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工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì):輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)研究

摘要：我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)變革帶動(dòng)了我國(guó)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主的建筑格局已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，提高工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的環(huán)保性與可循環(huán)性是當(dāng)前工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。輕型鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)，因此在工業(yè)建筑中被廣泛的應(yīng)用。本文就輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；輕型鋼結(jié)構(gòu)；門(mén)式剛架設(shè)計(jì)

一、輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的內(nèi)容和特點(diǎn)

以單層為主的實(shí)腹式門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的金屬面板建筑，是最早出現(xiàn)的輕型鋼建筑，后來(lái)因?yàn)檩p型鋼建筑輕質(zhì)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，被引進(jìn)于工業(yè)建筑中，并且隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷應(yīng)用，其范圍的不斷擴(kuò)大，一些中小型的倉(cāng)庫(kù)和工廠都引進(jìn)了這種輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑。人們通過(guò)對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的了解和其優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知，得出輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)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(yīng)用的基礎(chǔ)上的一種新型的受力構(gòu)件，主要采用單層和多層的輕質(zhì)的隔離材料。

（1）現(xiàn)場(chǎng)施工速度快、工期短

施工過(guò)程中速度快是由輕型鋼結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單和輕質(zhì)的性質(zhì)決定的，輕型鋼結(jié)構(gòu)的使用可以使工期得以縮短，而且在技術(shù)上要求不高，可以實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，并使施工高效。

（2）材料重量輕

輕型鋼結(jié)構(gòu)目前最明顯的特點(diǎn)是自身重量輕，這種特點(diǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)較高的材料，可以達(dá)到節(jié)省鋼材的目的。尤其是地基承載能力較低的工業(yè)建筑，可以充分體現(xiàn)這個(gè)特點(diǎn)的優(yōu)越性。

（3）工業(yè)化程度高

輕型鋼結(jié)構(gòu)與其他建筑材料結(jié)構(gòu)相比，建筑構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，用料單一，所以能夠使自動(dòng)化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化更容易實(shí)現(xiàn)。所以輕型鋼無(wú)論在安裝使用，還是在生產(chǎn)中，其工業(yè)化程度都很高，在工業(yè)建筑中這點(diǎn)是非常重要的。

二、工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

（1）主結(jié)構(gòu)體系及支撐體系

1、主結(jié)構(gòu)體系

輕鋼結(jié)構(gòu)一般采用輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)，不同于以往的混凝土排架結(jié)構(gòu)。單榀的剛架在平面內(nèi)是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，柱腳既可以剛接也可以鉸接，較為靈活的設(shè)計(jì)方法，給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了更多的設(shè)計(jì)思路。而在平面外需要依靠支撐體系，來(lái)使整個(gè)建筑達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，故在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，應(yīng)該特別注意先安裝支撐體系。在國(guó)內(nèi)，由于不按要求安裝支撐體系而引起鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌的情況時(shí)有發(fā)生。

2、支撐體系

支撐體系的設(shè)計(jì)在整個(gè)工業(yè)建筑中起著至關(guān)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(yè)建筑均采用柔性支撐，且經(jīng)濟(jì)可靠，變形協(xié)調(diào)。重型廠房及多高層鋼結(jié)構(gòu)采用鋼性支撐，由于對(duì)變形要求嚴(yán)格，剛性支撐能更好的起到約束作用。

（2）外墻體系設(shè)計(jì)

非承重墻是輕型鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)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(wěn)定性可以通過(guò)壓制波形來(lái)提高。外墻施工的程序?yàn)椋褐麂摌?gòu)施工完畢后，在柱子上進(jìn)行橫向墻檁的安裝，并根據(jù)柱子跨度的不同，會(huì)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(xì)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(tǒng)包起來(lái)，可以在墻檁內(nèi)側(cè)掛上一層內(nèi)襯鋼板。進(jìn)行板型選擇時(shí)，豎板的穩(wěn)定性較好，更為經(jīng)濟(jì)，橫板則比較美觀大氣。

現(xiàn)在很多的廠房除了采用普通的壓型鋼板外，開(kāi)始運(yùn)用高復(fù)合板，也被稱(chēng)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(fù)合板可以做成墻檁，其對(duì)于鋼板板型幾乎沒(méi)要求，波形板、壓花板、平板都可以。這種板的保溫效果不錯(cuò)，并且平整度高，美觀且耐用，可以仿石材或仿鋁板，雖然其價(jià)格要稍貴一些，但是經(jīng)常被合資企業(yè)的建筑運(yùn)用。開(kāi)窗自由是輕型鋼結(jié)構(gòu)外墻的最大特點(diǎn)，因?yàn)閴γ婧椭硬皇且惑w，所以墻面不會(huì)被柱子打斷，在開(kāi)窗時(shí)不會(huì)受到影響，這種方式為工廠的外墻設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的基礎(chǔ)。

（3）屋面設(shè)計(jì)方法

在輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計(jì)中，首先是建筑材料與坡度選擇，現(xiàn)今我國(guó)工業(yè)建筑輕型鋼結(jié)構(gòu)中的屋面材料主要有太空鋼板以及壓型鋼板等，目前我國(guó)工業(yè)建筑中應(yīng)用較為廣泛的是金屬壓型復(fù)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(yè)建筑而言，建筑屋面坡度越大，那么對(duì)屋面排水則越有利，然而若坡度過(guò)大也存在一定的弊端，坡度過(guò)大會(huì)提升排水速度，易產(chǎn)生濺水現(xiàn)象。相應(yīng)的若坡度過(guò)小，排水速度也會(huì)相應(yīng)變小，水流速度過(guò)于緩慢易造成積水狀況，因此在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要合理控制屋面坡度。另外，輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面材料也是影響工業(yè)建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在屋面材料選擇中相關(guān)工作人員應(yīng)明確工業(yè)建筑對(duì)材料的實(shí)際需求，以此為基礎(chǔ)選擇價(jià)格適中且質(zhì)量較好的屋面材料，為后期工業(yè)建筑奠定基礎(chǔ)。其次，對(duì)金屬壓型鋼板屋面構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行合理把控，金屬壓型鋼板屋面構(gòu)造設(shè)計(jì)中主要包含板型選擇、屋面開(kāi)洞方式、采光帶設(shè)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(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑，為使建筑具備良好的采光與通風(fēng)效果，會(huì)在屋面上部位置合理設(shè)置通風(fēng)孔與采光帶。

（4）加層構(gòu)造設(shè)計(jì)方法

輕型鋼結(jié)構(gòu)加層設(shè)計(jì)與建筑中的普通加層存在一定的區(qū)別，其不僅具有普通加層的功能，同時(shí)還兼具了輕型鋼結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，在輕型鋼結(jié)構(gòu)加層構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮輕型鋼結(jié)構(gòu)加層的個(gè)性特點(diǎn)。輕型鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的主要方式是在原有建筑主體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行直接性加高，在原有建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到加固以及優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)的目的。當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)此目的需要一個(gè)經(jīng)濟(jì)完整并且合理的設(shè)計(jì)方案，所以做好輕型鋼結(jié)構(gòu)加層構(gòu)造設(shè)計(jì)十分重要。由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的剛度比較小、重量輕，因此在加層構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)科學(xué)設(shè)置足夠的橫向與縱向支撐，以此來(lái)保證輕型鋼結(jié)構(gòu)原有的剛度與穩(wěn)定性。與此同時(shí)，在加層構(gòu)造設(shè)計(jì)中還要充分考慮輕型鋼結(jié)構(gòu)加層構(gòu)造的地震效應(yīng)，使板塊剛度均勻分布在結(jié)構(gòu)之中。

（5）輕型鋼結(jié)構(gòu)的防雷設(shè)計(jì)

1、輕型結(jié)構(gòu)防雷設(shè)計(jì)的六大要素

在輕型鋼結(jié)構(gòu)防雷設(shè)計(jì)中，一定要注意相關(guān)要素，筆者認(rèn)為，在具體工作中輕型鋼結(jié)構(gòu)防雷設(shè)計(jì)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(nèi)部防雷系統(tǒng)中各部位的均衡電位；⑤建筑物內(nèi)部各個(gè)線路合理分布；⑥建筑物內(nèi)部完善設(shè)備屏蔽保護(hù)作用。

在實(shí)際工作中，不僅要充分掌握輕型結(jié)構(gòu)防雷設(shè)計(jì)的六大要素，還一定要認(rèn)識(shí)到，輕型鋼結(jié)構(gòu)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(fā)生雷擊事故，此外還必須要注意，輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑與其它建筑不同，其它建筑通常采用富蘭克林常規(guī)避雷系統(tǒng)，但是對(duì)于輕鋼型結(jié)構(gòu)建筑而言，由于金屬屋面較薄，不能承受傳統(tǒng)避雷導(dǎo)體的重量，因此在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的防雷設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該針對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的特殊性，充分考慮輕型鋼結(jié)構(gòu)防雷設(shè)計(jì)六大要素，認(rèn)真研究屋面防雷措施。

2、閃電理論

與我們關(guān)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(duì)大地脈沖放電的過(guò)程，在整個(gè)放電過(guò)程中，不僅包括光導(dǎo)、回?fù)舴烹娺^(guò)程，還含有一些其它形式的脈沖放電過(guò)程，放電過(guò)程較為復(fù)雜，其中回?fù)舻确烹娺^(guò)程具有放電時(shí)間短、峰值電流高等特征，并且在回?fù)舴烹娺^(guò)程中，電流脈沖平均峰值能夠達(dá)到幾百千安，時(shí)間最大可以持續(xù)幾百微秒。在輕型鋼結(jié)構(gòu)防雷設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該充分了解閃電理論及相關(guān)知識(shí)，保證防雷設(shè)計(jì)科學(xué)合理，全面提高輕型鋼結(jié)構(gòu)的防雷性能。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，輕型鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)今已經(jīng)在多種類(lèi)型的工業(yè)建筑中得到了廣泛應(yīng)用，例如辦公區(qū)、生產(chǎn)廠房以及辦公區(qū)等等，其在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中具有指導(dǎo)性作用。因此，在輕型鋼的工業(yè)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。把握輕型鋼結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)，可以全面提升工業(yè)建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，這樣才能使設(shè)計(jì)出的工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)合理并且環(huán)保經(jīng)濟(jì)，能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。

工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì):鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的優(yōu)化思

摘要：本文從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)出發(fā)，分析了鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的優(yōu)化思考進(jìn)行詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)建筑設(shè)計(jì)；優(yōu)化思考

引言

近年來(lái)，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用在工業(yè)建筑中已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，這是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)有著一些其他建材不具備的特點(diǎn)。雖說(shuō)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)用，但是其興起的時(shí)間并不是太久，應(yīng)用的范圍也不算廣。

一、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：第一，鋼結(jié)構(gòu)的多樣性。建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題直接影響著鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是承荷載力大的鋼結(jié)構(gòu)部位，在進(jìn)行這類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)部位設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行多方面的考慮，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行認(rèn)真分析、探究。第二，鋼結(jié)構(gòu)的整體性。鋼結(jié)構(gòu)建筑是由多種構(gòu)件共同組成的一個(gè)整體，任何一個(gè)構(gòu)件所具有的作用都是不容忽視的，若是當(dāng)任意一個(gè)構(gòu)件出現(xiàn)問(wèn)題，例如失穩(wěn)、變形等情況，那么必定會(huì)對(duì)其他構(gòu)件造成影響，最終導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題。

2、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計(jì)算方法

2.1 整體剛度計(jì)算。在現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)范中，通用的計(jì)算方法是軸心壓桿穩(wěn)定計(jì)算方法，其主要采用是折減系數(shù)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(wěn)定性分析。鋼結(jié)構(gòu)建筑是由多種構(gòu)件共同組成的一個(gè)整體，其整體穩(wěn)定性受各種構(gòu)件的制約較大，各構(gòu)件之間是否具有良好的穩(wěn)定性，是確保鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的前提基礎(chǔ)。所以，應(yīng)對(duì)其整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

2.3 其他特點(diǎn)的穩(wěn)定計(jì)算。鋼結(jié)構(gòu)的各種組成構(gòu)件又能分為兩大類(lèi)，為彈性構(gòu)件和柔性構(gòu)件，因而，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)應(yīng)重視這一特點(diǎn)。由于柔性構(gòu)件容易發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部也發(fā)生變化，最終對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，所以，必須重視柔性構(gòu)件的分析。

3、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析方法

3.1 靜力法。靜力法的分析原理是結(jié)合已經(jīng)出現(xiàn)了微小變形后的一些結(jié)構(gòu)受力的條件，并根據(jù)這些條件來(lái)建立相對(duì)平衡的微分方程。通過(guò)建立的微分方程仔細(xì)的計(jì)算出構(gòu)件受力的臨界相關(guān)荷載。在實(shí)際中應(yīng)用靜力法構(gòu)件平衡微分方程時(shí)，應(yīng)遵循相關(guān)設(shè)定，具體表現(xiàn)為：直桿構(gòu)件應(yīng)該為截面，其壓力應(yīng)始終遵循之前的軸線進(jìn)行作用。

3.2 動(dòng)力法。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系處于平衡狀態(tài)下時(shí)，若是受到一定的干擾，那么整個(gè)結(jié)構(gòu)體系就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)應(yīng)采用動(dòng)力法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性與其所承受的荷載有著密切關(guān)聯(lián)，在鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形以及鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速時(shí)，這種聯(lián)系更加緊密。若是鋼結(jié)構(gòu)所承受的荷載值低于鋼結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性的極限荷載值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)加速度和之前的鋼結(jié)構(gòu)變形的具體方向相反的狀況。

3.3 能量法。若是在實(shí)際應(yīng)用中鋼結(jié)構(gòu)載著保守力并且已經(jīng)具備結(jié)構(gòu)變形的相關(guān)受力條件，那么就能以此條件構(gòu)建總體勢(shì)能。如果要計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的總體勢(shì)能，則必須滿足一個(gè)前提條件，即鋼結(jié)構(gòu)處于相對(duì)平衡的狀態(tài)下[1]。

二、鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的應(yīng)用分析

實(shí)際工程操作中，鋼結(jié)構(gòu)憑借自身特點(diǎn)獲得了社會(huì)各界的認(rèn)同。鋼結(jié)構(gòu)之所以在建筑行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槠漭^快的施工速度。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的有效應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)了大批量的生產(chǎn)，這些又促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)施工的便利性。保證鋼結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)的優(yōu)化，無(wú)形中實(shí)現(xiàn)了施工周期的有效縮短，達(dá)到幫助縮短工期實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本的目的；和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的自重很輕，有利于優(yōu)化建筑物自身重量；同樣相比于其他建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的適應(yīng)性更加強(qiáng)大，適合應(yīng)用在那些地基承載力較弱和地震強(qiáng)度較高的地區(qū)。

鋼結(jié)構(gòu)的合理利用可以有效提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，和傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)更加環(huán)保。就這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)更加符合國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，滿足建筑對(duì)節(jié)能環(huán)保材料的需求。鋼結(jié)構(gòu)本身就是由鋼材構(gòu)成的，建筑對(duì)高強(qiáng)度和高效能材料的需求也因此得到滿足，具有很大的循環(huán)利用價(jià)值；在工程施工過(guò)程中，為了保證不出現(xiàn)其他問(wèn)題，就需要在設(shè)計(jì)階段對(duì)圖紙和計(jì)算不斷優(yōu)化，在保證圖紙質(zhì)量的前提下，確保施工順利進(jìn)行；設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該經(jīng)濟(jì)合理，可以滿足建筑抗震和防火要求；和施工工藝以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)緊密配合，促使鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程不斷優(yōu)化，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上滿足施工過(guò)程中的各種要求。

1、工業(yè)建筑中常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)的作用

在工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的常規(guī)應(yīng)用由來(lái)已久，我國(guó)多數(shù)工業(yè)廠房均采用的是常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)人字梁以及工字梁，這些常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)已成為工業(yè)早期時(shí)代的主要象征。而這些特征構(gòu)成了我國(guó)的吊車(chē)梁式系統(tǒng)以及常規(guī)鋼屋架系統(tǒng)。由于民用建筑、商用建筑以及工業(yè)建筑各有不同，在進(jìn)行工業(yè)建筑時(shí)要求建筑結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)以及施工提供最好的跨度及空間。而傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)在跨度以及空間上的相關(guān)需求，從而鑒于此基礎(chǔ)上的鋼屋架系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，屋架系統(tǒng)主要由屋架、系桿以及支撐組成。同時(shí)吊車(chē)梁系統(tǒng)作為工業(yè)廠房的重要部分，多數(shù)廠房中均設(shè)有吊車(chē)，主要由車(chē)檔、吊車(chē)梁、軌道、制動(dòng)結(jié)構(gòu)及連接件等構(gòu)成。

在傳統(tǒng)鋼筋砼結(jié)構(gòu)不能夠滿足新時(shí)代工業(yè)建筑在相應(yīng)功能及跨度上需求時(shí)多采用鋼結(jié)構(gòu)。比如，第一，材料堆場(chǎng)、大型倉(cāng)庫(kù)以及飛機(jī)裝配車(chē)間等多采用鋼結(jié)構(gòu)體系，這些鋼結(jié)構(gòu)體系多為網(wǎng)架、拱架、門(mén)式剛架以及懸索等；第二，建筑物受到動(dòng)力荷載影響時(shí)，多采用鋼結(jié)構(gòu)體系；第三，碳素廠高樓部碳素振動(dòng)成型機(jī)對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的耐疲勞程度和強(qiáng)度要求均較高時(shí)，多采用鋼結(jié)構(gòu)體系；第四，在高烈度區(qū)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)早已超出了現(xiàn)行工業(yè)行業(yè)的規(guī)范以及規(guī)定，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)以滿足其新的需要；第五，原有廠房需改建或擴(kuò)建時(shí)，多采用鋼結(jié)構(gòu)。綜上即可知，鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)今工業(yè)建筑中有著十分重要的作用，且應(yīng)用廣泛[2]。

工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì):鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑的應(yīng)用與發(fā)展探析

【摘要】：鋼結(jié)構(gòu)建筑在近幾十年得到了很大的發(fā)展，尤其近年來(lái)發(fā)展更加迅速，主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)建筑在工業(yè)廠房中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。

【關(guān)鍵詞】：鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)建筑；應(yīng)用與發(fā)展

引言

鋼結(jié)構(gòu)雖然在多次進(jìn)行防腐和防火的維護(hù)以及鋼結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性保證方面存在局限性，使得很多時(shí)候鋼結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)本身的造價(jià)比混凝土結(jié)構(gòu)要高。但是鋼結(jié)構(gòu)在大跨度、施工周期及再改造方面的確較混凝土結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)勢(shì)，因此鋼結(jié)構(gòu)被更廣泛的應(yīng)用于工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)和施工中，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、鋼結(jié)構(gòu)的主要特性

鋼結(jié)構(gòu)廠房自重輕，自重僅是混凝土結(jié)構(gòu)的五分之一。鋼結(jié)構(gòu)廠房可實(shí)現(xiàn)大跨度、大空間、超高層結(jié)構(gòu)，且抗震性、抗沖擊性、變形能力均優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)，同時(shí)拆遷方便，可多次回收利用，環(huán)保性好。鋼結(jié)構(gòu)廠房制造的工業(yè)化程度較高，可以快速標(biāo)準(zhǔn)流水線安裝。鋼結(jié)構(gòu)占用面積小，使用面積大，比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)建筑增加使用面積4%～8%，鋼結(jié)構(gòu)廠房在使用過(guò)程當(dāng)中易于改造，如加固，接高，隔斷等內(nèi)部分割，調(diào)整比較容易，靈活方便。層高與柱網(wǎng)尺寸大，可提高建筑實(shí)用面積3％～5％。施工周期短，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土廠房相比，多層鋼廠房的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，施工趨于一體化，加之現(xiàn)場(chǎng)無(wú)焊接，無(wú)濕作業(yè)，施工周期大約是混凝土結(jié)構(gòu)的1/2~1/3。據(jù)研究，多層鋼結(jié)構(gòu)體系屬于環(huán)保型綠色建筑體系，其節(jié)能指標(biāo)可達(dá)50％。

二、鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中的應(yīng)用

1、常規(guī)應(yīng)用

當(dāng)鋼筋砼結(jié)構(gòu)不能滿足工業(yè)建筑物跨度或功能上的要求時(shí)，會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)，如大型倉(cāng)庫(kù)、材料堆場(chǎng)、飛機(jī)裝配車(chē)間等，其結(jié)構(gòu)體系多為網(wǎng)架、拱架、懸索、門(mén)式剛架等。當(dāng)建筑物受動(dòng)力荷載影響，會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)，如碳素廠高樓部，由于振動(dòng)成型機(jī)的反復(fù)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐疲勞度都有很高的要求。當(dāng)在高烈度區(qū)時(shí)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)已經(jīng)超出現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)，如在9度區(qū)時(shí)，鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。當(dāng)原有廠房需要改建或擴(kuò)建時(shí)，會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)，如一些廠房由于工藝流程的改變，廠房已不能滿足現(xiàn)有設(shè)備的需要，則要將原廠房改擴(kuò)建，鋼結(jié)構(gòu)受力清晰，構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量輕，施工快捷，通常為改擴(kuò)建工程的首選。

2、大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）鋼結(jié)構(gòu)較混凝土的優(yōu)勢(shì)

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較小，質(zhì)量較輕，便于運(yùn)輸和安裝，便于裝拆、擴(kuò)建。適用于跨度大、高度高，承載重的結(jié)構(gòu)。（1）鋼材的材質(zhì)均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，可靠度高；（2）鋼材的強(qiáng)度高，塑性和韌性好，抗沖擊和抗振動(dòng)能力強(qiáng)；（3）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，工廠制造，工地安裝，加工精度高，制造周期短，生產(chǎn)效率高，建造速度快；（4）鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好；（5）耐腐蝕和耐火性差。

（2）鳥(niǎo)巢

現(xiàn)在的建筑不僅僅考慮他的使用性,還考慮他的觀賞價(jià)值,尤其是一些標(biāo)志性建筑物.鳥(niǎo)巢工程屬于鋼結(jié)構(gòu)建筑,設(shè)計(jì)者先設(shè)計(jì)了他的外部形狀,然后再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的力學(xué)計(jì)算,確定內(nèi)部結(jié)構(gòu),所用材料的性能等等...“鳥(niǎo)巢”主體采用抗震墻結(jié)構(gòu)與鋼混凝土框架結(jié)合的體系，這種全新的結(jié)構(gòu)體系具有高抗震、高安全、承載力強(qiáng)的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)所使用的鋼材厚度達(dá)11厘米，工程設(shè)計(jì)總用鋼量為5萬(wàn)噸。。據(jù)專(zhuān)家稱(chēng)：“鳥(niǎo)巢”是目前國(guó)內(nèi)外體育場(chǎng)館中用鋼量最多、規(guī)模最大、施工難度最大、擁有多項(xiàng)世界頂級(jí)施工技術(shù)難題的大型鋼結(jié)構(gòu)工程。

（3）天津西站

變截面脊骨梁，跨越子牙河處，復(fù)興路高架橋位于R=700m的圓曲線上，且兩側(cè)上、下坡道的漸變段進(jìn)入主橋中，使主橋?qū)挾扔?0m漸變36.2m，采用特種橋型，通常會(huì)將整個(gè)主橋加至等寬，造成橋梁面積和工程量的增加。本方案的設(shè)計(jì)思路為：采用梁式橋，通過(guò)精巧細(xì)致的裝修裝飾方法，和西站的整體建筑風(fēng)格協(xié)調(diào)統(tǒng)一，融為一體。橋梁跨徑布置為(45+76+45)m，變截面脊骨連續(xù)鋼梁。中支點(diǎn)處梁高加高至4.2m，跨中梁高2.2m。主體結(jié)構(gòu)采用連續(xù)鋼梁，工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。梁側(cè)外側(cè)設(shè)置圓弧形脊骨梁，內(nèi)設(shè)射燈，與站房的圓弧形穹頂相呼應(yīng)

（4）北京南站

為使車(chē)站成為創(chuàng)新且具動(dòng)感魅力的地標(biāo)建筑設(shè)計(jì)特別包括了一個(gè)大型標(biāo)志性頂棚，其優(yōu)美的弧線給眾多旅客留下了深刻的印象。巨大而又對(duì)稱(chēng)的頂棚被分成三個(gè)部分。中間一大片頂棚襯以兩旁覆蓋遼闊的樹(shù)冠為室內(nèi)空間增添韻律。頂棚的內(nèi)在結(jié)構(gòu)完善且非常輕巧。以堅(jiān)固扎實(shí)的框架支撐使用抗拉強(qiáng)度大的鋼索鞏固以避免被強(qiáng)風(fēng)吹起，并且將抗暴風(fēng)雪的耐力計(jì)算其中。兩旁的樹(shù)冠形頂棚為透氣設(shè)計(jì)讓空氣可以自然流通。大大降低運(yùn)營(yíng)成本。車(chē)站規(guī)模宏大.建筑高達(dá)40m，跨度達(dá)350m~500m,足可擺放一架波音747-400客機(jī)。其透明設(shè)計(jì)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(chē)站給人以輕盈、通透的感覺(jué)也為月臺(tái)提供了優(yōu)雅、無(wú)柱式的屋頂。

3、帶有大噸位吊車(chē)的重型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房

（1）結(jié)構(gòu)選型

按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，重型、中型廠房結(jié)構(gòu)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(shè)備。如采用非標(biāo)柱距的鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，會(huì)造成很大的設(shè)計(jì)工作量，而且施工周期長(zhǎng)，是建設(shè)方所不能承受的。鋼結(jié)構(gòu)易于加工，適合非標(biāo)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(yōu)勢(shì)在于減少了剛架數(shù)量和基礎(chǔ)數(shù)量，加工量減少，施工速度加快。經(jīng)過(guò)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(chē)的工業(yè)廠房，柱距過(guò)大過(guò)小都會(huì)造成用鋼量的增大，結(jié)合有關(guān)資料和以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，柱距以7～9m為宜。

（2）吊車(chē)梁制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吊車(chē)梁(吊車(chē)桁架)是單層工業(yè)廠房的主要構(gòu)件之一，它直接承受吊車(chē)起重、運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的各種移動(dòng)荷載。同時(shí)，它又是廠房的縱向構(gòu)件，對(duì)于產(chǎn)地作用在山墻上的風(fēng)力、加強(qiáng)廠房的縱向剛度、連接平面剛架、保證廠房結(jié)構(gòu)的空間工作起著重要作用。

吊車(chē)梁或吊車(chē)桁架多數(shù)設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，連續(xù)結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)雖然能節(jié)約鋼材10％~15％左右，但因計(jì)算、構(gòu)造、施工等遠(yuǎn)較簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且對(duì)支座不均勻沉陷敏感，應(yīng)謹(jǐn)慎選用。當(dāng)?shù)踯?chē)梁支座的彈性沉降系數(shù)C≤0.05時(shí)，可采用連續(xù)結(jié)構(gòu)，但應(yīng)注意連跨數(shù)數(shù)目不能太多，以三到五跨為宜。

三、工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

隨著信息社會(huì)發(fā)展，新工藝、新材料、新設(shè)備等新的東西，對(duì)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)提出新的要求，靈活車(chē)間、通用廠房、高層工業(yè)大廈、工業(yè)科技園區(qū)、智能建筑日益增多，原來(lái)老一套工業(yè)建筑體系也隨之更新?lián)Q代。這就要求我們不得不更新觀念和設(shè)計(jì)手段以適應(yīng)新的技術(shù)發(fā)展。

我國(guó)鋼產(chǎn)量多年居世界第一位，而建筑用鋼量?jī)H占總產(chǎn)量的三分之一左右，其中鋼結(jié)構(gòu)用鋼量不足5%，這樣來(lái)講我國(guó)工業(yè)建筑用鋼的發(fā)展空間非常大。而我國(guó)目前卻在大量采用磚砌體和鋼筋砼結(jié)構(gòu)的工業(yè)建筑，這些建筑每年大量銷(xiāo)毀農(nóng)田耕地和排放CO2，不僅污染環(huán)境，還生產(chǎn)出大量的建筑垃圾。而大力發(fā)展工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)建筑能在一定程度上解決上述問(wèn)題。原因如下：

1）鋼材是一種高強(qiáng)度高效能材料，具有很高再循環(huán)利用價(jià)值；

2）鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好，使用靈活，施工能耗低，不產(chǎn)生強(qiáng)噪聲和空氣污染；

3）鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展能帶動(dòng)一系列輕質(zhì)高強(qiáng)墻體材料發(fā)展，減少普通墻體材料的使用量，同時(shí)為綠色建材發(fā)展創(chuàng)造條件。在日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題面前，發(fā)展工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)建筑，替代磚砌體和鋼筋砼結(jié)構(gòu)是明智的選擇。

結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，涉及到的結(jié)構(gòu)形式眾多，不僅包括輕型剛架結(jié)構(gòu)，而且也包括桁架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，多層房屋鋼結(jié)構(gòu)，以及其它各種各樣的構(gòu)筑物。要進(jìn)一步挖掘和發(fā)揮輕型鋼結(jié)構(gòu)的承載潛力，降低用鋼量指標(biāo)，必須從最基本的研究做起，盡快地解決目前輕鋼結(jié)構(gòu)存在的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì):鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的優(yōu)化思考

【摘要】文章在開(kāi)始的時(shí)候?qū)I(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要意義進(jìn)行了闡述，然后引出對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中性能要求的分析，進(jìn)而探討了鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的優(yōu)化思考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)，工業(yè)建筑，設(shè)計(jì)施工

一、前言

隨著近年來(lái)工業(yè)建筑工程的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用直接關(guān)系著整個(gè)建筑工程的質(zhì)量，在工業(yè)建筑工程中不斷完善鋼結(jié)構(gòu)的施工水平，可以提高工業(yè)建筑工程的整體設(shè)計(jì)施工水平。

二、工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要意義

盡管建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜且技術(shù)含量要求高的工序，但對(duì)于建筑企業(yè)而言，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分重要的。企業(yè)通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算成本，明確造價(jià)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)，建立目標(biāo)工程。對(duì)于一項(xiàng)工業(yè)建筑工程來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是一切的開(kāi)始，而設(shè)計(jì)的優(yōu)化更是對(duì)于設(shè)計(jì)的完善。只有細(xì)致的做好設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能構(gòu)建優(yōu)秀的工業(yè)建筑。

工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，分為對(duì)分部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法和對(duì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化一般包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)護(hù)圍支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)房屋總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)部分進(jìn)行優(yōu)化。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑越來(lái)越多的被大家認(rèn)知和熟悉。鋼結(jié)構(gòu)建筑已成為國(guó)際現(xiàn)代化都市建筑和工業(yè)建筑發(fā)展的主流。在當(dāng)前中原經(jīng)濟(jì)崛起的大環(huán)境下，在中原工業(yè)建筑領(lǐng)域內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)以其建設(shè)周期短、投資收益快，建筑空間利用率高等顯著特點(diǎn)被越來(lái)越多的企業(yè)投資人所接受。

由此看來(lái)，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)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(shè)備，使結(jié)構(gòu)功能合理、協(xié)調(diào)、安全、可靠。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性”的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

三、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中的性能要求

在現(xiàn)實(shí)生活中，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，得到了社會(huì)各行各業(yè)的重視，鋼結(jié)構(gòu)的施工速度是比較快的，通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的有效應(yīng)用，促進(jìn)其大批量生產(chǎn)，滿足其在實(shí)際工作中的需要，有利于其在施工環(huán)節(jié)的優(yōu)化，促進(jìn)其安裝的便捷性，促進(jìn)其施工周期的有效縮短，滿足實(shí)際工作的需要。由于鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，本身的重量比較低的，這有利于促進(jìn)建筑物結(jié)構(gòu)質(zhì)量的優(yōu)化，以更有利于實(shí)際工作的有效展開(kāi)。其建設(shè)適應(yīng)性是非常強(qiáng)的，比較適合一系列的較低的地基承載力環(huán)節(jié)及其地震烈度較高的區(qū)域，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，有利于促進(jìn)企業(yè)綜合效益的提升，其與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，也具備更加環(huán)保性，促進(jìn)其鋼結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)部環(huán)節(jié)的不斷深化，滿足環(huán)保型綠色建設(shè)發(fā)展的需要。

1、抗震性能

我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中也要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)的優(yōu)化，促進(jìn)其鋼結(jié)構(gòu)抗震性能的提升，以滿足實(shí)際工作的需要。因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)地理環(huán)境的不同，考慮結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)及要求，合理考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，特別的梁柱布置的合理性和整體穩(wěn)定性，應(yīng)考慮在地震作用下或者想風(fēng)荷載的作用下要滿足規(guī)范的要求，確保鋼結(jié)構(gòu)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(fēng)力的影響，鋼柱底的剪力往往比較大，因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)考慮柱底設(shè)抗剪鍵，設(shè)抗剪鍵來(lái)抵抗水平力對(duì)基礎(chǔ)的影響，保證工程的整體穩(wěn)定，滿足抗震的要求。

2、防火性能

我們?cè)谠O(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的時(shí)候，還應(yīng)考慮鋼結(jié)構(gòu)的防火要求，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的耐火能力是很差的，當(dāng)鋼材受熱在100℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度降低，塑性增大；溫度在250℃左右時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象；當(dāng)溫度超過(guò)250℃時(shí)鋼材出現(xiàn)徐變現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)500℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度降至很低，以致鋼結(jié)構(gòu)塌落。因此，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑時(shí)，必須做隔熱及防火設(shè)計(jì)。選用良好的耐火材料，保證防火層的厚度及質(zhì)量，從而滿足防火要求。

四、鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中的優(yōu)化思考

1、鋼結(jié)構(gòu)施工開(kāi)展之前

應(yīng)該查看工程現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析。在接到施工任務(wù)后應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仔細(xì)的勘察，主要查看現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備站位地點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)拼裝場(chǎng)地位置、拼裝設(shè)備站位地點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)障礙物、現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路是否具備運(yùn)輸及安裝條件等。仔細(xì)核對(duì)圖紙并與土建及結(jié)構(gòu)支架的跨距、標(biāo)高進(jìn)行復(fù)合。保證在沒(méi)有錯(cuò)誤的前提下進(jìn)行制作。對(duì)圖紙上的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解計(jì)算重量。主要計(jì)算幾個(gè)安裝、制作參數(shù)。單片桁架重量、整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)重量、上、下弦支撐的重量及平臺(tái)重量。桁架上下弦起拱度計(jì)算，一般按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)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(gè)參數(shù)的計(jì)算務(wù)必準(zhǔn)確無(wú)誤。

2、提高鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的穩(wěn)定性

我們首先要進(jìn)行地腳螺栓環(huán)節(jié)的堅(jiān)固性的提升，促進(jìn)其地腳螺栓環(huán)節(jié)的精度有效控制，確保其鋼結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)用。在地腳螺栓的埋設(shè)過(guò)程中，我們要促進(jìn)其精度的提升，促進(jìn)其下序環(huán)節(jié)穩(wěn)定運(yùn)行。我們要做好鋼柱的地腳螺栓安裝的準(zhǔn)備工作，促進(jìn)其平面控制網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)的有效協(xié)調(diào)，促進(jìn)其螺栓的安裝精度的提升，以滿足實(shí)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(diào)整標(biāo)高，把螺母緊固。

3、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的施工環(huán)節(jié)

我們要進(jìn)行梁柱安裝環(huán)節(jié)及其柱間支撐環(huán)節(jié)精度的有效控制，促進(jìn)其空間剛度單元的穩(wěn)定性，以保證其安裝環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)。我們要進(jìn)行墊板環(huán)節(jié)的有效應(yīng)用，促進(jìn)其定位線的精確性，促進(jìn)其整體運(yùn)作系統(tǒng)的有效優(yōu)化。采用高強(qiáng)螺栓連接或者焊縫連接時(shí)，均勻滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。保證其結(jié)構(gòu)在豎向和橫向的整體穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)的要求。

4、促進(jìn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的有效安裝

我們要進(jìn)行構(gòu)件的儲(chǔ)存工作的健全，促進(jìn)其構(gòu)件設(shè)備的有效應(yīng)用，滿足實(shí)際工作環(huán)節(jié)的需要。我們要按照相關(guān)的堆放規(guī)范，進(jìn)行構(gòu)件管理，確保該環(huán)節(jié)的有效運(yùn)作。存放場(chǎng)地應(yīng)設(shè)專(zhuān)人進(jìn)行管理，并按供貨要求和供貨清單進(jìn)行清點(diǎn)，資料存檔。構(gòu)件堆放時(shí)H型構(gòu)件應(yīng)立放，不得平放.每個(gè)構(gòu)件的支點(diǎn)不得少于兩個(gè)，支點(diǎn)的位置宜在構(gòu)件端部七分之一跨處，疊放時(shí)不得超過(guò)三層并用木方正確的分層墊好墊平，支點(diǎn)應(yīng)上下對(duì)齊。

5、結(jié)構(gòu)維護(hù)質(zhì)量控制

防腐涂料、涂裝遍數(shù)、間隔時(shí)間、涂層厚度及涂裝前鋼材表面處理應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)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(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

壓型金屬板屋面、墻面維護(hù)工程主要檢查成型后的涂層、鍍層壓型金屬板，涂、鍍層不應(yīng)有肉眼可見(jiàn)的裂紋、剝落和擦痕等缺陷。表面干凈、無(wú)明顯凸凹和褶皺，尺寸偏差在現(xiàn)行國(guó)家施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)。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(shè)完好，連接件數(shù)量、間距符合設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。壓型金屬板在支撐構(gòu)件上可靠搭接，搭接長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，用于臨時(shí)加固、支撐的鋼構(gòu)件，其原材、加工制作、焊接、安裝、防腐等應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)在整個(gè)建筑工程中有著重要的作用，在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得不到充分保障，在施工過(guò)程中，如果忽視鋼結(jié)構(gòu)的施工管理，那么對(duì)整個(gè)建筑工程使用會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì):工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

摘要：隨著工業(yè)建筑不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)因其材料性能好，強(qiáng)度高、韌性佳等優(yōu)勢(shì)，在建筑工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的特點(diǎn)分析，對(duì)如何優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)等方面的論述，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中的應(yīng)用作了初步的探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用與設(shè)計(jì)

引言

鋼結(jié)構(gòu)作為一種強(qiáng)度和柔度都很大的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先應(yīng)該注意的是結(jié)構(gòu)方案的合理性，結(jié)構(gòu)剛度分配要均勻，抗側(cè)力性能要強(qiáng)。因此需要設(shè)計(jì)人員不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，推廣先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，把握時(shí)代脈搏，掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新理念，做出更經(jīng)濟(jì)、更合理、更低碳環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

一、鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑的應(yīng)用特點(diǎn)

1、建設(shè)成本低、縮短工期

與傳統(tǒng)的磚混、混凝土等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)建筑不同，鋼結(jié)構(gòu)建筑可以使材料的加工和安裝一體化，大部分鋼結(jié)構(gòu)在出廠時(shí)已生產(chǎn)完畢，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需要利用合適的連接方式將鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)建筑模式可以統(tǒng)一材料標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)和制造方法，建筑結(jié)構(gòu)配件可以通用和互換，進(jìn)一步提高了建筑預(yù)工程化。由于鋼結(jié)構(gòu)自身就可以作為韌性結(jié)構(gòu)承擔(dān)結(jié)構(gòu)載荷和施工載荷，因此在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工時(shí)不需要支橫、拆模，這也在一定程度上降低了建筑的施工費(fèi)用。

2、鋼結(jié)構(gòu)建筑更具有功能化、更加美觀

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的形體、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)在一定程度上決定建筑的形象。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能要實(shí)現(xiàn)一體化，這樣建造出來(lái)的建筑才更富功能化，才能創(chuàng)造出藝術(shù)與技術(shù)并存的建筑。鋼結(jié)構(gòu)建筑可以掙脫結(jié)構(gòu)的約束，斜線、曲線在鋼結(jié)構(gòu)建筑造型中的應(yīng)用創(chuàng)造出更多新奇、優(yōu)美的建筑形象。鋼結(jié)構(gòu)建筑強(qiáng)大的造型潛力是磚混、混凝土結(jié)構(gòu)建筑無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。由金屬構(gòu)件與玻璃板共同組成的建筑物的外圍結(jié)構(gòu)成為玻璃幕墻，玻璃幕墻一般有兩種：框支承玻璃幕墻和點(diǎn)支式玻璃幕墻，其中點(diǎn)支式玻璃幕墻形式多種多樣，變化無(wú)窮，具有良好的工藝性和藝術(shù)性，使建筑看上去更加美觀。

3、用途廣、可塑性強(qiáng)

由于具有輕便、韌性和耐壓等特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)適用于各種建筑物的施工，特別是一些傳統(tǒng)建筑工程很難完成的大空間跨度建筑。比如在劇院、機(jī)場(chǎng)以及體育場(chǎng)等比較大的空間建筑內(nèi)，空間內(nèi)柱子比較多的化不利于人們?cè)诮ㄖ飪?nèi)的娛樂(lè)和工作，而使用鋼結(jié)構(gòu)就可以建造沒(méi)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(diǎn)，這使得鋼結(jié)構(gòu)能夠用于建造一些新型的鋼鐵建筑。比如著名的法國(guó)埃菲爾鐵塔，以鋼板焊接、連接而成的高層重鋼建筑已經(jīng)成為建筑業(yè)中的新潮流。

二、工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)建筑整體與局部精細(xì)設(shè)計(jì)

建筑的設(shè)計(jì)不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的互相協(xié)調(diào)能力。鋼結(jié)構(gòu)建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結(jié)構(gòu)建筑特殊性的同時(shí)也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結(jié)構(gòu)特個(gè)性設(shè)計(jì)的同時(shí)，也必須滿足一般建筑的共性。

由于鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，通常在建造鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致部分細(xì)節(jié)部位出現(xiàn)偏差或者裸露在外。因而在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，為力求建筑形象和建筑功能的完美結(jié)合的同時(shí)，設(shè)計(jì)復(fù)雜化和工程精細(xì)化也更加嚴(yán)苛。鋼結(jié)構(gòu)建筑具有牽一發(fā)而動(dòng)全身的特點(diǎn)，每一個(gè)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、制作、完成都有可能牽涉到整體的形成和完善。有的時(shí)候?yàn)榱梭w現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑獨(dú)特的金屬感，而將其部位、部件裸露在外。這樣會(huì)更加增加建筑的難度。因而在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，細(xì)節(jié)的把握是至關(guān)重要的。對(duì)整個(gè)建筑而言，細(xì)節(jié)的較高質(zhì)量將會(huì)帶來(lái)更好地整體效果，為人們展示更美好的形象。

2、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，盡管針對(duì)設(shè)計(jì)而言他并不是需要考慮的前置條件，但是卻是日后維護(hù)的重中之重，故而在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)也是著重的對(duì)象。鋼結(jié)構(gòu)建筑的失穩(wěn)分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。

整體失穩(wěn)是通過(guò)對(duì)整體框架構(gòu)建的穩(wěn)定作為探討的，在計(jì)算時(shí)可以通過(guò)長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)帶入進(jìn)行驗(yàn)證;而局部失穩(wěn)則是框架構(gòu)建內(nèi)部的某一部零件產(chǎn)生的，他間接影響著整體穩(wěn)定性。因此鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)建筑的整體布置必須考慮整個(gè)體系以及組成部分的穩(wěn)定性要求來(lái)予以設(shè)計(jì)。目前結(jié)構(gòu)大多數(shù)是按照平面體系來(lái)設(shè)計(jì)的，例如常用的桁架和框架都是采用的這種設(shè)計(jì)。為保證這些平面結(jié)構(gòu)不致出平面失穩(wěn)，則從結(jié)構(gòu)的整體布置來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題，亦即設(shè)計(jì)的時(shí)候增加必要的支撐構(gòu)件來(lái)維持其整體的穩(wěn)定性。換而言之，即是平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面外穩(wěn)定必須和結(jié)構(gòu)布置相一致。此外通過(guò)平面桁架組成的塔架等相關(guān)設(shè)施，基于上述原因，也應(yīng)該需要注意桿件的穩(wěn)定和橫隔設(shè)置之間的關(guān)系，保持其穩(wěn)定性。

三、工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、工業(yè)建筑中鋼結(jié)構(gòu)的保溫隔熱與防火設(shè)計(jì)應(yīng)用

有效的防火分區(qū)是建筑必須采取的保護(hù)措施之一。防火分區(qū)可以在廠房?jī)?nèi)部防止火勢(shì)向其他區(qū)域蔓延、擴(kuò)散，有效地控制火災(zāi)的范圍。不過(guò)對(duì)于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)廠房的大跨度、大空間及其所需要的生產(chǎn)工藝流程來(lái)說(shuō)，防火分區(qū)的設(shè)置具有一定難度。常用的放火設(shè)計(jì)有以下幾種：

1.1 防火墻及防火門(mén)

在生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)管理中沒(méi)有特殊要求的情況下，采取防火墻是簡(jiǎn)單、有效并且造價(jià)低廉的一種方法。防火卷簾，可用于小跨度分區(qū)中。

1.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

在只需分兩個(gè)分區(qū)及廠房高度不超過(guò)8 m的情況下，可設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，使所允許的防火分區(qū)面積增加一倍，以達(dá)到規(guī)范要求。

1.3 獨(dú)立水幕

這是一個(gè)較好的分區(qū)方法，不存在跨度問(wèn)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(yīng)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(hù)保養(yǎng)困難的問(wèn)題，為防止誤操作，應(yīng)采取人工、自動(dòng)兩種啟動(dòng)方式。

1.4 防火帶

由于生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)管理需要而無(wú)法設(shè)防火墻時(shí)，可設(shè)防火帶進(jìn)行防火分區(qū)。即在有可燃構(gòu)件的廠房中劃出一段區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的構(gòu)件全部采用不燃性材料，并采取措施防止煙火在分區(qū)間流竄，也可起到防火分隔的作用。

2、輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

中國(guó)輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展較快，主要用于輕型的工業(yè)廠房、糧食倉(cāng)庫(kù)、碼頭和農(nóng)產(chǎn)品、建材、家具的各類(lèi)交易市場(chǎng)、體育場(chǎng)館、展覽廳及活動(dòng)房屋、加層建筑等。輕型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，一般采用門(mén)市剛架結(jié)構(gòu)并用圓鋼支撐柔性支撐和高強(qiáng)螺栓連接。骨架用鋼量一般在30kg/m2左右，施工速度快，得到業(yè)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(duì)于跨度較大，吊車(chē)荷載噸位較高的情況，認(rèn)為采用埋入式更為合適，對(duì)提高和確保鋼柱腳和鋼筋混凝土基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁的組合效應(yīng)和整體剛度有利。

4、屋架

對(duì)于具體工程，屋架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到排架柱對(duì)屋架下弦產(chǎn)生的附加拉力或壓力，以及在吊車(chē)荷載設(shè)計(jì)值和永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下下弦桿是否受壓，如受壓時(shí)其長(zhǎng)細(xì)比不宜超過(guò)200，根據(jù)具體情況對(duì)下弦桿進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)風(fēng)荷載較大，屋架下弦桿在永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值和風(fēng)吸力荷載設(shè)計(jì)值共同作用下受壓時(shí)，為滿足λ≤200，可加密下弦系桿。

結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)被越來(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)工程在我國(guó)將得到前所未有的發(fā)展。因此，作為鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)學(xué)習(xí)有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)工程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與管理內(nèi)容，特別對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方面的一些問(wèn)題應(yīng)認(rèn)真細(xì)致的分析，從而確保我國(guó)高層鋼結(jié)構(gòu)工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。