【作者/來自】鴻新建筑設計 【發(fā)表時間】2024-3-26 【點擊次數(shù)】366

隨著我們國家工業(yè)化的加速發(fā)展，越來越多的鋼結(jié)構(gòu)廠房被建造和應用。因此，我們需要更加注重優(yōu)化設計理念，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性、實用性和節(jié)能環(huán)保性。這已經(jīng)成為一項非常重要的任務。一個好的設計方案是成功的設計的基礎，但要將這個方案變成現(xiàn)實，需要結(jié)構(gòu)工程師的專業(yè)知識和豐富經(jīng)驗。要想設計一個成功的鋼結(jié)構(gòu)廠房項目，方案和具體設計都至關重要，二者缺一不可。

今天小編結(jié)合以往鴻新建筑設計合作某公司鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計案例，對鋼結(jié)構(gòu)廠房設計要點進行如下分析:鋼結(jié)構(gòu)廠房的工藝設計、荷載設計、抗震設計、整體分析計算及優(yōu)化、加強防火設計和防腐設計等，明確各項設計節(jié)點的特點，全面提升項目建設質(zhì)量，為企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供穩(wěn)定場所。

一、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的相關特點
1. 鋼結(jié)構(gòu)重量輕
相比于鋼筋混凝土等常見的工業(yè)廠房建筑材料，鋼結(jié)構(gòu)具有同等承載能力但自重更輕，構(gòu)件截面更小，運輸成本更低，安裝更方便快捷，對環(huán)境無污染。同時，同等建筑面積下，鋼結(jié)構(gòu)所得凈空間更大，還能降低地基承載力的要求，從而減少工程造價。因為鋼材本身非常堅固，而且具有很好的延展性、韌性和可塑性，所以適合在工廠里預先加工成構(gòu)件。這樣做可以保證構(gòu)件的精度高，質(zhì)量好，而且在大規(guī)模生產(chǎn)時也更容易控制，保證質(zhì)量。在我們建廠房的時候，我們把生產(chǎn)好的鋼構(gòu)件從車間搬到安裝工地，然后根據(jù)施工圖紙，用螺栓和焊接的方式把它們連接起來。這樣做既簡單又靈活。鋼結(jié)構(gòu)非常適合用于建造跨度更大的結(jié)構(gòu)，這一點非常重要。相比之下，鋼結(jié)構(gòu)的跨度比混凝土結(jié)構(gòu)大約多出60%，這大大滿足了工業(yè)廠房設計中對大跨度的需求。

2. 節(jié)能環(huán)保
在建造工業(yè)廠房過程中，鋼結(jié)構(gòu)的制造和安裝不會對周邊生活環(huán)境帶來很大的影響，同時鋼材還可以重復的進行利用。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的情形就大大不一樣了，其由鋼筋和水泥砂漿共同組成，需要借助大型工程機械大量的工地澆筑和振動機振搗密實，施工噪聲大，材料回收利用率特別低，對環(huán)境造成污染，對資源造成浪費，增加了經(jīng)濟成本。

3. 防火性差
鋼結(jié)構(gòu)有一定的耐熱性卻不防火，當溫度到達450℃~650℃時，強度下降極快，在 600℃時已不能承重,只有在 200℃以下時鋼材的性質(zhì)變化不大�！朵摻Y(jié)構(gòu)設計標準》GB50017-2017 規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)受熱高于100℃時，應進行結(jié)構(gòu)溫度作用驗算，根據(jù)不同情況采取措施。因此，必須重視鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火以及對溫度的控制，要清晰廠房內(nèi)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中易燃性物料的貯存、投料及成品等各環(huán)節(jié)的運送流程，合理規(guī)劃廠房空間布置情況，并做好鋼結(jié)構(gòu)的耐熱耐火涂層和熱輻射屏蔽的防護工作，防止火災的發(fā)生造成生命和財產(chǎn)的損失。

4.耐腐蝕性差
鋼材的耐腐蝕性較差，鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑需采取嚴格有效的防腐措施，在高腐蝕性環(huán)境中使用的鋼結(jié)構(gòu)，必須對其作定期檢查和維護。因此，鋼結(jié)構(gòu)的維護費用高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

二、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計的原則
01.整體布局
工業(yè)廠房選址和規(guī)劃是十分關鍵的問題，應盡可能使廠房選在合理的區(qū)位。好的選址規(guī)劃必須考慮原材料和產(chǎn)品的運輸傳送快捷經(jīng)濟，考慮動力和能源的有效供應，考慮供水和排污的合理規(guī)劃，考慮自然采光和自然通風占比最大化等，必須將各方便利弊綜合權衡，找到最優(yōu)化的整體解決方案和整體布局設計，使資源合理分配，高效利用，實現(xiàn)綠色環(huán)保的可持續(xù)效益。

02.內(nèi)部結(jié)構(gòu)
負責飛利浦空調(diào)中國運營業(yè)務的南京智浦供應鏈管理有限公司（下稱“南京智浦”）曾于今年10月在安徽省內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計時要遵循整體布局方案設計，進行內(nèi)部空間的合理劃分，使各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有足夠的空間保障，實現(xiàn)功能合理且工藝協(xié)調(diào)性良好�，F(xiàn)階段我國鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建設布局不合理的現(xiàn)象時常發(fā)生，在設計建造過程中沒有做到空間比例協(xié)調(diào)，將廠房空間隨意劃分，利用很不合理，出現(xiàn)廠房資源的錯配和浪費。

03.成本造價

成本造價問題不論在傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，還是鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房設計，都是極其重要的，是直接影響建造企業(yè)投資決策的重要因素。鋼結(jié)構(gòu)設計人員首先應努力做好投標報價階段的設計工作，考慮方案要盡可能依據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝的要求，將結(jié)構(gòu)的布置方案考慮得更加周全細致，詳細評估廠房結(jié)構(gòu)各主要材料的最大最小用量，并對材料的現(xiàn)行市場價格進行調(diào)研判斷其浮動趨勢。其次要注重設計過程中用鋼量的合理控制,做到結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性兼優(yōu)。

三、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設計應用
1.結(jié)合項目案例概述

某公司鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)車間廠房,建筑面積15288m2,長度 196m,寬度 78m，,廠房結(jié)構(gòu)采用門式鋼架體系（24m+30m+24m），柱距7.5m，建筑口高度為12.4m。廠房車間內(nèi)設吊車:24m跨5t梁式吊車4臺，16t梁式吊車1臺,30m跨10t梁式吊車3臺，20t梁式吊車1臺。依據(jù)廠房設計要求，結(jié)合施工現(xiàn)場環(huán)境，采用3維設計軟件進行鋼架設計。

 

 

2.工藝設計與荷載設計

鋼結(jié)構(gòu)廠房是為工業(yè)生產(chǎn)活動提供相應的場所而設計建造，鋼結(jié)構(gòu)廠房要和各個生產(chǎn)模塊有效協(xié)調(diào)，墻體厚度和高度要能適應工藝設計指標要求，確保生產(chǎn)活動的安全有序進行。在鋼結(jié)構(gòu)布置形式中，可以采用平面桁架、網(wǎng)架、門式鋼架等形式，設計人員要按照車間生產(chǎn)工藝及建造要求進行全面考慮，選擇最佳的結(jié)構(gòu)形式,使其滿足生產(chǎn)工藝功能性和廠房整體性能要求。荷載設計非常重要需結(jié)合生產(chǎn)的工藝要求、建造場地的氣候氣象條件、地質(zhì)條件等，計算選取合理的各項特征參數(shù)、組合系數(shù)和分項系數(shù)等。合理的荷載設計將為結(jié)構(gòu)計算分析和連接節(jié)點細部設計提供安全性和經(jīng)濟性的判斷依據(jù)，提升了鋼結(jié)構(gòu)設計的量化精確性。

3.抗震設計
鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計時抗震性能設計至關重要。如果廠房建設區(qū)域處于地震頻發(fā)帶，對抗震性能設計必須給予足夠的重視，確保結(jié)構(gòu)安全性。在設計過程中，要對鋼結(jié)構(gòu)體系的布置首先進行抗震性能的概念性設計，增加主要桿件的安全性冗余度，增加抗側(cè)力桿系等。其次,“強柱弱梁”設計思路,“強節(jié)點弱桿件”設計思路等，都能增強結(jié)構(gòu)傳遞水平側(cè)向力的能力。另外，鋼結(jié)構(gòu)廠房屋架與鋼柱、屋面板與屋架連接牢固，節(jié)點處理合理，避免結(jié)構(gòu)節(jié)點連接問題導致事故的發(fā)生;對柱子長細比、墻體高寬比按照抗震等級進行控制;在必要的時候應用減震阻尼器等，這些都是提升工業(yè)廠房抗震性能的有效途徑。

4.結(jié)構(gòu)計算和節(jié)點設計
目前的鋼結(jié)構(gòu)計算，設計人員基本上都是采用3維軟件進行結(jié)構(gòu)受力計算和分析，將規(guī)范校核后的應力比作為施工設計階段的設計指標。鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范要求，至少要用2款不同的計算軟件建模分析，并對計算結(jié)果進行對比，選取最佳截面，從而對工程成本在設計階段進行有效控制。在構(gòu)件連接節(jié)點設計過程中，要涉及到凈截面等結(jié)構(gòu)參數(shù)對構(gòu)件承載力的影響，還要根據(jù)結(jié)構(gòu)主要荷載類型、工作環(huán)境、制造和安裝的難易程度、空間位置及后期維護的成本等因素，選取合理的連接方式，這就要求設計人員綜合權衡利弊，合理取舍，選擇最安全經(jīng)濟的連接節(jié)點形式。

5.防腐設計
鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房長時間暴露在復雜變化的大氣環(huán)境中，會受到不同程度腐蝕與氧化作用。當環(huán)境溫熱潮濕時，會加速鋼結(jié)構(gòu)化反應，導致鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性更加明顯。鋼結(jié)構(gòu)腐蝕之后，局部會出現(xiàn)不同程度的銹跡，構(gòu)件有效截面會變小，導致鋼結(jié)構(gòu)主要受力位置應力過大，對結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的響，降低了結(jié)構(gòu)的安全性能。因此設計人員在設計階段急用應該對廠房環(huán)境的重要影響要素進行細致分析，制定合理的防腐設計方案，提升結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性。為鋼結(jié)構(gòu)選取科學有效的防腐涂料，制定合理的涂刷工序，規(guī)定好合適的油漆干膜厚度，確保外部環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)不會直接接觸到鋼構(gòu)件鋼材，對結(jié)構(gòu)起到有效保護作用。

6.防火設計
在工業(yè)廠房設計中，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，更容易受到溫度變化的響，防火性能不強，因此需強化鋼結(jié)構(gòu)的防火隔熱設計。在計人員要對廠房火災類型進行合理劃分，制定防火等級，避免火災隱患對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，強化防火性能。在設計階段要明確規(guī)定結(jié)構(gòu)的耐火極限，選擇合適的防火材料和措施。設計人員要優(yōu)化火災預防控制操作，對設計質(zhì)量進行有效控制，比如對火災逃離出口進行合理布置，能夠及時疏散人員，降低火災事故發(fā)生概率。另外,要考慮防火涂料和防腐涂料間化學及物理性能的相互匹配性。

在現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計中還存在著不少不合理之處，廠房的功能性不能很好地滿足實際生產(chǎn)工藝的改進性需求，導致建成后廠房的經(jīng)濟效益潛力未能充分發(fā)揮出來，造成不必要的改建和重建，增加重復建設成本。因此，在廠房的建造設計中，就必須加強對工業(yè)廠房實際需求的細致分析，在滿足生產(chǎn)工藝當前各方面需求的前提下，適當考慮生產(chǎn)工藝未來5至10年的改進趨勢，對工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)體系的主要結(jié)構(gòu)適當做出前瞻性的優(yōu)化，為以后輕微的改造預留些許空間余量，最終才能夠獲得更加科學合理的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房系統(tǒng)。

安徽鴻新建筑設計有限公司，成立于2011年初，是一家技術力量雄厚的建筑規(guī)劃設計公司。公司擁有多名一級注冊建筑師，一級注冊結(jié)構(gòu)師、造價師、高級工程師等高技術人才。如果你有鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計方案需求可以聯(lián)系我們。同時歡迎各位行業(yè)大佬有其他好的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計建議，也可以寫在評論區(qū)和大家一起來探討！

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