工业建筑中钢结构的应用与设计

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工业建筑中钢结构的应用与设计:轻型钢结构工业建筑设计研究

摘要：我国工业生产变革带动了我国工业建筑设计行业的发展，传统建筑设计中以钢筋混凝土结构为主的建筑格局已经无法适应现今社会经济发展理念，提高工业建筑设计的环保性与可循环性是当前工业建筑设计的重要任务。轻型钢结构具有造型美观、耐大气腐蚀、隔热隔声以及空间利用率高等特点，因此在工业建筑中被广泛的应用。本文就轻型钢结构工业建筑的设计进行了简要的探讨分析。

关键词：工业建筑；轻型钢结构；门式刚架设计

一、轻型钢结构工业建筑的内容和特点

以单层为主的实腹式门式刚架轻型钢结构的金属面板建筑，是最早出现的轻型钢建筑，后来因为轻型钢建筑轻质，这个优点，被引进于工业建筑中，并且随着轻型钢结构建筑的不断应用，其范围的不断扩大，一些中小型的仓库和工厂都引进了这种轻型钢结构建筑。人们通过对轻型钢结构建筑的了解和其优势的认知，得出轻型钢结构工业建筑是在冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、轻型热轧型钢等充分应用的基础上的一种新型的受力构件，主要采用单层和多层的轻质的隔离材料。

（1）现场施工速度快、工期短

施工过程中速度快是由轻型钢结构的简单和轻质的性质决定的，轻型钢结构的使用可以使工期得以缩短，而且在技术上要求不高，可以实现量化生产，并使施工高效。

（2）材料重量轻

轻型钢结构目前最明显的特点是自身重量轻，这种特点决定了其在建筑施工的大量推广和使用。轻型焊接的H型钢是轻型钢结构主要采用的材料。与一般的工字钢、槽钢相比，其重量轻并有效利用钢的截面。一般情况下，采用截面利用系数较高的材料，可以达到节省钢材的目的。尤其是地基承载能力较低的工业建筑，可以充分体现这个特点的优越性。

（3）工业化程度高

轻型钢结构与其他建筑材料结构相比，建筑构造较为简单，用料单一，所以能够使自动化生产和标准化更容易实现。所以轻型钢无论在安装使用，还是在生产中，其工业化程度都很高，在工业建筑中这点是非常重要的。

二、工业建筑设计中轻型钢结构的设计方法

（1）主结构体系及支撑体系

1、主结构体系

轻钢结构一般采用轻型门式刚架结构，不同于以往的混凝土排架结构。单榀的刚架在平面内是稳定的结构体系，柱脚既可以刚接也可以铰接，较为灵活的设计方法，给设计人员带来了更多的设计思路。而在平面外需要依靠支撑体系，来使整个建筑达到稳定的结构体系，故在现场安装时，应该特别注意先安装支撑体系。在国内，由于不按要求安装支撑体系而引起钢结构建筑倒塌的情况时有发生。

2、支撑体系

支撑体系的设计在整个工业建筑中起着至关重要的地位，按其受力形式可以分为柔性支撑和刚性支撑。柔性支撑一般采用圆钢等，通常情况下只受拉力，如果有压力随即退出受力模型，改由其他杆件受力，所有柔性支撑一般为交叉支撑，一般轻型的工业建筑均采用柔性支撑，且经济可靠，变形协调。重型厂房及多高层钢结构采用钢性支撑，由于对变形要求严格，刚性支撑能更好的起到约束作用。

（2）外墙体系设计

非承重墙是轻型钢结构内外墙主要形式，组合墙是外墙体系普遍采用的方式，砌块墙一般在1-1.2m以下，彩色压型钢板在1.2m以上。镀锌或镀铝锌钢板压制成压型钢板，可以分为大波和小波、横板和竖板，钢板的刚度和自身稳定性可以通过压制波形来提高。外墙施工的程序为：主钢构施工完毕后，在柱子上进行横向墙檩的安装，并根据柱子跨度的不同，会影响其檩条大小和疏密程度，将墙檩固定好后，挂上压型钢板，将超细玻璃丝绵放入墙板和墙檩之间。若要提高其美观度，把墙体骨骼系统包起来，可以在墙檩内侧挂上一层内衬钢板。进行板型选择时，竖板的稳定性较好，更为经济，横板则比较美观大气。

现在很多的厂房除了采用普通的压型钢板外，开始运用高复合板，也被称为三明治板，它是在两层压型钢板中加入高密度保温材料然后压制而成。复合板可以做成墙檩，其对于钢板板型几乎没要求，波形板、压花板、平板都可以。这种板的保温效果不错，并且平整度高，美观且耐用，可以仿石材或仿铝板，虽然其价格要稍贵一些，但是经常被合资企业的建筑运用。开窗自由是轻型钢结构外墙的最大特点，因为墙面和柱子不是一体，所以墙面不会被柱子打断，在开窗时不会受到影响，这种方式为工厂的外墙设计提供了优秀的基础。

（3）屋面设计方法

在轻型钢结构屋面设计中，首先是建筑材料与坡度选择，现今我国工业建筑轻型钢结构中的屋面材料主要有太空钢板以及压型钢板等，目前我国工业建筑中应用较为广泛的是金属压型复合保温板、夹心板以及金属压型板，这三种材料各有其不同之处，它们之间的用途也存在一定的差异性。就一般工业建筑而言，建筑屋面坡度越大，那么对屋面排水则越有利，然而若坡度过大也存在一定的弊端，坡度过大会提升排水速度，易产生溅水现象。相应的若坡度过小，排水速度也会相应变小，水流速度过于缓慢易造成积水状况，因此在轻型钢结构设计中一定要合理控制屋面坡度。另外，轻型钢结构屋面材料也是影响工业建筑整体质量的关键因素，在屋面材料选择中相关工作人员应明确工业建筑对材料的实际需求，以此为基础选择价格适中且质量较好的屋面材料，为后期工业建筑奠定基础。其次，对金属压型钢板屋面构造设计进行合理把控，金属压型钢板屋面构造设计中主要包含板型选择、屋面开洞方式、采光带设置以及压型金属板选择等等，一般情况下大多采用轻型钢结构的工业建筑，为使建筑具备良好的采光与通风效果，会在屋面上部位置合理设置通风孔与采光带。

（4）加层构造设计方法

轻型钢结构加层设计与建筑中的普通加层存在一定的区别，其不仅具有普通加层的功能，同时还兼具了轻型钢结构本身的特点，在轻型钢结构加层构造设计过程中要考虑轻型钢结构加层的个性特点。轻型钢结构加强的主要方式是在原有建筑主体结构上进行直接性加高，在原有建筑结构的基础上得到加固以及优化主体结构的目的。当然要实现此目的需要一个经济完整并且合理的设计方案，所以做好轻型钢结构加层构造设计十分重要。由于轻型钢结构的刚度比较小、重量轻，因此在加层构造设计中应科学设置足够的横向与纵向支撑，以此来保证轻型钢结构原有的刚度与稳定性。与此同时，在加层构造设计中还要充分考虑轻型钢结构加层构造的地震效应，使板块刚度均匀分布在结构之中。

（5）轻型钢结构的防雷设计

1、轻型结构防雷设计的六大要素

在轻型钢结构防雷设计中，一定要注意相关要素，笔者认为，在具体工作中轻型钢结构防雷设计主要包括以下六方面要素：①建筑物防雷装置的接闪功能；②建筑物外部接地效果；③引下线的分流效果；④内部防雷系统中各部位的均衡电位；⑤建筑物内部各个线路合理分布；⑥建筑物内部完善设备屏蔽保护作用。

在实际工作中，不仅要充分掌握轻型结构防雷设计的六大要素，还一定要认识到，轻型钢结构建筑采用的是金属屋面，与其它屋面相比，金属屋面更容易发生雷击事故，此外还必须要注意，轻型钢结构建筑与其它建筑不同，其它建筑通常采用富兰克林常规避雷系统，但是对于轻钢型结构建筑而言，由于金属屋面较薄，不能承受传统避雷导体的重量，因此在轻型钢结构建筑的防雷设计工作中，应该针对轻型钢结构建筑的特殊性，充分考虑轻型钢结构防雷设计六大要素，认真研究屋面防雷措施。

2、闪电理论

与我们关系最密切的闪电是云地闪电，云地闪电是雷雨云中荷电中心对大地脉冲放电的过程，在整个放电过程中，不仅包括光导、回击放电过程，还含有一些其它形式的脉冲放电过程，放电过程较为复杂，其中回击等放电过程具有放电时间短、峰值电流高等特征，并且在回击放电过程中，电流脉冲平均峰值能够达到几百千安，时间最大可以持续几百微秒。在轻型钢结构防雷设计工作中，应该充分了解闪电理论及相关知识，保证防雷设计科学合理，全面提高轻型钢结构的防雷性能。

三、结语

总而言之，轻型钢结构现今已经在多种类型的工业建筑中得到了广泛应用，例如办公区、生产厂房以及办公区等等，其在工业建筑设计中具有指导性作用。因此，在轻型钢的工业建筑设计时，相关人员要严格遵守相关规定和设计标准。把握轻型钢结构自身特点，可以全面提升工业建筑设计质量，这样才能使设计出的工业建筑的结构合理并且环保经济，能够达到经济建设的需求。

工业建筑中钢结构的应用与设计:钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化思

摘要：本文从钢结构设计的稳定性与设计要点出发，分析了钢结构在工业建筑设计施工环节中的应用，针对钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化思考进行详细探究。

关键词：钢结构；工业建筑设计；优化思考

引言

近年来，随着建筑行业的发展，钢结构运用在工业建筑中已经成为一种趋势，这是因为钢结构有着一些其他建材不具备的特点。虽说在工业建筑设计过程中对钢结构进行了应用，但是其兴起的时间并不是太久，应用的范围也不算广。

一、钢结构设计的稳定性与设计要点

1、建筑工程中钢结构稳定设计的特点

建筑工程中钢结构稳定设计的特点主要表现为：第一，钢结构的多样性。建筑工程中钢结构设计方面的问题直接影响着钢结构的稳定性，特别是承荷载力大的钢结构部位，在进行这类钢结构部位设计时必须进行多方面的考虑，并对钢结构的稳定性进行认真分析、探究。第二，钢结构的整体性。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体，任何一个构件所具有的作用都是不容忽视的，若是当任意一个构件出现问题，例如失稳、变形等情况，那么必定会对其他构件造成影响，最终导致钢结构整体稳定性出现问题。

2、钢结构稳定性的计算方法

2.1 整体刚度计算。在现行的钢结构计算规范中，通用的计算方法是轴心压杆稳定计算方法，其主要采用是折减系数方法和临界压力求解法。其中，临界压力由欧拉公式给出。

2.2 整体稳定性分析。钢结构建筑是由多种构件共同组成的一个整体，其整体稳定性受各种构件的制约较大，各构件之间是否具有良好的稳定性，是确保钢结构整体稳定性的前提基础。所以，应对其整体稳定性进行分析。

2.3 其他特点的稳定计算。钢结构的各种组成构件又能分为两大类，为弹性构件和柔性构件，因而，在进行钢结构稳定性时应重视这一特点。由于柔性构件容易发生变形，进而导致钢结构内部也发生变化，最终对钢结构整体稳定性产生严重的影响，所以，必须重视柔性构件的分析。

3、钢结构稳定性的分析方法

3.1 静力法。静力法的分析原理是结合已经出现了微小变形后的一些结构受力的条件，并根据这些条件来建立相对平衡的微分方程。通过建立的微分方程仔细的计算出构件受力的临界相关荷载。在实际中应用静力法构件平衡微分方程时，应遵循相关设定，具体表现为：直杆构件应该为截面，其压力应始终遵循之前的轴线进行作用。

3.2 动力法。当钢结构的结构体系处于平衡状态下时，若是受到一定的干扰，那么整个结构体系就会产生振动，这时应采用动力法对钢结构的稳定性进行分析。钢结构整体稳定性与其所承受的荷载有着密切关联，在钢结构出现变形以及钢结构振动加速时，这种联系更加紧密。若是钢结构所承受的荷载值低于钢结构自身稳定性的极限荷载值时，会出现加速度和之前的钢结构变形的具体方向相反的状况。

3.3 能量法。若是在实际应用中钢结构载着保守力并且已经具备结构变形的相关受力条件，那么就能以此条件构建总体势能。如果要计算钢结构的总体势能，则必须满足一个前提条件，即钢结构处于相对平衡的状态下[1]。

二、钢结构在工业建筑设计施工环节中的应用分析

实际工程操作中，钢结构凭借自身特点获得了社会各界的认同。钢结构之所以在建筑行业中得到广泛应用，是因为其较快的施工速度。钢结构构件的有效应用，进一步促进了大批量的生产，这些又促进了钢结构施工的便利性。保证钢结构施工环节的优化，无形中实现了施工周期的有效缩短，达到帮助缩短工期实现节约成本的目的；和钢筋混凝土结构相比，钢结构的自重很轻，有利于优化建筑物自身重量；同样相比于其他建筑结构，钢结构建设的适应性更加强大，适合应用在那些地基承载力较弱和地震强度较高的地区。

钢结构的合理利用可以有效提高企业的经济效益，和传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构更加环保。就这点来说，钢结构更加符合国家节能减排的号召，满足建筑对节能环保材料的需求。钢结构本身就是由钢材构成的，建筑对高强度和高效能材料的需求也因此得到满足，具有很大的循环利用价值；在工程施工过程中，为了保证不出现其他问题，就需要在设计阶段对图纸和计算不断优化，在保证图纸质量的前提下，确保施工顺利进行；设计过程应该经济合理，可以满足建筑抗震和防火要求；和施工工艺以及相关产业紧密配合，促使钢结构施工过程不断优化，在保证质量的基础上满足施工过程中的各种要求。

1、工业建筑中常规钢结构的作用

在工业建筑中，钢结构的常规应用由来已久，我国多数工业厂房均采用的是常规钢结构人字梁以及工字梁，这些常规钢结构已成为工业早期时代的主要象征。而这些特征构成了我国的吊车梁式系统以及常规钢屋架系统。由于民用建筑、商用建筑以及工业建筑各有不同，在进行工业建筑时要求建筑结构能够为工业生产以及施工提供最好的跨度及空间。而传统钢筋混凝土结构已经不能完全满足现在工业生产在跨度以及空间上的相关需求，从而鉴于此基础上的钢屋架系统应运而生，屋架系统主要由屋架、系杆以及支撑组成。同时吊车梁系统作为工业厂房的重要部分，多数厂房中均设有吊车，主要由车档、吊车梁、轨道、制动结构及连接件等构成。

在传统钢筋砼结构不能够满足新时代工业建筑在相应功能及跨度上需求时多采用钢结构。比如，第一，材料堆场、大型仓库以及飞机装配车间等多采用钢结构体系，这些钢结构体系多为网架、拱架、门式刚架以及悬索等；第二，建筑物受到动力荷载影响时，多采用钢结构体系；第三，碳素厂高楼部碳素振动成型机对相应结构的耐疲劳程度和强度要求均较高时，多采用钢结构体系；第四，在高烈度区，钢筋砼结构早已超出了现行工业行业的规范以及规定，应采用钢结构以满足其新的需要；第五，原有厂房需改建或扩建时，多采用钢结构。综上即可知，钢结构在现今工业建筑中有着十分重要的作用，且应用广泛[2]。

工业建筑中钢结构的应用与设计:钢结构在工业建筑的应用与发展探析

【摘要】：钢结构建筑在近几十年得到了很大的发展，尤其近年来发展更加迅速，主要体现在钢结构建筑在工业厂房中的应用越来越普遍。

【关键词】：钢结构；工业建筑；应用与发展

引言

钢结构虽然在多次进行防腐和防火的维护以及钢结构自身的稳定性保证方面存在局限性，使得很多时候钢结构上部结构本身的造价比混凝土结构要高。但是钢结构在大跨度、施工周期及再改造方面的确较混凝土结构有很大的优势，因此钢结构被更广泛的应用于工业建筑的设计和施工中，取得了很好的经济效益。

一、钢结构的主要特性

钢结构厂房自重轻，自重仅是混凝土结构的五分之一。钢结构厂房可实现大跨度、大空间、超高层结构，且抗震性、抗冲击性、变形能力均优于混凝土结构，同时拆迁方便，可多次回收利用，环保性好。钢结构厂房制造的工业化程度较高，可以快速标准流水线安装。钢结构占用面积小，使用面积大，比传统混凝土结构建筑增加使用面积4%～8%，钢结构厂房在使用过程当中易于改造，如加固，接高，隔断等内部分割，调整比较容易，灵活方便。层高与柱网尺寸大，可提高建筑实用面积3％～5％。施工周期短，与传统的钢筋混凝土厂房相比，多层钢厂房的设计，生产，施工趋于一体化，加之现场无焊接，无湿作业，施工周期大约是混凝土结构的1/2~1/3。据研究，多层钢结构体系属于环保型绿色建筑体系，其节能指标可达50％。

二、钢结构在工业建筑中的应用

1、常规应用

当钢筋砼结构不能满足工业建筑物跨度或功能上的要求时，会采用钢结构，如大型仓库、材料堆场、飞机装配车间等，其结构体系多为网架、拱架、悬索、门式刚架等。当建筑物受动力荷载影响，会采用钢结构，如碳素厂高楼部，由于振动成型机的反复振动对结构强度和耐疲劳度都有很高的要求。当在高烈度区时，钢筋砼结构已经超出现行规范规定范围内时，会采用钢结构，如在9度区时，钢筋砼框架结构高度限高24m，而工艺流程又必需要求建筑物高度高于24m，因此只能采用钢框架结构。当原有厂房需要改建或扩建时，会采用钢结构，如一些厂房由于工艺流程的改变，厂房已不能满足现有设备的需要，则要将原厂房改扩建，钢结构受力清晰，构造简单，重量轻，施工快捷，通常为改扩建工程的首选。

2、大跨度钢结构设计

（1）钢结构较混凝土的优势

钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，便于装拆、扩建。适用于跨度大、高度高，承载重的结构。（1）钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；（2）钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；（3）钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快；（4）钢结构抗震性能好；（5）耐腐蚀和耐火性差。

（2）鸟巢

现在的建筑不仅仅考虑他的使用性,还考虑他的观赏价值,尤其是一些标志性建筑物.鸟巢工程属于钢结构建筑,设计者先设计了他的外部形状,然后再经过复杂的力学计算,确定内部结构,所用材料的性能等等...“鸟巢”主体采用抗震墙结构与钢混凝土框架结合的体系，这种全新的结构体系具有高抗震、高安全、承载力强的特点。钢结构所使用的钢材厚度达11厘米，工程设计总用钢量为5万吨。。据专家称：“鸟巢”是目前国内外体育场馆中用钢量最多、规模最大、施工难度最大、拥有多项世界顶级施工技术难题的大型钢结构工程。

（3）天津西站

变截面脊骨梁，跨越子牙河处，复兴路高架桥位于R=700m的圆曲线上，且两侧上、下坡道的渐变段进入主桥中，使主桥宽度由30m渐变36.2m，采用特种桥型，通常会将整个主桥加至等宽，造成桥梁面积和工程量的增加。本方案的设计思路为：采用梁式桥，通过精巧细致的装修装饰方法，和西站的整体建筑风格协调统一，融为一体。桥梁跨径布置为(45+76+45)m，变截面脊骨连续钢梁。中支点处梁高加高至4.2m，跨中梁高2.2m。主体结构采用连续钢梁，工厂预制，现场拼装。梁侧外侧设置圆弧形脊骨梁，内设射灯，与站房的圆弧形穹顶相呼应

（4）北京南站

为使车站成为创新且具动感魅力的地标建筑设计特别包括了一个大型标志性顶棚，其优美的弧线给众多旅客留下了深刻的印象。巨大而又对称的顶棚被分成三个部分。中间一大片顶棚衬以两旁覆盖辽阔的树冠为室内空间增添韵律。顶棚的内在结构完善且非常轻巧。以坚固扎实的框架支撑使用抗拉强度大的钢索巩固以避免被强风吹起，并且将抗暴风雪的耐力计算其中。两旁的树冠形顶棚为透气设计让空气可以自然流通。大大降低运营成本。车站规模宏大.建筑高达40m，跨度达350m~500m,足可摆放一架波音747-400客机。其透明设计很好地平衡了建筑的体量，240t的聚碳酸酷板材透光性好.使得车站给人以轻盈、通透的感觉也为月台提供了优雅、无柱式的屋顶。

3、带有大吨位吊车的重型钢结构工业厂房

（1）结构选型

按照传统的设计方法，重型、中型厂房结构形式可选钢筋混凝土排架或钢排架。由于工艺要求，柱距7m最适合布置工位和设备。如采用非标柱距的钢筋混凝土排架结构，会造成很大的设计工作量，而且施工周期长，是建设方所不能承受的。钢结构易于加工，适合非标柱距的厂房。所以可以采用12m柱距，和工艺布置也能较好的吻合。12m柱距的优势在于减少了刚架数量和基础数量，加工量减少，施工速度加快。经过比较试算，12m柱距比7m柱距的用钢量增大15％左右。所以，大吨位吊车的工业厂房，柱距过大过小都会造成用钢量的增大，结合有关资料和以往的设计经验，柱距以7～9m为宜。

（2）吊车梁制动系统设计

吊车梁(吊车桁架)是单层工业厂房的主要构件之一，它直接承受吊车起重、运输时产生的各种移动荷载。同时，它又是厂房的纵向构件，对于产地作用在山墙上的风力、加强厂房的纵向刚度、连接平面刚架、保证厂房结构的空间工作起着重要作用。

吊车梁或吊车桁架多数设计成简支结构，连续结构比简支结构虽然能节约钢材10％~15％左右，但因计算、构造、施工等远较简支结构复杂，且对支座不均匀沉陷敏感，应谨慎选用。当吊车梁支座的弹性沉降系数C≤0.05时，可采用连续结构，但应注意连跨数数目不能太多，以三到五跨为宜。

三、工业建筑钢结构的发展前景

随着信息社会发展，新工艺、新材料、新设备等新的东西，对工业建筑设计提出新的要求，灵活车间、通用厂房、高层工业大厦、工业科技园区、智能建筑日益增多，原来老一套工业建筑体系也随之更新换代。这就要求我们不得不更新观念和设计手段以适应新的技术发展。

我国钢产量多年居世界第一位，而建筑用钢量仅占总产量的三分之一左右，其中钢结构用钢量不足5%，这样来讲我国工业建筑用钢的发展空间非常大。而我国目前却在大量采用砖砌体和钢筋砼结构的工业建筑，这些建筑每年大量销毁农田耕地和排放CO2，不仅污染环境，还生产出大量的建筑垃圾。而大力发展工业钢结构建筑能在一定程度上解决上述问题。原因如下：

1）钢材是一种高强度高效能材料，具有很高再循环利用价值；

2）钢结构抗震性能好，使用灵活，施工能耗低，不产生强噪声和空气污染；

3）钢结构发展能带动一系列轻质高强墙体材料发展，减少普通墙体材料的使用量，同时为绿色建材发展创造条件。在日趋严峻的环境问题面前，发展工业钢结构建筑，替代砖砌体和钢筋砼结构是明智的选择。

结语

钢结构应用广泛，涉及到的结构形式众多，不仅包括轻型刚架结构，而且也包括桁架结构，网架和网壳结构，多层房屋钢结构，以及其它各种各样的构筑物。要进一步挖掘和发挥轻型钢结构的承载潜力，降低用钢量指标，必须从最基本的研究做起，尽快地解决目前轻钢结构存在的一些关键技术问题。

工业建筑中钢结构的应用与设计:钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化思考

【摘要】文章在开始的时候对工业建筑结构设计优化的重要意义进行了阐述，然后引出对钢结构的设计中性能要求的分析，进而探讨了钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化思考。

【关键词】钢结构，工业建筑，设计施工

一、前言

随着近年来工业建筑工程的快速发展，钢结构在工业建筑设计中的应用直接关系着整个建筑工程的质量，在工业建筑工程中不断完善钢结构的施工水平，可以提高工业建筑工程的整体设计施工水平。

二、工业建筑结构设计优化的重要意义

尽管建筑结构的设计优化是一个复杂且技术含量要求高的工序，但对于建筑企业而言，建筑结构的优化设计是十分重要的。企业通过设计优化计算成本，明确造价，构建结构，建立目标工程。对于一项工业建筑工程来说，结构设计就是一切的开始，而设计的优化更是对于设计的完善。只有细致的做好设计优化，才能构建优秀的工业建筑。

工业建筑结构设计优化的方法，分为对分部结构设计的优化方法和对总体结构设计的优化方法。结构设计中工业建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对基础结构的设计进行优化；对上部结构的设计进行优化；对护围支撑结构进行优化；对房屋总体设计结构及细节部分进行优化。近年来，随着我国经济形势的快速发展，钢结构建筑越来越多的被大家认知和熟悉。钢结构建筑已成为国际现代化都市建筑和工业建筑发展的主流。在当前中原经济崛起的大环境下，在中原工业建筑领域内，钢结构以其建设周期短、投资收益快，建筑空间利用率高等显著特点被越来越多的企业投资人所接受。

由此看来，工业建筑结构设计优化的意义在于可以最大程度地充分利用资源与空间，高效利用材料与设备，使结构功能合理、协调、安全、可靠。实现结构设计的“安全性、适用性、经济性、美观性”的最优化设计。

三、钢结构的设计中的性能要求

在现实生活中，钢结构在工业建筑的运用优势，得到了社会各行各业的重视，钢结构的施工速度是比较快的，通过对钢结构构件的有效应用，促进其大批量生产，满足其在实际工作中的需要，有利于其在施工环节的优化，促进其安装的便捷性，促进其施工周期的有效缩短，满足实际工作的需要。由于钢结构相对于钢筋混凝土结构来说，本身的重量比较低的，这有利于促进建筑物结构质量的优化，以更有利于实际工作的有效展开。其建设适应性是非常强的，比较适合一系列的较低的地基承载力环节及其地震烈度较高的区域，钢结构的应用，有利于促进企业综合效益的提升，其与传统的钢筋混凝土结构相比，也具备更加环保性，促进其钢结构体系的内部环节的不断深化，满足环保型绿色建设发展的需要。

1、抗震性能

我们在设计的过程中也要对钢结构进行抗震性能设计的优化，促进其钢结构抗震性能的提升，以满足实际工作的需要。因此，在设计的过程中，应根据地理环境的不同，考虑结构的抗震等级及要求，合理考虑结构的整体稳定性，特别的梁柱布置的合理性和整体稳定性，应考虑在地震作用下或者想风荷载的作用下要满足规范的要求，确保钢结构的受力性能的提升，保证其变形能得到有效控制。由于受到水平地震力或风力的影响，钢柱底的剪力往往比较大，因此，在设计的过程中，应考虑柱底设抗剪键，设抗剪键来抵抗水平力对基础的影响，保证工程的整体稳定，满足抗震的要求。

2、防火性能

我们在设计钢结构工业建筑的时候，还应考虑钢结构的防火要求，因为钢结构的耐火能力是很差的，当钢材受热在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，在设计钢结构工业建筑时，必须做隔热及防火设计。选用良好的耐火材料，保证防火层的厚度及质量，从而满足防火要求。

四、钢结构在工业建筑设计施工环节中的优化思考

1、钢结构施工开展之前

应该查看工程现场，对设计图纸进行分析。在接到施工任务后应对施工现场进行仔细的勘察，主要查看现场吊装设备站位地点、现场拼装场地位置、拼装设备站位地点、现场有无障碍物、现场临时道路是否具备运输及安装条件等。仔细核对图纸并与土建及结构支架的跨距、标高进行复合。保证在没有错误的前提下进行制作。对图纸上的钢结构进行分解计算重量。主要计算几个安装、制作参数。单片桁架重量、整个钢结构重量、上、下弦支撑的重量及平台重量。桁架上下弦起拱度计算，一般按设计图纸要求进行制作起拱。一般桁架的起拱按大于24米按L/500，小于24米可不考虑。几个参数的计算务必准确无误。

2、提高钢结构工业建筑的稳定性

我们首先要进行地脚螺栓环节的坚固性的提升，促进其地脚螺栓环节的精度有效控制，确保其钢结构的有效应用。在地脚螺栓的埋设过程中，我们要促进其精度的提升，促进其下序环节稳定运行。我们要做好钢柱的地脚螺栓安装的准备工作，促进其平面控制网系统的内部各个环节的有效协调，促进其螺栓的安装精度的提升，以满足实际工作的需要。把柱脚的底板的十字线弹出，地脚螺栓的中心线弹出，柱脚剪力孔清理干净，待钢柱就位后，调整标高，把螺母紧固。

3、钢结构工业建筑的施工环节

我们要进行梁柱安装环节及其柱间支撑环节精度的有效控制，促进其空间刚度单元的稳定性，以保证其安装环节的协调。我们要进行垫板环节的有效应用，促进其定位线的精确性，促进其整体运作系统的有效优化。采用高强螺栓连接或者焊缝连接时，均匀满足设计规范的要求。保证其结构在竖向和横向的整体稳定性满足设计的要求。

4、促进结构构件的有效安装

我们要进行构件的储存工作的健全，促进其构件设备的有效应用，满足实际工作环节的需要。我们要按照相关的堆放规范，进行构件管理，确保该环节的有效运作。存放场地应设专人进行管理，并按供货要求和供货清单进行清点，资料存档。构件堆放时H型构件应立放，不得平放.每个构件的支点不得少于两个，支点的位置宜在构件端部七分之一跨处，叠放时不得超过三层并用木方正确的分层垫好垫平，支点应上下对齐。

5、结构维护质量控制

防腐涂料、涂装遍数、间隔时间、涂层厚度及涂装前钢材表面处理应符合设计要求和国家现行有关标准，防火涂料粘结强度、抗压强度、涂装厚度、表面裂纹宽度及涂装前钢材表面处理和防锈涂装等应符合设计要求和国家现行有关标准。

压型金属板屋面、墙面维护工程主要检查成型后的涂层、镀层压型金属板，涂、镀层不应有肉眼可见的裂纹、剥落和擦痕等缺陷。表面干净、无明显凸凹和褶皱，尺寸偏差在现行国家施工质量验收规范规定范围之内。压型金属板、泛水板和包角板固定可靠、牢固，防腐涂层涂刷和密封材料敷设完好，连接件数量、间距符合设计要求和现行有关标准规定。压型金属板在支撑构件上可靠搭接，搭接长度符合设计要求和现行有关标准规定。

钢结构施工过程中，用于临时加固、支撑的钢构件，其原材、加工制作、焊接、安装、防腐等应符合相关技术标准和规范要求。

五、结束语

钢结构在整个建筑工程中有着重要的作用，在工业建筑设计过程中，如果钢结构的设计得不到充分保障，在施工过程中，如果忽视钢结构的施工管理，那么对整个建筑工程使用会产生很大的影响。

工业建筑中钢结构的应用与设计:工业建筑中钢结构的应用与设计

摘要：随着工业建筑不断发展，钢结构因其材料性能好，强度高、韧性佳等优势，在建筑工程中的应用越来越广泛。本文通过对钢结构工业建筑的特点分析，对如何优化钢结构在工业建筑的设计等方面的论述，对钢结构在工业建筑中的应用作了初步的探讨。

关键词：工业建筑；钢结构；应用与设计

引言

钢结构作为一种强度和柔度都很大的结构形式，在设计过程中首先应该注意的是结构方案的合理性，结构刚度分配要均匀，抗侧力性能要强。因此需要设计人员不断总结经验，推广先进的结构形式，把握时代脉搏，掌握钢结构设计的新理念，做出更经济、更合理、更低碳环保的钢结构设计。

一、钢结构在工业建筑的应用特点

1、建设成本低、缩短工期

与传统的砖混、混凝土等传统结构建筑不同，钢结构建筑可以使材料的加工和安装一体化，大部分钢结构在出厂时已生产完毕，在施工现场只需要利用合适的连接方式将钢结构进行组合安装，提高了施工速度，缩短建筑工程施工周期，可以使建筑工程更早投入使用。钢结构建筑模式可以统一材料标准标准和制造方法，建筑结构配件可以通用和互换，进一步提高了建筑预工程化。由于钢结构自身就可以作为韧性结构承担结构载荷和施工载荷，因此在钢结构建筑施工时不需要支横、拆模，这也在一定程度上降低了建筑的施工费用。

2、钢结构建筑更具有功能化、更加美观

在钢结构建筑中，钢结构的形体、构件和节点在一定程度上决定建筑的形象。建筑结构的设计与功能要实现一体化，这样建造出来的建筑才更富功能化，才能创造出艺术与技术并存的建筑。钢结构建筑可以挣脱结构的约束，斜线、曲线在钢结构建筑造型中的应用创造出更多新奇、优美的建筑形象。钢结构建筑强大的造型潜力是砖混、混凝土结构建筑无法实现的。由金属构件与玻璃板共同组成的建筑物的外围结构成为玻璃幕墙，玻璃幕墙一般有两种：框支承玻璃幕墙和点支式玻璃幕墙，其中点支式玻璃幕墙形式多种多样，变化无穷，具有良好的工艺性和艺术性，使建筑看上去更加美观。

3、用途广、可塑性强

由于具有轻便、韧性和耐压等特点，钢结构适用于各种建筑物的施工，特别是一些传统建筑工程很难完成的大空间跨度建筑。比如在剧院、机场以及体育场等比较大的空间建筑内，空间内柱子比较多的化不利于人们在建筑物内的娱乐和工作，而使用钢结构就可以建造没有柱子支撑的大空间建筑。其次，钢材具有可焊接和耐挤压的特点，这使得钢结构能够用于建造一些新型的钢铁建筑。比如著名的法国埃菲尔铁塔，以钢板焊接、连接而成的高层重钢建筑已经成为建筑业中的新潮流。

二、工业建筑中钢结构的设计

1、钢结构建筑整体与局部精细设计

建筑的设计不仅仅在于外观上的美感，还在于建筑间的互相协调能力。钢结构建筑也是建筑的一种，它在具有钢结构建筑特殊性的同时也具有普通建筑的一般性。所以在满足钢结构特个性设计的同时，也必须满足一般建筑的共性。

由于钢结构的特殊性，通常在建造钢结构建筑的时候，会导致部分细节部位出现偏差或者裸露在外。因而在设计钢结构建筑的时候，为力求建筑形象和建筑功能的完美结合的同时，设计复杂化和工程精细化也更加严苛。钢结构建筑具有牵一发而动全身的特点，每一个细节设计、制作、完成都有可能牵涉到整体的形成和完善。有的时候为了体现钢结构建筑独特的金属感，而将其部位、部件裸露在外。这样会更加增加建筑的难度。因而在对钢结构建筑设计时，细节的把握是至关重要的。对整个建筑而言，细节的较高质量将会带来更好地整体效果，为人们展示更美好的形象。

2、钢结构的稳定设计

钢结构建筑的稳定性是钢结构建筑设计的重难点，尽管针对设计而言他并不是需要考虑的前置条件，但是却是日后维护的重中之重，故而在建筑设计时，对其稳定性的设计也是着重的对象。钢结构建筑的失稳分为整体失稳和局部失稳。

整体失稳是通过对整体框架构建的稳定作为探讨的，在计算时可以通过长细比稳定系数带入进行验证;而局部失稳则是框架构建内部的某一部零件产生的，他间接影响着整体稳定性。因此钢结构结构建筑的整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求来予以设计。目前结构大多数是按照平面体系来设计的，例如常用的桁架和框架都是采用的这种设计。为保证这些平面结构不致出平面失稳，则从结构的整体布置来解决相关问题，亦即设计的时候增加必要的支撑构件来维持其整体的稳定性。换而言之，即是平面结构构件的平面外稳定必须和结构布置相一致。此外通过平面桁架组成的塔架等相关设施，基于上述原因，也应该需要注意杆件的稳定和横隔设置之间的关系，保持其稳定性。

三、工业建筑中钢结构的设计应用

1、工业建筑中钢结构的保温隔热与防火设计应用

有效的防火分区是建筑必须采取的保护措施之一。防火分区可以在厂房内部防止火势向其他区域蔓延、扩散，有效地控制火灾的范围。不过对于现代钢结构厂房的大跨度、大空间及其所需要的生产工艺流程来说，防火分区的设置具有一定难度。常用的放火设计有以下几种：

1.1 防火墙及防火门

在生产工艺流程和生产管理中没有特殊要求的情况下，采取防火墙是简单、有效并且造价低廉的一种方法。防火卷帘，可用于小跨度分区中。

1.2 自动喷水灭火系统

在只需分两个分区及厂房高度不超过8 m的情况下，可设置自动喷水灭火系统，使所允许的防火分区面积增加一倍，以达到规范要求。

1.3 独立水幕

这是一个较好的分区方法，不存在跨度问题，水幕喷头防火水幕带宜采用喷雾型喷头，也可采用雨淋式水幕喷头，喷头的排列不应少于3排，防火水幕带形成的水幕宽度不宜小于5m，流量21./(s-m)。但存在维护保养困难的问题，为防止误操作，应采取人工、自动两种启动方式。

1.4 防火带

由于生产工艺流程和生产管理需要而无法设防火墙时，可设防火带进行防火分区。即在有可燃构件的厂房中划出一段区域，这个区域内的构件全部采用不燃性材料，并采取措施防止烟火在分区间流窜，也可起到防火分隔的作用。

2、轻钢结构的应用

中国轻型钢结构建筑发展较快，主要用于轻型的工业厂房、粮食仓库、码头和农产品、建材、家具的各类交易市场、体育场馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。轻型钢结构由彩色钢板制成墙面和屋面，由4mm以上钢板焊接成H型钢作为承重结构，一般采用门市刚架结构并用圆钢支撑柔性支撑和高强螺栓连接。骨架用钢量一般在30kg/m2左右，施工速度快，得到业主的欢迎。

3、柱脚

柱脚为刚性固定连接，刚性固定连接分为三种形式:露出式柱脚、埋入式柱脚、包脚式柱脚，对于跨度较大，吊车荷载吨位较高的情况，认为采用埋入式更为合适，对提高和确保钢柱脚和钢筋混凝土基础或基础梁的组合效应和整体刚度有利。

4、屋架

对于具体工程，屋架设计时应考虑到排架柱对屋架下弦产生的附加拉力或压力，以及在吊车荷载设计值和永久荷载标准值组合下下弦杆是否受压，如受压时其长细比不宜超过200，根据具体情况对下弦杆进行强度和稳定性验算。当风荷载较大，屋架下弦杆在永久荷载标准值和风吸力荷载设计值共同作用下受压时，为满足λ≤200，可加密下弦系杆。

结束语

随着国内经济突飞猛进地发展，钢结构在建筑业被越来越广泛的重视和应用，钢结构工程在我国将得到前所未有的发展。因此，作为钢结构工程设计人员要加强学习有关钢结构工程的专业知识与管理内容，特别对钢结构工程设计方面的一些问题应认真细致的分析，从而确保我国高层钢结构工程的经济性和安全性。