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多层钢结构工业厂房设计分析
多层钢结构工业厂房设计分析
【摘要】：近年，随着我国经济建设的迅速发展，多层轻型钢结构厂房以其自重轻、用钢量少、抗震性能好、施工速度快等特点获得了广泛应用，具备相当的竞争力．
【关键词】：多层钢结构;工业厂房;设计 中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号： 引言
随着我国科学技术和社会经济的发展,多层钢结构工业厂房以其特有的性能及结构特征,得到了越来越多的研究。多层钢结构工业厂房不仅美观大方,而且所需构件的截面小；抗震性能好，自重轻；基础造价降低, 基础负载小；可在工厂大量生产钢结构构件,施工迅速；环境破坏程度小,材料的循环利用率高,达到了绿色建筑的要求,具有十分显著社会经济效益，属于绿色节能建筑，因此有着广泛的应用前景。
一、多层钢结构工业厂房的特点
(1)荷载类型多。集中荷载主要包括设备自重,有时还需要考虑其振动的影响。楼面上还有较大均布荷载。(2)荷载大。工业厂房的设备一般都在数十吨以上,楼面荷载达2.5～20 kN /。(3)层高高,柱距布置应与工艺协调。多层工业厂房为了满足工艺要求,层高一般为4～8 m;柱距6～12 m,特殊工艺要求的柱距在18 m以上。(4)楼面开孔大,质量刚度分布不均匀。工业厂房很多大型设备从基础开始上下贯通达十几米甚至几十米,再加上一些地方由于生产工艺的需要,往往造成楼面大面积开洞,形成结构上的错层现象,也造成厂房质量和刚度沿高度分布不均匀,在地震作用下,往往可能发生扭转的现象。 二、多层钢结构工业厂房的设计理念 1 整体化设计理念 1.1 建筑结构设计整体化
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先建筑后结构是传统钢结构建筑的设计理念,而多层钢结构工业厂房由于其先进的设计软件和特殊的材料,得以使设计程序实现建筑结构一体化设计,即结构设计与建筑设计同时完成。目前, 国内的大多数设计院建筑设计按传统设计方式进行,很难完整地表现其建筑风格。但国外知名的设计公司都是遵循这样一条理念，因此，仍存在有待进一步转变观念的问题。
1.2 围护系统与主体结构设计整体化
按围护系统与主体结构分开设计，是国内设计的基本原则,而统一进行设计才是正确的做法。 2 截面优化设计理念
(1)优先选用厚度较薄的截面:使用相同用钢量，下截面具有较大的刚度。还需注意的是规范中规定的最小截面。规范GB50017规定,一些钢结构的受力构件不宜采用如:厚度小于4mm的钢板；厚度小于3mm钢管。(2)凡需用支撑杆件与C级螺栓相连接的屋架杆件角钢的边长,必须注意其所能采用螺栓的最大直径。(3)多层工业厂房不宜使用超过5种规格的角钢品种，目的是便于备料。当两种规格尺寸相近时, 为减少规格数量，宜尽量进行其统一使用。 三、多层钢结构工业厂房设计原则
具体而言，设计多层钢结构工业厂房需要遵循以下几个原则：第一，建筑结构设计的整体化。多层钢结构工业厂房的设计与传统的钢结构建筑设计不同，后者是遵循的是先建筑后结构的原则，而多层钢结构则采用特殊的材料结合先进的设计软件，所以可以实现建筑设计与结构设计的同步完成，即建筑结构一体化设计，采用这种方法可以将建筑风格更完整的表现出来。此外，围护系统与主体结构的设计也要统一进行。第二，优化截面设计。在选择截面时优先选择厚度薄的，因为在用钢量相等的条件下，截面越大刚度也就越大，并且不能忽略相关规范中最小截面的问题；如果屋架杆件角钢的边长需要利用C 级螺栓连接支撑杆件，则要注意螺栓最大直径的选择；此外，为了备料方便，多层钢结构工业厂房所采用的角钢品种、规格最好控制在五种以内，如果两种规格的尺寸比较接近，可以尽量代用统一规格。 四、多层钢结构工业厂房的设计要点
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多层钢结构工业厂房的特点决定了厂房设计需要结合实际需要，全面考虑各项影响因素，在多层钢结构工业厂房设计中，应该从以下要点上着手。（1）在多层钢结构工业厂房设计中，其结构体系是极其重要的，不仅发挥着框架的作用，同时也直接影响厂房的安全性与可靠性等。所以，设计人员应该根据实际情况，如厂房的层数、层高等因素，选择适宜的结构体系。常见的结构体系为框架结构体系、框架―剪力墙结构体系等，在厂房空间较大情况下，可以采用框架结构体系，在层数较多的情况下则可以采用框架―剪力墙结构体系；（2）框架横向与纵向两个方向的控制也是很重要的，在设计过程中，需要注意横纵向抗震能力大致相同，以保证结构的稳定性与经济性。另外，根据外界环境因素，应该有选择地设计防震缝与收缩缝，适当提高配筋率，以利于提高厂房的实际质量。
对于多层轻钢厂房, 框架梁柱不仅应满足钢框架整体稳定性与钢架柱构件稳定性要求, 同时还要满足承载力要求。此外对主钢架整体横向刚度的检验也是非常重要的, 具体要求如下: (1) 间相对位移与层高比不宜大于1/ 400; （2) 风荷载作用下的顶点水平位移与总高度之比不宜大于1/ 500; (3) 在常遇地震作用下层间侧移不超过楼层高度1/ 250;(4) 顶层的层间位移可取1/ 50, 但是为了与下层刚架柱保持一致, 应取1/ 200。 五、多层钢结构工业厂房的设计 1 常用的结构体系
具体而言，多层钢结构工业厂房设计的常用结构体系包括以下几种：第一，纯框架体系，即将厂房无需设置柱间支撑，其纵横两个方向均设计为刚接框架。第二，框架- 支撑体系，该结构的横向设计为刚接框架，纵向设计则为柱- 支撑体系，其主要目的是通过柱间支撑将水平荷载抵消掉。第三，钢架加支撑的混合体系，与第一种结构体系不同，钢架加支撑混合体系是将纵向设计为钢架与支撑混合的形式，二者共同作用抵抗水平力。 2 柱网布置与支撑体系
在进行柱网布置过程中需要遵循以下原则：与生产工艺、厂房的正常使用要求相符；保证建筑、结构的经济性与合理性；采用先进的