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工業建筑中鋼結構的應用與設計:輕型鋼結構工業建筑設計研究

摘要：我國工業生產變革帶動了我國工業建筑設計行業的發展，傳統建筑設計中以鋼筋混凝土結構為主的建筑格局已經無法適應現今社會經濟發展理念，提高工業建筑設計的環保性與可循環性是當前工業建筑設計的重要任務。輕型鋼結構具有造型美觀、耐大氣腐蝕、隔熱隔聲以及空間利用率高等特點，因此在工業建筑中被廣泛的應用。本文就輕型鋼結構工業建筑的設計進行了簡要的探討分析。

關鍵詞：工業建筑；輕型鋼結構；門式剛架設計

一、輕型鋼結構工業建筑的內容和特點

以單層為主的實腹式門式剛架輕型鋼結構的金屬面板建筑，是最早出現的輕型鋼建筑，后來因為輕型鋼建筑輕質，這個優點，被引進于工業建筑中，并且隨著輕型鋼結構建筑的不斷應用，其范圍的不斷擴大，一些中小型的倉庫和工廠都引進了這種輕型鋼結構建筑。人們通過對輕型鋼結構建筑的了解和其優勢的認知，得出輕型鋼結構工業建筑是在冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻焊接型鋼、輕型熱軋型鋼等充分應用的基礎上的一種新型的受力構件，主要采用單層和多層的輕質的隔離材料。

（1）現場施工速度快、工期短

施工過程中速度快是由輕型鋼結構的簡單和輕質的性質決定的，輕型鋼結構的使用可以使工期得以縮短，而且在技術上要求不高，可以實現量化生產，并使施工高效。

（2）材料重量輕

輕型鋼結構目前最明顯的特點是自身重量輕，這種特點決定了其在建筑施工的大量推廣和使用。輕型焊接的H型鋼是輕型鋼結構主要采用的材料。與一般的工字鋼、槽鋼相比，其重量輕并有效利用鋼的截面。一般情況下，采用截面利用系數較高的材料，可以達到節省鋼材的目的。尤其是地基承載能力較低的工業建筑，可以充分體現這個特點的優越性。

（3）工業化程度高

輕型鋼結構與其他建筑材料結構相比，建筑構造較為簡單，用料單一，所以能夠使自動化生產和標準化更容易實現。所以輕型鋼無論在安裝使用，還是在生產中，其工業化程度都很高，在工業建筑中這點是非常重要的。

二、工業建筑設計中輕型鋼結構的設計方法

（1）主結構體系及支撐體系

1、主結構體系

輕鋼結構一般采用輕型門式剛架結構，不同于以往的混凝土排架結構。單榀的剛架在平面內是穩定的結構體系，柱腳既可以剛接也可以鉸接，較為靈活的設計方法，給設計人員帶來了更多的設計思路。而在平面外需要依靠支撐體系，來使整個建筑達到穩定的結構體系，故在現場安裝時，應該特別注意先安裝支撐體系。在國內，由于不按要求安裝支撐體系而引起鋼結構建筑倒塌的情況時有發生。

2、支撐體系

支撐體系的設計在整個工業建筑中起著至關重要的地位，按其受力形式可以分為柔性支撐和剛性支撐。柔性支撐一般采用圓鋼等，通常情況下只受拉力，如果有壓力隨即退出受力模型，改由其他桿件受力，所有柔性支撐一般為交叉支撐，一般輕型的工業建筑均采用柔性支撐，且經濟可靠，變形協調。重型廠房及多高層鋼結構采用鋼性支撐，由于對變形要求嚴格，剛性支撐能更好的起到約束作用。

（2）外墻體系設計

非承重墻是輕型鋼結構內外墻主要形式，組合墻是外墻體系普遍采用的方式，砌塊墻一般在1-1.2m以下，彩色壓型鋼板在1.2m以上。鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板壓制成壓型鋼板，可以分為大波和小波、橫板和豎板，鋼板的剛度和自身穩定性可以通過壓制波形來提高。外墻施工的程序為：主鋼構施工完畢后，在柱子上進行橫向墻檁的安裝，并根據柱子跨度的不同，會影響其檁條大小和疏密程度，將墻檁固定好后，掛上壓型鋼板，將超細玻璃絲綿放入墻板和墻檁之間。若要提高其美觀度，把墻體骨骼系統包起來，可以在墻檁內側掛上一層內襯鋼板。進行板型選擇時，豎板的穩定性較好，更為經濟，橫板則比較美觀大氣。

現在很多的廠房除了采用普通的壓型鋼板外，開始運用高復合板，也被稱為三明治板，它是在兩層壓型鋼板中加入高密度保溫材料然后壓制而成。復合板可以做成墻檁，其對于鋼板板型幾乎沒要求，波形板、壓花板、平板都可以。這種板的保溫效果不錯，并且平整度高，美觀且耐用，可以仿石材或仿鋁板，雖然其價格要稍貴一些，但是經常被合資企業的建筑運用。開窗自由是輕型鋼結構外墻的最大特點，因為墻面和柱子不是一體，所以墻面不會被柱子打斷，在開窗時不會受到影響，這種方式為工廠的外墻設計提供了優秀的基礎。

（3）屋面設計方法

在輕型鋼結構屋面設計中，首先是建筑材料與坡度選擇，現今我國工業建筑輕型鋼結構中的屋面材料主要有太空鋼板以及壓型鋼板等，目前我國工業建筑中應用較為廣泛的是金屬壓型復合保溫板、夾心板以及金屬壓型板，這三種材料各有其不同之處，它們之間的用途也存在一定的差異性。就一般工業建筑而言，建筑屋面坡度越大，那么對屋面排水則越有利，然而若坡度過大也存在一定的弊端，坡度過大會提升排水速度，易產生濺水現象。相應的若坡度過小，排水速度也會相應變小，水流速度過于緩慢易造成積水狀況，因此在輕型鋼結構設計中一定要合理控制屋面坡度。另外，輕型鋼結構屋面材料也是影響工業建筑整體質量的關鍵因素，在屋面材料選擇中相關工作人員應明確工業建筑對材料的實際需求，以此為基礎選擇價格適中且質量較好的屋面材料，為后期工業建筑奠定基礎。其次，對金屬壓型鋼板屋面構造設計進行合理把控，金屬壓型鋼板屋面構造設計中主要包含板型選擇、屋面開洞方式、采光帶設置以及壓型金屬板選擇等等，一般情況下大多采用輕型鋼結構的工業建筑，為使建筑具備良好的采光與通風效果，會在屋面上部位置合理設置通風孔與采光帶。

（4）加層構造設計方法

輕型鋼結構加層設計與建筑中的普通加層存在一定的區別，其不僅具有普通加層的功能，同時還兼具了輕型鋼結構本身的特點，在輕型鋼結構加層構造設計過程中要考慮輕型鋼結構加層的個性特點。輕型鋼結構加強的主要方式是在原有建筑主體結構上進行直接性加高，在原有建筑結構的基礎上得到加固以及優化主體結構的目的。當然要實現此目的需要一個經濟完整并且合理的設計方案，所以做好輕型鋼結構加層構造設計十分重要。由于輕型鋼結構的剛度比較小、重量輕，因此在加層構造設計中應科學設置足夠的橫向與縱向支撐，以此來保證輕型鋼結構原有的剛度與穩定性。與此同時，在加層構造設計中還要充分考慮輕型鋼結構加層構造的地震效應，使板塊剛度均勻分布在結構之中。

（5）輕型鋼結構的防雷設計

1、輕型結構防雷設計的六大要素

在輕型鋼結構防雷設計中，一定要注意相關要素，筆者認為，在具體工作中輕型鋼結構防雷設計主要包括以下六方面要素：①建筑物防雷裝置的接閃功能；②建筑物外部接地效果；③引下線的分流效果；④內部防雷系統中各部位的均衡電位；⑤建筑物內部各個線路合理分布；⑥建筑物內部完善設備屏蔽保護作用。

在實際工作中，不僅要充分掌握輕型結構防雷設計的六大要素，還一定要認識到，輕型鋼結構建筑采用的是金屬屋面，與其它屋面相比，金屬屋面更容易發生雷擊事故，此外還必須要注意，輕型鋼結構建筑與其它建筑不同，其它建筑通常采用富蘭克林常規避雷系統，但是對于輕鋼型結構建筑而言，由于金屬屋面較薄，不能承受傳統避雷導體的重量，因此在輕型鋼結構建筑的防雷設計工作中，應該針對輕型鋼結構建筑的特殊性，充分考慮輕型鋼結構防雷設計六大要素，認真研究屋面防雷措施。

2、閃電理論

與我們關系最密切的閃電是云地閃電，云地閃電是雷雨云中荷電中心對大地脈沖放電的過程，在整個放電過程中，不僅包括光導、回擊放電過程，還含有一些其它形式的脈沖放電過程，放電過程較為復雜，其中回擊等放電過程具有放電時間短、峰值電流高等特征，并且在回擊放電過程中，電流脈沖平均峰值能夠達到幾百千安，時間最大可以持續幾百微秒。在輕型鋼結構防雷設計工作中，應該充分了解閃電理論及相關知識，保證防雷設計科學合理，全面提高輕型鋼結構的防雷性能。

三、結語

總而言之，輕型鋼結構現今已經在多種類型的工業建筑中得到了廣泛應用，例如辦公區、生產廠房以及辦公區等等，其在工業建筑設計中具有指導性作用。因此，在輕型鋼的工業建筑設計時，相關人員要嚴格遵守相關規定和設計標準。把握輕型鋼結構自身特點，可以全面提升工業建筑設計質量，這樣才能使設計出的工業建筑的結構合理并且環保經濟，能夠達到經濟建設的需求。

工業建筑中鋼結構的應用與設計:鋼結構在工業建筑設計施工環節中的優化思

摘要：本文從鋼結構設計的穩定性與設計要點出發，分析了鋼結構在工業建筑設計施工環節中的應用，針對鋼結構在工業建筑設計施工環節中的優化思考進行詳細探究。

關鍵詞：鋼結構；工業建筑設計；優化思考

引言

近年來，隨著建筑行業的發展，鋼結構運用在工業建筑中已經成為一種趨勢，這是因為鋼結構有著一些其他建材不具備的特點。雖說在工業建筑設計過程中對鋼結構進行了應用，但是其興起的時間并不是太久，應用的范圍也不算廣。

一、鋼結構設計的穩定性與設計要點

1、建筑工程中鋼結構穩定設計的特點

建筑工程中鋼結構穩定設計的特點主要表現為：第一，鋼結構的多樣性。建筑工程中鋼結構設計方面的問題直接影響著鋼結構的穩定性，特別是承荷載力大的鋼結構部位，在進行這類鋼結構部位設計時必須進行多方面的考慮，并對鋼結構的穩定性進行認真分析、探究。第二，鋼結構的整體性。鋼結構建筑是由多種構件共同組成的一個整體，任何一個構件所具有的作用都是不容忽視的，若是當任意一個構件出現問題，例如失穩、變形等情況，那么必定會對其他構件造成影響，最終導致鋼結構整體穩定性出現問題。

2、鋼結構穩定性的計算方法

2.1 整體剛度計算。在現行的鋼結構計算規范中，通用的計算方法是軸心壓桿穩定計算方法，其主要采用是折減系數方法和臨界壓力求解法。其中，臨界壓力由歐拉公式給出。

2.2 整體穩定性分析。鋼結構建筑是由多種構件共同組成的一個整體，其整體穩定性受各種構件的制約較大，各構件之間是否具有良好的穩定性，是確保鋼結構整體穩定性的前提基礎。所以，應對其整體穩定性進行分析。

2.3 其他特點的穩定計算。鋼結構的各種組成構件又能分為兩大類，為彈性構件和柔性構件，因而，在進行鋼結構穩定性時應重視這一特點。由于柔性構件容易發生變形，進而導致鋼結構內部也發生變化，最終對鋼結構整體穩定性產生嚴重的影響，所以，必須重視柔性構件的分析。

3、鋼結構穩定性的分析方法

3.1 靜力法。靜力法的分析原理是結合已經出現了微小變形后的一些結構受力的條件，并根據這些條件來建立相對平衡的微分方程。通過建立的微分方程仔細的計算出構件受力的臨界相關荷載。在實際中應用靜力法構件平衡微分方程時，應遵循相關設定，具體表現為：直桿構件應該為截面，其壓力應始終遵循之前的軸線進行作用。

3.2 動力法。當鋼結構的結構體系處于平衡狀態下時，若是受到一定的干擾，那么整個結構體系就會產生振動，這時應采用動力法對鋼結構的穩定性進行分析。鋼結構整體穩定性與其所承受的荷載有著密切關聯，在鋼結構出現變形以及鋼結構振動加速時，這種聯系更加緊密。若是鋼結構所承受的荷載值低于鋼結構自身穩定性的極限荷載值時，會出現加速度和之前的鋼結構變形的具體方向相反的狀況。

3.3 能量法。若是在實際應用中鋼結構載著保守力并且已經具備結構變形的相關受力條件，那么就能以此條件構建總體勢能。如果要計算鋼結構的總體勢能，則必須滿足一個前提條件，即鋼結構處于相對平衡的狀態下[1]。

二、鋼結構在工業建筑設計施工環節中的應用分析

實際工程操作中，鋼結構憑借自身特點獲得了社會各界的認同。鋼結構之所以在建筑行業中得到廣泛應用，是因為其較快的施工速度。鋼結構構件的有效應用，進一步促進了大批量的生產，這些又促進了鋼結構施工的便利性。保證鋼結構施工環節的優化，無形中實現了施工周期的有效縮短，達到幫助縮短工期實現節約成本的目的；和鋼筋混凝土結構相比，鋼結構的自重很輕，有利于優化建筑物自身重量；同樣相比于其他建筑結構，鋼結構建設的適應性更加強大，適合應用在那些地基承載力較弱和地震強度較高的地區。

鋼結構的合理利用可以有效提高企業的經濟效益，和傳統的鋼筋混凝土結構相比，鋼結構更加環保。就這點來說，鋼結構更加符合國家節能減排的號召，滿足建筑對節能環保材料的需求。鋼結構本身就是由鋼材構成的，建筑對高強度和高效能材料的需求也因此得到滿足，具有很大的循環利用價值；在工程施工過程中，為了保證不出現其他問題，就需要在設計階段對圖紙和計算不斷優化，在保證圖紙質量的前提下，確保施工順利進行；設計過程應該經濟合理，可以滿足建筑抗震和防火要求；和施工工藝以及相關產業緊密配合，促使鋼結構施工過程不斷優化，在保證質量的基礎上滿足施工過程中的各種要求。

1、工業建筑中常規鋼結構的作用

在工業建筑中，鋼結構的常規應用由來已久，我國多數工業廠房均采用的是常規鋼結構人字梁以及工字梁，這些常規鋼結構已成為工業早期時代的主要象征。而這些特征構成了我國的吊車梁式系統以及常規鋼屋架系統。由于民用建筑、商用建筑以及工業建筑各有不同，在進行工業建筑時要求建筑結構能夠為工業生產以及施工提供最好的跨度及空間。而傳統鋼筋混凝土結構已經不能完全滿足現在工業生產在跨度以及空間上的相關需求，從而鑒于此基礎上的鋼屋架系統應運而生，屋架系統主要由屋架、系桿以及支撐組成。同時吊車梁系統作為工業廠房的重要部分，多數廠房中均設有吊車，主要由車檔、吊車梁、軌道、制動結構及連接件等構成。

在傳統鋼筋砼結構不能夠滿足新時代工業建筑在相應功能及跨度上需求時多采用鋼結構。比如，第一，材料堆場、大型倉庫以及飛機裝配車間等多采用鋼結構體系，這些鋼結構體系多為網架、拱架、門式剛架以及懸索等；第二，建筑物受到動力荷載影響時，多采用鋼結構體系；第三，碳素廠高樓部碳素振動成型機對相應結構的耐疲勞程度和強度要求均較高時，多采用鋼結構體系；第四，在高烈度區，鋼筋砼結構早已超出了現行工業行業的規范以及規定，應采用鋼結構以滿足其新的需要；第五，原有廠房需改建或擴建時，多采用鋼結構。綜上即可知，鋼結構在現今工業建筑中有著十分重要的作用，且應用廣泛[2]。

工業建筑中鋼結構的應用與設計:鋼結構在工業建筑的應用與發展探析

【摘要】：鋼結構建筑在近幾十年得到了很大的發展，尤其近年來發展更加迅速，主要體現在鋼結構建筑在工業廠房中的應用越來越普遍。

【關鍵詞】：鋼結構；工業建筑；應用與發展

引言

鋼結構雖然在多次進行防腐和防火的維護以及鋼結構自身的穩定性保證方面存在局限性，使得很多時候鋼結構上部結構本身的造價比混凝土結構要高。但是鋼結構在大跨度、施工周期及再改造方面的確較混凝土結構有很大的優勢，因此鋼結構被更廣泛的應用于工業建筑的設計和施工中，取得了很好的經濟效益。

一、鋼結構的主要特性

鋼結構廠房自重輕，自重僅是混凝土結構的五分之一。鋼結構廠房可實現大跨度、大空間、超高層結構，且抗震性、抗沖擊性、變形能力均優于混凝土結構，同時拆遷方便，可多次回收利用，環保性好。鋼結構廠房制造的工業化程度較高，可以快速標準流水線安裝。鋼結構占用面積小，使用面積大，比傳統混凝土結構建筑增加使用面積4%～8%，鋼結構廠房在使用過程當中易于改造，如加固，接高，隔斷等內部分割，調整比較容易，靈活方便。層高與柱網尺寸大，可提高建筑實用面積3％～5％。施工周期短，與傳統的鋼筋混凝土廠房相比，多層鋼廠房的設計，生產，施工趨于一體化，加之現場無焊接，無濕作業，施工周期大約是混凝土結構的1/2~1/3。據研究，多層鋼結構體系屬于環保型綠色建筑體系，其節能指標可達50％。

二、鋼結構在工業建筑中的應用

1、常規應用

當鋼筋砼結構不能滿足工業建筑物跨度或功能上的要求時，會采用鋼結構，如大型倉庫、材料堆場、飛機裝配車間等，其結構體系多為網架、拱架、懸索、門式剛架等。當建筑物受動力荷載影響，會采用鋼結構，如碳素廠高樓部，由于振動成型機的反復振動對結構強度和耐疲勞度都有很高的要求。當在高烈度區時，鋼筋砼結構已經超出現行規范規定范圍內時，會采用鋼結構，如在9度區時，鋼筋砼框架結構高度限高24m，而工藝流程又必需要求建筑物高度高于24m，因此只能采用鋼框架結構。當原有廠房需要改建或擴建時，會采用鋼結構，如一些廠房由于工藝流程的改變，廠房已不能滿足現有設備的需要，則要將原廠房改擴建，鋼結構受力清晰，構造簡單，重量輕，施工快捷，通常為改擴建工程的首選。

2、大跨度鋼結構設計

（1）鋼結構較混凝土的優勢

鋼結構構件較小，質量較輕，便于運輸和安裝，便于裝拆、擴建。適用于跨度大、高度高，承載重的結構。（1）鋼材的材質均勻，質量穩定，可靠度高；（2）鋼材的強度高，塑性和韌性好，抗沖擊和抗振動能力強；（3）鋼結構工業化程度高，工廠制造，工地安裝，加工精度高，制造周期短，生產效率高，建造速度快；（4）鋼結構抗震性能好；（5）耐腐蝕和耐火性差。

（2）鳥巢

現在的建筑不僅僅考慮他的使用性,還考慮他的觀賞價值,尤其是一些標志性建筑物.鳥巢工程屬于鋼結構建筑,設計者先設計了他的外部形狀,然后再經過復雜的力學計算,確定內部結構,所用材料的性能等等...“鳥巢”主體采用抗震墻結構與鋼混凝土框架結合的體系，這種全新的結構體系具有高抗震、高安全、承載力強的特點。鋼結構所使用的鋼材厚度達11厘米，工程設計總用鋼量為5萬噸。。據專家稱：“鳥巢”是目前國內外體育場館中用鋼量最多、規模最大、施工難度最大、擁有多項世界頂級施工技術難題的大型鋼結構工程。

（3）天津西站

變截面脊骨梁，跨越子牙河處，復興路高架橋位于R=700m的圓曲線上，且兩側上、下坡道的漸變段進入主橋中，使主橋寬度由30m漸變36.2m，采用特種橋型，通常會將整個主橋加至等寬，造成橋梁面積和工程量的增加。本方案的設計思路為：采用梁式橋，通過精巧細致的裝修裝飾方法，和西站的整體建筑風格協調統一，融為一體。橋梁跨徑布置為(45+76+45)m，變截面脊骨連續鋼梁。中支點處梁高加高至4.2m，跨中梁高2.2m。主體結構采用連續鋼梁，工廠預制，現場拼裝。梁側外側設置圓弧形脊骨梁，內設射燈，與站房的圓弧形穹頂相呼應

（4）北京南站

為使車站成為創新且具動感魅力的地標建筑設計特別包括了一個大型標志性頂棚，其優美的弧線給眾多旅客留下了深刻的印象。巨大而又對稱的頂棚被分成三個部分。中間一大片頂棚襯以兩旁覆蓋遼闊的樹冠為室內空間增添韻律。頂棚的內在結構完善且非常輕巧。以堅固扎實的框架支撐使用抗拉強度大的鋼索鞏固以避免被強風吹起，并且將抗暴風雪的耐力計算其中。兩旁的樹冠形頂棚為透氣設計讓空氣可以自然流通。大大降低運營成本。車站規模宏大.建筑高達40m，跨度達350m~500m,足可擺放一架波音747-400客機。其透明設計很好地平衡了建筑的體量，240t的聚碳酸酷板材透光性好.使得車站給人以輕盈、通透的感覺也為月臺提供了優雅、無柱式的屋頂。

3、帶有大噸位吊車的重型鋼結構工業廠房

（1）結構選型

按照傳統的設計方法，重型、中型廠房結構形式可選鋼筋混凝土排架或鋼排架。由于工藝要求，柱距7m最適合布置工位和設備。如采用非標柱距的鋼筋混凝土排架結構，會造成很大的設計工作量，而且施工周期長，是建設方所不能承受的。鋼結構易于加工，適合非標柱距的廠房。所以可以采用12m柱距，和工藝布置也能較好的吻合。12m柱距的優勢在于減少了剛架數量和基礎數量，加工量減少，施工速度加快。經過比較試算，12m柱距比7m柱距的用鋼量增大15％左右。所以，大噸位吊車的工業廠房，柱距過大過小都會造成用鋼量的增大，結合有關資料和以往的設計經驗，柱距以7～9m為宜。

（2）吊車梁制動系統設計

吊車梁(吊車桁架)是單層工業廠房的主要構件之一，它直接承受吊車起重、運輸時產生的各種移動荷載。同時，它又是廠房的縱向構件，對于產地作用在山墻上的風力、加強廠房的縱向剛度、連接平面剛架、保證廠房結構的空間工作起著重要作用。

吊車梁或吊車桁架多數設計成簡支結構，連續結構比簡支結構雖然能節約鋼材10％~15％左右，但因計算、構造、施工等遠較簡支結構復雜，且對支座不均勻沉陷敏感，應謹慎選用。當吊車梁支座的彈性沉降系數C≤0.05時，可采用連續結構，但應注意連跨數數目不能太多，以三到五跨為宜。

三、工業建筑鋼結構的發展前景

隨著信息社會發展，新工藝、新材料、新設備等新的東西，對工業建筑設計提出新的要求，靈活車間、通用廠房、高層工業大廈、工業科技園區、智能建筑日益增多，原來老一套工業建筑體系也隨之更新換代。這就要求我們不得不更新觀念和設計手段以適應新的技術發展。

我國鋼產量多年居世界第一位，而建筑用鋼量僅占總產量的三分之一左右，其中鋼結構用鋼量不足5%，這樣來講我國工業建筑用鋼的發展空間非常大。而我國目前卻在大量采用磚砌體和鋼筋砼結構的工業建筑，這些建筑每年大量銷毀農田耕地和排放CO2，不僅污染環境，還生產出大量的建筑垃圾。而大力發展工業鋼結構建筑能在一定程度上解決上述問題。原因如下：

1）鋼材是一種高強度高效能材料，具有很高再循環利用價值；

2）鋼結構抗震性能好，使用靈活，施工能耗低，不產生強噪聲和空氣污染；

3）鋼結構發展能帶動一系列輕質高強墻體材料發展，減少普通墻體材料的使用量，同時為綠色建材發展創造條件。在日趨嚴峻的環境問題面前，發展工業鋼結構建筑，替代磚砌體和鋼筋砼結構是明智的選擇。

結語

鋼結構應用廣泛，涉及到的結構形式眾多，不僅包括輕型剛架結構，而且也包括桁架結構，網架和網殼結構，多層房屋鋼結構，以及其它各種各樣的構筑物。要進一步挖掘和發揮輕型鋼結構的承載潛力，降低用鋼量指標，必須從最基本的研究做起，盡快地解決目前輕鋼結構存在的一些關鍵技術問題。

工業建筑中鋼結構的應用與設計:鋼結構在工業建筑設計施工環節中的優化思考

【摘要】文章在開始的時候對工業建筑結構設計優化的重要意義進行了闡述，然后引出對鋼結構的設計中性能要求的分析，進而探討了鋼結構在工業建筑設計施工環節中的優化思考。

【關鍵詞】鋼結構，工業建筑，設計施工

一、前言

隨著近年來工業建筑工程的快速發展，鋼結構在工業建筑設計中的應用直接關系著整個建筑工程的質量，在工業建筑工程中不斷完善鋼結構的施工水平，可以提高工業建筑工程的整體設計施工水平。

二、工業建筑結構設計優化的重要意義

盡管建筑結構的設計優化是一個復雜且技術含量要求高的工序，但對于建筑企業而言，建筑結構的優化設計是十分重要的。企業通過設計優化計算成本，明確造價，構建結構，建立目標工程。對于一項工業建筑工程來說，結構設計就是一切的開始，而設計的優化更是對于設計的完善。只有細致的做好設計優化，才能構建優秀的工業建筑。

工業建筑結構設計優化的方法，分為對分部結構設計的優化方法和對總體結構設計的優化方法。結構設計中工業建筑結構設計的優化一般包含以下幾個方面的內容：對基礎結構的設計進行優化；對上部結構的設計進行優化；對護圍支撐結構進行優化；對房屋總體設計結構及細節部分進行優化。近年來，隨著我國經濟形勢的快速發展，鋼結構建筑越來越多的被大家認知和熟悉。鋼結構建筑已成為國際現代化都市建筑和工業建筑發展的主流。在當前中原經濟崛起的大環境下，在中原工業建筑領域內，鋼結構以其建設周期短、投資收益快，建筑空間利用率高等顯著特點被越來越多的企業投資人所接受。

由此看來，工業建筑結構設計優化的意義在于可以最大程度地充分利用資源與空間，高效利用材料與設備，使結構功能合理、協調、安全、可靠。實現結構設計的“安全性、適用性、經濟性、美觀性”的最優化設計。

三、鋼結構的設計中的性能要求

在現實生活中，鋼結構在工業建筑的運用優勢，得到了社會各行各業的重視，鋼結構的施工速度是比較快的，通過對鋼結構構件的有效應用，促進其大批量生產，滿足其在實際工作中的需要，有利于其在施工環節的優化，促進其安裝的便捷性，促進其施工周期的有效縮短，滿足實際工作的需要。由于鋼結構相對于鋼筋混凝土結構來說，本身的重量比較低的，這有利于促進建筑物結構質量的優化，以更有利于實際工作的有效展開。其建設適應性是非常強的，比較適合一系列的較低的地基承載力環節及其地震烈度較高的區域，鋼結構的應用，有利于促進企業綜合效益的提升，其與傳統的鋼筋混凝土結構相比，也具備更加環保性，促進其鋼結構體系的內部環節的不斷深化，滿足環保型綠色建設發展的需要。

1、抗震性能

我們在設計的過程中也要對鋼結構進行抗震性能設計的優化，促進其鋼結構抗震性能的提升，以滿足實際工作的需要。因此，在設計的過程中，應根據地理環境的不同，考慮結構的抗震等級及要求，合理考慮結構的整體穩定性，特別的梁柱布置的合理性和整體穩定性，應考慮在地震作用下或者想風荷載的作用下要滿足規范的要求，確保鋼結構的受力性能的提升，保證其變形能得到有效控制。由于受到水平地震力或風力的影響，鋼柱底的剪力往往比較大，因此，在設計的過程中，應考慮柱底設抗剪鍵，設抗剪鍵來抵抗水平力對基礎的影響，保證工程的整體穩定，滿足抗震的要求。

2、防火性能

我們在設計鋼結構工業建筑的時候，還應考慮鋼結構的防火要求，因為鋼結構的耐火能力是很差的，當鋼材受熱在100℃以上時，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強度降低，塑性增大；溫度在250℃左右時，鋼材抗拉強度略有提高，而塑性卻降低，出現藍脆現象；當溫度超過250℃時鋼材出現徐變現象；當溫度達500℃時，鋼材強度降至很低，以致鋼結構塌落。因此，在設計鋼結構工業建筑時，必須做隔熱及防火設計。選用良好的耐火材料，保證防火層的厚度及質量，從而滿足防火要求。

四、鋼結構在工業建筑設計施工環節中的優化思考

1、鋼結構施工開展之前

應該查看工程現場，對設計圖紙進行分析。在接到施工任務后應對施工現場進行仔細的勘察，主要查看現場吊裝設備站位地點、現場拼裝場地位置、拼裝設備站位地點、現場有無障礙物、現場臨時道路是否具備運輸及安裝條件等。仔細核對圖紙并與土建及結構支架的跨距、標高進行復合。保證在沒有錯誤的前提下進行制作。對圖紙上的鋼結構進行分解計算重量。主要計算幾個安裝、制作參數。單片桁架重量、整個鋼結構重量、上、下弦支撐的重量及平臺重量。桁架上下弦起拱度計算，一般按設計圖紙要求進行制作起拱。一般桁架的起拱按大于24米按L/500，小于24米可不考慮。幾個參數的計算務必準確無誤。

2、提高鋼結構工業建筑的穩定性

我們首先要進行地腳螺栓環節的堅固性的提升，促進其地腳螺栓環節的精度有效控制，確保其鋼結構的有效應用。在地腳螺栓的埋設過程中，我們要促進其精度的提升，促進其下序環節穩定運行。我們要做好鋼柱的地腳螺栓安裝的準備工作，促進其平面控制網系統的內部各個環節的有效協調，促進其螺栓的安裝精度的提升，以滿足實際工作的需要。把柱腳的底板的十字線彈出，地腳螺栓的中心線彈出，柱腳剪力孔清理干凈，待鋼柱就位后，調整標高，把螺母緊固。

3、鋼結構工業建筑的施工環節

我們要進行梁柱安裝環節及其柱間支撐環節精度的有效控制，促進其空間剛度單元的穩定性，以保證其安裝環節的協調。我們要進行墊板環節的有效應用，促進其定位線的精確性，促進其整體運作系統的有效優化。采用高強螺栓連接或者焊縫連接時，均勻滿足設計規范的要求。保證其結構在豎向和橫向的整體穩定性滿足設計的要求。

4、促進結構構件的有效安裝

我們要進行構件的儲存工作的健全，促進其構件設備的有效應用，滿足實際工作環節的需要。我們要按照相關的堆放規范，進行構件管理，確保該環節的有效運作。存放場地應設專人進行管理，并按供貨要求和供貨清單進行清點，資料存檔。構件堆放時H型構件應立放，不得平放.每個構件的支點不得少于兩個，支點的位置宜在構件端部七分之一跨處，疊放時不得超過三層并用木方正確的分層墊好墊平，支點應上下對齊。

5、結構維護質量控制

防腐涂料、涂裝遍數、間隔時間、涂層厚度及涂裝前鋼材表面處理應符合設計要求和國家現行有關標準，防火涂料粘結強度、抗壓強度、涂裝厚度、表面裂紋寬度及涂裝前鋼材表面處理和防銹涂裝等應符合設計要求和國家現行有關標準。

壓型金屬板屋面、墻面維護工程主要檢查成型后的涂層、鍍層壓型金屬板，涂、鍍層不應有肉眼可見的裂紋、剝落和擦痕等缺陷。表面干凈、無明顯凸凹和褶皺，尺寸偏差在現行國家施工質量驗收規范規定范圍之內。壓型金屬板、泛水板和包角板固定可靠、牢固，防腐涂層涂刷和密封材料敷設完好，連接件數量、間距符合設計要求和現行有關標準規定。壓型金屬板在支撐構件上可靠搭接，搭接長度符合設計要求和現行有關標準規定。

鋼結構施工過程中，用于臨時加固、支撐的鋼構件，其原材、加工制作、焊接、安裝、防腐等應符合相關技術標準和規范要求。

五、結束語

鋼結構在整個建筑工程中有著重要的作用，在工業建筑設計過程中，如果鋼結構的設計得不到充分保障，在施工過程中，如果忽視鋼結構的施工管理，那么對整個建筑工程使用會產生很大的影響。

工業建筑中鋼結構的應用與設計:工業建筑中鋼結構的應用與設計

摘要：隨著工業建筑不斷發展，鋼結構因其材料性能好，強度高、韌性佳等優勢，在建筑工程中的應用越來越廣泛。本文通過對鋼結構工業建筑的特點分析，對如何優化鋼結構在工業建筑的設計等方面的論述，對鋼結構在工業建筑中的應用作了初步的探討。

關鍵詞：工業建筑；鋼結構；應用與設計

引言

鋼結構作為一種強度和柔度都很大的結構形式，在設計過程中首先應該注意的是結構方案的合理性，結構剛度分配要均勻，抗側力性能要強。因此需要設計人員不斷總結經驗，推廣先進的結構形式，把握時代脈搏，掌握鋼結構設計的新理念，做出更經濟、更合理、更低碳環保的鋼結構設計。

一、鋼結構在工業建筑的應用特點

1、建設成本低、縮短工期

與傳統的磚混、混凝土等傳統結構建筑不同，鋼結構建筑可以使材料的加工和安裝一體化，大部分鋼結構在出廠時已生產完畢，在施工現場只需要利用合適的連接方式將鋼結構進行組合安裝，提高了施工速度，縮短建筑工程施工周期，可以使建筑工程更早投入使用。鋼結構建筑模式可以統一材料標準標準和制造方法，建筑結構配件可以通用和互換，進一步提高了建筑預工程化。由于鋼結構自身就可以作為韌性結構承擔結構載荷和施工載荷，因此在鋼結構建筑施工時不需要支橫、拆模，這也在一定程度上降低了建筑的施工費用。

2、鋼結構建筑更具有功能化、更加美觀

在鋼結構建筑中，鋼結構的形體、構件和節點在一定程度上決定建筑的形象。建筑結構的設計與功能要實現一體化，這樣建造出來的建筑才更富功能化，才能創造出藝術與技術并存的建筑。鋼結構建筑可以掙脫結構的約束，斜線、曲線在鋼結構建筑造型中的應用創造出更多新奇、優美的建筑形象。鋼結構建筑強大的造型潛力是磚混、混凝土結構建筑無法實現的。由金屬構件與玻璃板共同組成的建筑物的外圍結構成為玻璃幕墻，玻璃幕墻一般有兩種：框支承玻璃幕墻和點支式玻璃幕墻，其中點支式玻璃幕墻形式多種多樣，變化無窮，具有良好的工藝性和藝術性，使建筑看上去更加美觀。

3、用途廣、可塑性強

由于具有輕便、韌性和耐壓等特點，鋼結構適用于各種建筑物的施工，特別是一些傳統建筑工程很難完成的大空間跨度建筑。比如在劇院、機場以及體育場等比較大的空間建筑內，空間內柱子比較多的化不利于人們在建筑物內的娛樂和工作，而使用鋼結構就可以建造沒有柱子支撐的大空間建筑。其次，鋼材具有可焊接和耐擠壓的特點，這使得鋼結構能夠用于建造一些新型的鋼鐵建筑。比如著名的法國埃菲爾鐵塔，以鋼板焊接、連接而成的高層重鋼建筑已經成為建筑業中的新潮流。

二、工業建筑中鋼結構的設計

1、鋼結構建筑整體與局部精細設計

建筑的設計不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的互相協調能力。鋼結構建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結構建筑特殊性的同時也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結構特個性設計的同時，也必須滿足一般建筑的共性。

由于鋼結構的特殊性，通常在建造鋼結構建筑的時候，會導致部分細節部位出現偏差或者裸露在外。因而在設計鋼結構建筑的時候，為力求建筑形象和建筑功能的完美結合的同時，設計復雜化和工程精細化也更加嚴苛。鋼結構建筑具有牽一發而動全身的特點，每一個細節設計、制作、完成都有可能牽涉到整體的形成和完善。有的時候為了體現鋼結構建筑獨特的金屬感，而將其部位、部件裸露在外。這樣會更加增加建筑的難度。因而在對鋼結構建筑設計時，細節的把握是至關重要的。對整個建筑而言，細節的較高質量將會帶來更好地整體效果，為人們展示更美好的形象。

2、鋼結構的穩定設計

鋼結構建筑的穩定性是鋼結構建筑設計的重難點，盡管針對設計而言他并不是需要考慮的前置條件，但是卻是日后維護的重中之重，故而在建筑設計時，對其穩定性的設計也是著重的對象。鋼結構建筑的失穩分為整體失穩和局部失穩。

整體失穩是通過對整體框架構建的穩定作為探討的，在計算時可以通過長細比穩定系數帶入進行驗證;而局部失穩則是框架構建內部的某一部零件產生的，他間接影響著整體穩定性。因此鋼結構結構建筑的整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求來予以設計。目前結構大多數是按照平面體系來設計的，例如常用的桁架和框架都是采用的這種設計。為保證這些平面結構不致出平面失穩，則從結構的整體布置來解決相關問題，亦即設計的時候增加必要的支撐構件來維持其整體的穩定性。換而言之，即是平面結構構件的平面外穩定必須和結構布置相一致。此外通過平面桁架組成的塔架等相關設施，基于上述原因，也應該需要注意桿件的穩定和橫隔設置之間的關系，保持其穩定性。

三、工業建筑中鋼結構的設計應用

1、工業建筑中鋼結構的保溫隔熱與防火設計應用

有效的防火分區是建筑必須采取的保護措施之一。防火分區可以在廠房內部防止火勢向其他區域蔓延、擴散，有效地控制火災的范圍。不過對于現代鋼結構廠房的大跨度、大空間及其所需要的生產工藝流程來說，防火分區的設置具有一定難度。常用的放火設計有以下幾種：

1.1 防火墻及防火門

在生產工藝流程和生產管理中沒有特殊要求的情況下，采取防火墻是簡單、有效并且造價低廉的一種方法。防火卷簾，可用于小跨度分區中。

1.2 自動噴水滅火系統

在只需分兩個分區及廠房高度不超過8 m的情況下，可設置自動噴水滅火系統，使所允許的防火分區面積增加一倍，以達到規范要求。

1.3 獨立水幕

這是一個較好的分區方法，不存在跨度問題，水幕噴頭防火水幕帶宜采用噴霧型噴頭，也可采用雨淋式水幕噴頭，噴頭的排列不應少于3排，防火水幕帶形成的水幕寬度不宜小于5m，流量21./(s-m)。但存在維護保養困難的問題，為防止誤操作，應采取人工、自動兩種啟動方式。

1.4 防火帶

由于生產工藝流程和生產管理需要而無法設防火墻時，可設防火帶進行防火分區。即在有可燃構件的廠房中劃出一段區域，這個區域內的構件全部采用不燃性材料，并采取措施防止煙火在分區間流竄，也可起到防火分隔的作用。

2、輕鋼結構的應用

中國輕型鋼結構建筑發展較快，主要用于輕型的工業廠房、糧食倉庫、碼頭和農產品、建材、家具的各類交易市場、體育場館、展覽廳及活動房屋、加層建筑等。輕型鋼結構由彩色鋼板制成墻面和屋面，由4mm以上鋼板焊接成H型鋼作為承重結構，一般采用門市剛架結構并用圓鋼支撐柔性支撐和高強螺栓連接。骨架用鋼量一般在30kg/m2左右，施工速度快，得到業主的歡迎。

3、柱腳

柱腳為剛性固定連接，剛性固定連接分為三種形式:露出式柱腳、埋入式柱腳、包腳式柱腳，對于跨度較大，吊車荷載噸位較高的情況，認為采用埋入式更為合適，對提高和確保鋼柱腳和鋼筋混凝土基礎或基礎梁的組合效應和整體剛度有利。

4、屋架

對于具體工程，屋架設計時應考慮到排架柱對屋架下弦產生的附加拉力或壓力，以及在吊車荷載設計值和永久荷載標準值組合下下弦桿是否受壓，如受壓時其長細比不宜超過200，根據具體情況對下弦桿進行強度和穩定性驗算。當風荷載較大，屋架下弦桿在永久荷載標準值和風吸力荷載設計值共同作用下受壓時，為滿足λ≤200，可加密下弦系桿。

結束語

隨著國內經濟突飛猛進地發展，鋼結構在建筑業被越來越廣泛的重視和應用，鋼結構工程在我國將得到前所未有的發展。因此，作為鋼結構工程設計人員要加強學習有關鋼結構工程的專業知識與管理內容，特別對鋼結構工程設計方面的一些問題應認真細致的分析，從而確保我國高層鋼結構工程的經濟性和安全性。