时不宜将柱间支撑设置在纵向端头跨内，否则吊车梁等纵向机构不能够随着环境温度变化向温度区段的两端伸缩。为了提升厂房结构上部的纵向刚度，以及传递纵向地震作用和山墙的风力，还应该在温度区段的两端柱间设计上柱支撑。

2.2 屋盖支撑系统

屋盖支撑系统通常是由垂直支撑、纵向支撑、横向支撑以及系杆组成。屋盖支撑系统的设计应该结合厂房的高度、柱网布置、厂房跨度、屋盖结构形式以及厂房内设备的振动情况进行综合考虑。此外，屋面支撑系统的布置，还应根据柱间支撑的位置总体考虑，使屋面支撑与柱间支撑形成简洁的传力路径，并形成有效的提高厂房刚度的措施。如果厂房内有大型振动设备的厂房，其屋盖还应该设置纵向水平支撑。

3、防腐蚀问题

对于单层钢结构厂房的钢结构而言，经常处于潮湿的环境中或者厂房内还有腐蚀性的介质附着在结构表面，钢结构的腐蚀速度便会加快，因而必须重视钢结构的腐蚀问题。对于厂房的钢结构必须要充分考虑厂房的环境条件和钢材的本质特性来采取相应的处理和防护措施。对于钢结构防腐处理通常是在钢材表面涂刷防腐漆，涂刷的厚度和层数是由钢材的使用环境以及涂层的性质决定的，对于生产中存在强腐蚀性液体、气体等厂房，比如电解车间等，应采用相应的材料（如玻璃钢）对厂房构件进行包裹，并采取加强通风等措施，减小腐蚀性气体的浓度。

4、抗震设计问题

“5.12”汶川大地震、雅安地震给我们带来了惨痛的教训和很大的经济损失，虽然地震发生的几率比较小，但是还要考虑到钢结构的抗震性能。通常情况下，钢结构由于具有极强的抗拉伸性能和弹塑性，具有良好的抗震性能，如果钢结构在设计过程中存在不合理的问题，当厂房遭遇到大地震时，也会造成严重的破坏，因此钢结构厂房设计过程中应严格遵守建筑物抗震设计规范，对于工艺配置较特殊的车间，应采取必要的构造措施，来确保钢结构在地震发生之后的安全性和可靠性。

二、单层钢结构厂房设计中的要点分析

1、梁柱拼接点的设计

梁柱之间端板连接有端板竖放，端板斜放及端板平放三种形式，端板斜放虽然力臂较大，但施工比较困难，所以一般不采用，当采用内天沟排水时，端板竖放时，节点加劲肋会影响天沟的放置，可以采用端板平放的方式。端板平放可减小节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点的有利作用，是比较合理的一种节点形式。由于端板连接与计算假定的刚性节点有一定的差距，所以要保证节点的刚性使之与计算假定相符。端板连接是一种半刚性的连接形式，其传递弯矩的能力与端板的厚度，螺栓直径及布置有关。首先，螺栓直径间距不宜过大，门式刚架规程要求螺栓间距不应大于400mm，这比钢结构规范16d放松了不少，所以当吊车起重量较大、超出轻钢规程时，应严格执行钢结构规范的要求。其次，端板厚度不宜过小，如果端板过薄，就可能传递不了该截面的弯矩，不能保证刚架的安全。端板连接螺栓的受力计算，假定以高强螺栓群中心为抗弯中和轴进行计算，端板连接宜考虑撬力的不利影响，端板厚度不应小于螺栓直径。

2、单层钢结构厂房设计支撑体系的重点

在设计单层钢结构厂房过程中，要充分考虑到空间工作、整体刚度、承载力以及传递纵向水平力等多方面因素，以避免杆件发生较大情况的变形，防止压杆失去固有的稳定性，实现整体结构的安全性、可靠性和稳定性。在设计安全的支撑体系时，可按照厂房结构的具体形式、车间吊车的建立、厂房实际高度跨度、温度区域长度以及振动设备等内容来布置，注意要和建筑物的水平支撑点相吻合。

3、单层钢结构厂房设计耐热能力的要点

在建设单层钢结构厂房时，其防火能力普遍较差，若钢材受热超出100℃，钢材的实际抗拉强度会随着温度的不断升高而迅速下降，塑性则会逐渐增大。当钢材受热温度达到250℃时，会稍微提高钢材的实际抗拉强度，但塑性却成降低状态，发生蓝脆现象。若钢材受热温度达到250℃以上时，即会产生徐变情况。若钢材受热温度高达500℃，钢材强度就会呈负极降低状态，最终导致钢结构塌落，所以在设计钢结构的耐热能力时，应做好充足的了解，并进行多次反复试验，以确保结构的安全性和可靠性。

4、单层钢结构厂房抗震性设计的重点

在对单层钢结构厂房做抗震设计时应注意：首先，在厂房建设前要充分考虑加强其结构的抗震性，以应对复杂多变的地质变化，虽然钢材在重力刚性等条件上有抗震的优势，但是在总体布置方面也要力求安全最大化，要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，使其受到外力作用时，可以将作用力均匀抵消，这样就不会加剧作用力在刚性弱的地方聚积，给安全造成威肋，同时还要多采用刚架和横向结构，利用钢结构的受力性来减少横向结构变形。

结束语

总之，单层钢结构厂房具有其先天的优势，用途广泛，对于它的设计，应根据其特点进行建筑结构设计，使设计安全可靠，经济合理且美观大方。在工程应用中，应从实际出发，选择合理的结构方案和构造措施，在满足其稳定和刚度的要求下，充分利用钢材的强度，减少用钢量。

参考文献

[1]白新玲,陈耀华.浅谈单层钢结构厂房设计中的若干问题[J].黑龙江科技信息,2011(11).

[2]闰成标.单层钢结构厂房中的设计问题[J].中国高新技术企业,2012(10)．