摘 要：随着社会主义现代化建设进程的不断推进，我国钢铁工业得到了进一步的发展，钢结构建筑逐渐被成为了一种新型的建筑类型。钢结构工业厂房由于其构建面积狭小，空间利用效率高，同时造价相对低廉、抗震性能优越、废物回收率较高等特点，因而在建筑领域得到了广泛的好评。在现阶段，这种绿色节能建筑的应用前景相对较为广阔。在钢结构工业厂房设计过程中，要想提高厂房的质量以及安全效益与经济效益，就必须要综合各种影响因素，不断优化其设计理念。本文主要通过结合钢结构工业厂房设计过程中的重点以及难点，从而论述其设计理念，旨在促进钢铁工业的可持续发展。
关键词：钢结构；工业厂房；设计理念；优化
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）12-0011-02
一般而言，就钢结构性能来讲，主要体现在3个方面：承载性能高、稳定性能优越、安全性能可靠。随着科学技术的不断进步以及社会经济的快速发展，多层钢结构工业厂房如雨后春笋般崛地而起，已经逐渐成为了一种我国当前工业厂房建设发展过程中的新型建筑类别。在钢结构工业厂房设计过程中，相关的设计人员要考虑到厂房的节点构造、支撑体系以及楼面构造等诸多内容，从而不断优化厂房的设计思路以及设计参数计算方法，从而从根本上保障保钢结构工业厂房整体的稳定性、可靠性以及安全性，最大限度地提高厂房的安全使用性能，实现钢铁工业的稳步发展。
1 钢结构工业厂房概述
1.1 钢结构工业厂房特点
就其钢结构工业厂房而言，具有很强的优越性，主要表现在4个方面：
1.1.1 对于施工速度来讲
钢结构构件可在厂房里可以实现批量生产，因而施工工艺简单，同时安装便捷，在一定程度上缩短了施工的周期。
1.1.2 在材料上
钢结构构件结构体系主要运用轻钢，与其他钢材料性能相比，具有很大的优越性能，其自身的重量相对较轻。从本质上来讲，工业厂房结构运用轻钢材料，在一定程度上有助于减轻钢结构工业厂房的自重。
1.1.3 就其结构上来看
钢结构工业厂房主要运用轻型围护结构。具体而言，采用夹芯金属板作为主要的围护材料，其材料自重相对较轻，且承载力较高，对钢结构工业厂房的基础要求水平不高，有助于缩短施工工期，提高施工质量。
1.1.4 立足于环保角度
钢结构体系从本质上归属于绿色环保建筑，作为一种强度与效能均高的建筑材料，其再循环价值相对较高。通常情况下，无需进行制模施工。
此外，在厂房用途的影响下，钢结构工业厂房每层高值都相对较大，厂房空间得到了极大的拓宽，厂房结构性能优越。
1.2 钢结构工业厂房设计内容
在钢结构工业厂房设计过程中，要综合考虑厂房设计的特点，分析厂房设计的实际需要，基于全面把握各个影响因素的前提下，从而优化整体的结构布置以及参数计算的办法，尽可能地避免厂房设计质量出现不合格的状况，最大限度地提高钢结构工业厂房的使用性能。由此可知，在钢结构工业厂房设计的过程中，要主要两个方面的内容：
1.2.1 注意厂房的结构体系
在钢结构工业厂房设计中，要注意厂房的结构体系，积极发挥其框架作用，最大限度地提高厂房的安全性能以及可靠性能。因此，在具体的设计过程中，相关的设计人员要依据实际状况，例如工业厂房在层数以及层高等方面的因素，从而完善厂房的结构体系。例如常见的结构体系有两种，即框架—剪力墙结构体系以及框架结构体系等，当厂房的空间范围较大时，要运用框架结构体系；当厂房层数较高时，可以运用框架—剪力墙结构体系。
1.2.2 注意控制厂房的框架横向以及框架纵向
在实际的设计过程中，要把握厂房横纵向的抗震能力，从而保障整体结构的经济性以及稳定性。此外，要综合外界的环境变化状况，合理选择结构的防震缝设计与收缩缝设计，从根本上达到提高钢结构工业厂房质量的目的。
2 钢结构工业厂房设计原则
2.1 钢结构工业厂房截面优化设计原则
就钢结构工业厂房截面而言，在其设计过程中要注意3个方面的内容：第一，优先采取厚度相对较薄的截面。在刚度的选择上，要尽可能地选择相同用钢量的截面，由于其刚度较大，因而有助于提高整体结构的使用性能。同时，还需依据相关的规范要求，选取合理的最小截面。在最小截面的使用过程中，需要注意的是，当设计钢结构的受力构件时，不可采用最小截面。一般而言，其钢板厚度处在4mm以下，而钢管的厚度在3mm以下；第二，当使用C级螺栓时，要注意与其支撑杆件的连接，同时，就其连接的屋架杆件角钢来看，把握其边长，要采用螺栓的最大直径来进行设计；第三，为了提高备料工作的效率，工业厂房所运用的角钢在其规格品种上要把握恰当，通常情况下，其品种不能超过5种。如果两种规格的尺寸出现相近时，要尽可能地使其统一，适当减少材料的规格以及数量，提高其运用效率。
2.2 钢结构工业厂房整体化设计原则
立足于建筑的整体结构设计角度，由于受传统钢结构建筑设计的影响，导致当前诸多钢结构工业厂房在设计过程中仍然沿用先建筑后结构设计理念来进行设计。因此，在实际的设计过程中，要积极摆脱这种设计理念的束缚，对于钢结构工业厂房而言，要想提高设计程序的使用效率，达到实现建筑结构设计的一体化目的，必须要注意建筑设计和结构设计的同步。在现阶段，诸多国外钢结构工业厂房设计公司均遵循建筑设计与结构设计同步理念，体现了建筑的整体风格。而对于围护系统与主体结构设计的优化而言，要想实现其整体化，我国国内主要是将围护结构与主体结构分别进行设计，而优化做法是将两者进行有机结合。
3 钢结构工业厂房设计思路分析
3.1 钢结构工业厂房常用结构体系分析
在钢结构工业厂房结构体系上，主要有3种常用的结构：
3.1.1 纯框架体系
具体而言，综合考虑厂房的纵向与横向这两个方向，将其设计为刚接框架，禁止设置柱间支撑。这种结构体系的使用空间基本上不受其影响，但是其柱不能运用工字型柱，必须要设置成截面形式，例如箱形柱。一般而言，截面形式的两个方向在惯性矩差别上基本上没有变化，因而在一定程度上增加了钢材的使用量。
3.1.2 框架-支撑体系
这种结构体系主要是将结构的横向设计为刚接框架，而结构的纵向通常设计为柱-支撑体系，基于积极发挥柱间支撑作用的同时，提高水平荷载的抵抗力。从本质上来讲，这种结构体系相对经济环保，但柱间的支撑在一定情况下将会对整体的使用性能造成影响。由此可以看出，框架-支撑体系对于纵向深度较广、横向深度较广的钢结构工业厂房。
3.1.3 钢架联合支撑的混合结构体系
这种形式主要是把结构的纵向设计为钢架与支撑相结合的形式，依靠这两者的相互作用来实现抵抗水平压力的目的。立足于钢架联合支撑的混合结构体系的特点，有助于促进柱纵向弯矩的减少，但在一定状况下增大了楼面的刚度，导致柱子间的变形出现不协调的状况，因而柱间的支撑作用没有得到有效发挥。
3.2 钢结构工业厂房楼盖布置思路分析
一般来讲，钢结构工业厂房的楼盖主要存在4种形式：压型钢板现浇组合楼板、装配整体式预制楼板、装配式预制楼板和普通现浇混凝土楼板。综合考虑这4类楼板各自的优缺点，对于压型钢板现浇组合楼板来讲，与普通现浇混凝土楼板均存在平面整体刚度相对较好的优点，同时在施工速度上，压型钢板现浇楼板与装配整体式预制楼板以及装配式预制楼板相比显著提高，但其造价较高。由此可知，要想提高钢结构工业厂房的使用性能，必须要积极运用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板。
3.3 钢结构工业厂房柱网布置分析
在钢结构工业厂房柱网的布置过程中，要遵循其相关的原则。换言之，主要体现在5个方面上：要满足厂房的生产工艺以及使用需求；要遵循建筑结构经济性以及合理性原则；体现施工方法的先进性；与钢结构工业厂房建筑的统一化原则相匹配；最大限度地体现生产的发展要求以及技术变革的要求。通常状况下，当钢结构工业厂房的跨度处在18m以下的情形中，要运用3m倍数原则。反之，如果跨度在18m以上时，要遵循6m倍数设计原则。而厂房的柱距要尽可能地执行6m以及6m倍数原则。
3.4 钢结构工业厂房变形缝设置分析
在设置钢结构工业厂房的变形缝时，首先要明确变形缝的种类，主要包括3种，即为伸缩缝、防震缝以及沉降缝。当钢结构工业厂房的宽度与长度超过实际需求的范围时，此时气温发生明显的变化，于钢结构内部出现一定的温度应力，导致墙面以及屋面产生拉裂现象，不利于厂房的正常使用。在这种情形下，为了最大限度地降低工业厂房结构的温度应力，必须要进行伸缩缝的设计。通常状况下，要对厂房进行分区处理，进而分成诸多个温度区段。需要强调的是，在设置伸缩缝的过程中，最先开始的位置是基础顶面，将温度区段上部结构区分开来，预留适当宽度的缝隙，致使上部的结构在气温发生变化的过程中能够顺着水平方向实现变形。
在钢结构工业厂房中 ，通常状况下不进行沉降缝处理，但是当工业厂房相邻的两部分在高差上存在很大差异时可设置沉降缝，同时当两跨间吊车在起重量上产生巨大悬殊下，且地基承载力也发生巨大落差，必须要进行沉降缝设置。为了尽可能地减轻震害，必须要设置防震缝。当工业厂房在平面以及立面上相对复杂时，同时结构的高度以及刚度存在较大的差异，必须要设置防震缝。此外，如果要在厂房的侧边进行附房的布置，需要注意的是要将相邻的部分区别设计，设置伸缩缝与沉降缝时，要与防震缝设计要求相一致。
3.5 钢结构工业厂房支撑体系分析
在设计钢结构工业厂房支撑体系的过程中，要注意对生产操作的影响，基本上顺着厂房四周设置的水平方向来构建支撑，或沿着垂直方向来进行支撑的设计。在布置支撑中，要注意把握水平地震作用力以及抗侧力中心，将这两者接近重合。在这个过程中，柱间支撑主要分为两种形式：中心支撑和偏心支撑。一般的钢结构工业厂房主要运用中心支撑形式。立足于中心支撑角度，即为交叉支撑、单斜杆支撑或人字支撑，禁止采用K型支撑方式。就其适用范围来看，对于构造异常简单、且地震力小的结构异常适用。另外，当厂房处在强震区条件下，要选择偏心支撑，其延性与耗能能力优越。
在节点构造中，钢结构工业厂房主要的节点位置有3种：柱-柱、梁-梁和梁-柱。通常状况下，这些位置上的节点在受力上相对较为复杂，因此相关的设计人员在具体的设计过程中，要综合考虑整体的的设计思路，优化设计每个节点。具体来看，其节点设计方式主要有3种，即盖板式、切缝式以及托座式等，而钢结构工业厂房可主要运用栓焊连结式，有助于提高节点稳定性以及防震性。其次，在楼盖构造上，楼盖作为承受纵向荷载的一种载体，对其承载力与强度等方面的要求较高，为了保障楼盖的使用性能，必须充分运用压型钢板组合方式与预制板叠合层组合方式来实现楼盖的构造，提高钢结构材料的使用效率，提高楼盖的经济性能。此外，在钢结构工业厂房设计过程中，要采用相关软件以及程序，计算厂房承受的荷载值、结构构件稳定性与结构抗震性，提高计算的精确率。
4 结语
综上所述，在钢结构工业厂房设计过程中，诸多业主与设计单位在钢结构建筑的认识上存在诸多问题，钢结构体系方案设计不合理，因此相关的结构设计人员要充分发挥钢结构设计思维，掌握新形势的发展要求，优化钢结构体系设计，综合各种影响因素，优化厂房整体的设计思路以及参数计算办法，从而提高钢结构工业厂房设计质量。
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