工业钢结构厂房结构设计重点问题研究

尹国盛

天津市环境卫生工程设计院

摘要：结合工程实例，对工业钢结构厂房设计过程中遇到的厂房结构形式的确定，厂房结构纵向荷载的传递，以及厂房结构设计的安全性和经济性的平衡的处理问题进行分析，作出对一般工业钢结构厂房结构设计要点的总结。

关键词：工业厂房；夹层；结构形式；

1前言目前阶段，各行各业都在向工业化产业化集中化模式前进，国家也提出工业制造向工业3.0迈进的目标。与此相伴，工业钢结构厂房以其施工简洁、安装便利、体量与工业生产相匹配等多方面优势，在国家工业发展中得到了广泛的应用，相应的也对工业厂房的建设也提出了更多的要求。

下面结合一个工程设计实例中遇到的几点设计问题，对工业钢结构厂房结构设计会遇到的问题进行分析研究。该项目位于辽宁省东南部沿海某县级市，场地抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度值为0.15g。设计地震分组为第一组。主厂房跨度度为30米，总长度为.74米，总高度为11米，其中厂房部分为卸料区及材料堆放区，局部设有两层办公区、监控区及配电区等功能房间。整体结构采用钢结构，柱下基础。

2结构形式的确定

本项目中，主厂房部分为卸料区及办公区，办公区为局部带

夹层的两层钢结构厂房，采用钢筋混凝土楼板，办公区面积约占厂房整体面积的四分之一，属于在钢结构厂房中设置局部二层的结构形式。一般厂房主要按门式钢架的结构形式设计，该种结构形式简洁、传力路径明确、施工方便快捷。但本工程结构设计中带夹层部分如果按照门式钢架形式建模进行计算，由于中间夹层有混凝土楼板和钢梁的存在，钢架的基本假定与门式钢架设计规范的适用范围不符。如果把结构按照钢框架的形式建模计算，钢结构设计规范中对钢框架的截面高厚比，长细比等要求均比门式钢架高出一个等级，按钢框架结构进行设计，设计结果的单位面积用钢量大幅升高，体现不出门式钢架厂房简洁明确的设计思想，增加了结构的复杂性。

笔者就此问题查阅了一些以往的类似工程实例，在以往工程中，针对局部带夹层的门式钢架，一般有两种解决思路：一是在局部夹层处设缝，使主体结构的两部分完全断开成两部分，分别按钢框架和门式钢架进行计算。另一种是按门式钢架的结构整体设计，但是在局部夹层设计时将夹层上下两部分分别按照不同的结构形式进行计算，将局部夹层梁和钢柱连接节点按刚接考虑，夹层以上部分按门式钢架进行计算，夹层以下部分按钢框架结构进行计算。考虑到本工程由于厂房内布置有吊车，若

按前一种方式处理，建筑变成两个不同的部分，在设缝处两边结构刚度不同，结构变形不一致，容易导致吊车梁产生变形，进而造成吊车行驶出现问题。所以本工程采用的是第二种方式，此种方式视整个建筑为一个整体，将局部夹层处的平面刚度变化采取其他措施进行内部消化处理，无论从结构整体性还是实际使用上，都更加符合实际。

3结构纵向荷载传递

对轻型钢结构工业厂房类建筑，结构的纵向荷载传递和横向荷载传递是两个相对的体系。横向荷载主要由主钢架承

担，传入基础；纵向荷载主要由柱间支撑和刚性系杆等构件传递到每榀钢架上均匀承担。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术

规范》GB51022-2015，每个温度区段或分期建设的区段中,应分别设置能构成空间稳定结构的支撑体系在设置柱间支撑的

开间,宜同时设置屋盖横向支撑,以组成几何不变体系。规范这样设置的目的其实是要结构上形成完整闭合的传力路线，以便发挥结构整体作用。

本次工程设计中，结构纵向在中间有楼板标高处、吊车梁标高处，柱顶处均设置钢系杆，屋面按规范要求设置屋面支撑，柱间设置柱间支撑。由于厂房平面布置中一侧有局部夹层，且为钢筋混凝土楼板。在楼板标高处，可近似认为此平面刚度无限

大，需采取措施加强纵向荷载的传递能力。通过查阅以往的工

程实例，

通过在楼板标高处邻跨处增加柱间支撑的设置，增强纵向结构构件传递整体性效果，

缓和在局部楼板处的刚度突变，从空间整体计算结果来看，

对结构整体均匀变形还是有一定效果的。在工程设计中，

柱间支撑一般是根据计算建筑在每个分层标高处的整体承受的剪力，分别作用到每层相应的柱间支撑上进行计算。同时应注意柱间支撑是按拉杆考虑还是按压杆考

虑，

此时应注意要满足规范规定的长细比要求。根据文献[3]中介绍，

当斜杆的长细比入>200时,压杆将较早的受压而退出工作,此时可仅考虑拉杆的作用;当入<200时,压杆至终可部分或

全部参加工作，

当长细比入愈小,斜杆轴心受压稳定系数φ就越大,压杆参加工作的程度愈大。所以在设置支撑时应考虑好支撑

的类型。4结构经济性与安全性的平衡在现阶段实际设计过程中,在保证安全性的前提下，经济指标越来越成为各方关注的一个重要的方面。由于钢结构厂房内

饰简单，

所以选择合理的结构布置及简易便捷的施工方法往往成为建筑经济性的决定因素。本工程设计过程中，

由于结构形式上介于钢框架结构和轻型门式刚架两种结构形式之间，

从设计人角度做出合理的选择会直接影响整体结构的经济性。如果

单纯按照钢框架结构形式进行设计，

在满足结构柱顶位移等一系列规范要求的条件下，

厂房平米用钢量在50KG/㎡以上，若将厂房局部按钢框架设计，

其余部分仍按照轻型门式刚架进行设计，

厂房平米用钢量可降到45KG/㎡左右。柱间支撑、水平支撑、

抗风柱等构件通过合理的结构选型和结构参数选取也可降低建筑的平米用钢量。另外值得注意的是，在设计工程中，遇到计算结果不满足要求时，

设计人通常采用增大构件截面的形式保证结构的安全性，

这也是最简单直接的方式。但在很多情况下，

截面增大值和结构安全系数提升并不成正比，往往是截面增加多，

应力比增加少。此时建议适当调整结构形式，从多角度考虑，

反复试算，实践证明通过调整结构合理性在降低结构含钢量上往往可以达到事半功倍的效果。5结束语

目前我国仍处于快速发展阶段，各行各业的基础设施建设仍在发展进行阶段，

钢结构厂房以其建筑体系设计标准化、定型化,构件加工工业化程度高,施工简单快速等多方面优势，

得到了广泛的应用。同时，

也对钢结构厂房提出了更多的要求，比如使用功能多样化、

安装设计便捷化、结构更加安全和经济。设计人员在设计过程中需要不断学习和总结，

不拘泥于现有的设计模式，灵活运用各种计算工具和计算软件，尽量贴合工程实际，做出既保证安全、又经济合理，适应新形式的新一代厂房。参考文献：

问题[1][J].李桂茹.门式刚架轻型房屋钢结构设计中应注意的几个讯,2010[2]天津城市建设学院学报第陈丽.浅谈门式刚架夹层钢结构的轻型化设计11卷第1期2005年3[J].月

科技资大学学报[3]张德生NO.19

(自然科学.单层厂房柱间支撑抗震设计需注意的问题)1999年第6期.嘉应41