总结钢结构工业厂房设计要点

【作者/来自】鸿新建筑设计 【发表时间】2024-3-26 【点击次数】312

随着我们国家工业化的加速发展，越来越多的钢结构厂房被建造和应用。因此，我们需要更加注重优化设计理念，提高钢结构厂房的安全性、实用性和节能环保性。这已经成为一项非常重要的任务。一个好的设计方案是成功的设计的基础，但要将这个方案变成现实，需要结构工程师的专业知识和丰富经验。要想设计一个成功的钢结构厂房项目，方案和具体设计都至关重要，二者缺一不可。

今天小编结合以往鸿新建筑设计合作某公司钢结构工业厂房设计案例，对钢结构厂房设计要点进行如下分析:钢结构厂房的工艺设计、荷载设计、抗震设计、整体分析计算及优化、加强防火设计和防腐设计等，明确各项设计节点的特点，全面提升项目建设质量，为企业生产发展提供稳定场所。

一、钢结构工业厂房的相关特点
1. 钢结构重量轻
相比于钢筋混凝土等常见的工业厂房建筑材料，钢结构具有同等承载能力但自重更轻，构件截面更小，运输成本更低，安装更方便快捷，对环境无污染。同时，同等建筑面积下，钢结构所得净空间更大，还能降低地基承载力的要求，从而减少工程造价。因为钢材本身非常坚固，而且具有很好的延展性、韧性和可塑性，所以适合在工厂里预先加工成构件。这样做可以保证构件的精度高，质量好，而且在大规模生产时也更容易控制，保证质量。在我们建厂房的时候，我们把生产好的钢构件从车间搬到安装工地，然后根据施工图纸，用螺栓和焊接的方式把它们连接起来。这样做既简单又灵活。钢结构非常适合用于建造跨度更大的结构，这一点非常重要。相比之下，钢结构的跨度比混凝土结构大约多出60%，这大大满足了工业厂房设计中对大跨度的需求。

2. 节能环保
在建造工业厂房过程中，钢结构的制造和安装不会对周边生活环境带来很大的影响，同时钢材还可以重复的进行利用。而钢筋混凝土结构的情形就大大不一样了，其由钢筋和水泥砂浆共同组成，需要借助大型工程机械大量的工地浇筑和振动机振捣密实，施工噪声大，材料回收利用率特别低，对环境造成污染，对资源造成浪费，增加了经济成本。

3. 防火性差
钢结构有一定的耐热性却不防火，当温度到达450℃~650℃时，强度下降极快，在 600℃时已不能承重,只有在 200℃以下时钢材的性质变化不大。《钢结构设计标准》GB50017-2017 规定，钢结构受热高于100℃时，应进行结构温度作用验算，根据不同情况采取措施。因此，必须重视钢结构厂房的防火以及对温度的控制，要清晰厂房内生产工艺环节中易燃性物料的贮存、投料及成品等各环节的运送流程，合理规划厂房空间布置情况，并做好钢结构的耐热耐火涂层和热辐射屏蔽的防护工作，防止火灾的发生造成生命和财产的损失。

4.耐腐蚀性差
钢材的耐腐蚀性较差，钢结构厂房建筑需采取严格有效的防腐措施，在高腐蚀性环境中使用的钢结构，必须对其作定期检查和维护。因此，钢结构的维护费用高于钢筋混凝土结构。

二、钢结构工业厂房设计的原则
01.整体布局
工业厂房选址和规划是十分关键的问题，应尽可能使厂房选在合理的区位。好的选址规划必须考虑原材料和产品的运输传送快捷经济，考虑动力和能源的有效供应，考虑供水和排污的合理规划，考虑自然采光和自然通风占比最大化等，必须将各方便利弊综合权衡，找到最优化的整体解决方案和整体布局设计，使资源合理分配，高效利用，实现绿色环保的可持续效益。

02.内部结构
负责飞利浦空调中国运营业务的南京智浦供应链管理有限公司（下称“南京智浦”）曾于今年10月在安徽省内部结构设计时要遵循整体布局方案设计，进行内部空间的合理划分，使各个生产环节有足够的空间保障，实现功能合理且工艺协调性良好。现阶段我国钢结构工业厂房建设布局不合理的现象时常发生，在设计建造过程中没有做到空间比例协调，将厂房空间随意划分，利用很不合理，出现厂房资源的错配和浪费。

03.成本造价

成本造价问题不论在传统的砖混结构、钢筋混凝土结构，还是钢结构的工业厂房设计，都是极其重要的，是直接影响建造企业投资决策的重要因素。钢结构设计人员首先应努力做好投标报价阶段的设计工作，考虑方案要尽可能依据企业生产工艺的要求，将结构的布置方案考虑得更加周全细致，详细评估厂房结构各主要材料的最大最小用量，并对材料的现行市场价格进行调研判断其浮动趋势。其次要注重设计过程中用钢量的合理控制,做到结构的安全性和经济性兼优。

三、钢结构工业厂房的设计应用
1.结合项目案例概述

某公司钢结构生产车间厂房,建筑面积15288m2,长度 196m,宽度 78m，,厂房结构采用门式钢架体系（24m+30m+24m），柱距7.5m，建筑口高度为12.4m。厂房车间内设吊车:24m跨5t梁式吊车4台，16t梁式吊车1台,30m跨10t梁式吊车3台，20t梁式吊车1台。依据厂房设计要求，结合施工现场环境，采用3维设计软件进行钢架设计。

 

 

2.工艺设计与荷载设计

钢结构厂房是为工业生产活动提供相应的场所而设计建造，钢结构厂房要和各个生产模块有效协调，墙体厚度和高度要能适应工艺设计指标要求，确保生产活动的安全有序进行。在钢结构布置形式中，可以采用平面桁架、网架、门式钢架等形式，设计人员要按照车间生产工艺及建造要求进行全面考虑，选择最佳的结构形式,使其满足生产工艺功能性和厂房整体性能要求。荷载设计非常重要需结合生产的工艺要求、建造场地的气候气象条件、地质条件等，计算选取合理的各项特征参数、组合系数和分项系数等。合理的荷载设计将为结构计算分析和连接节点细部设计提供安全性和经济性的判断依据，提升了钢结构设计的量化精确性。

3.抗震设计
钢结构工业厂房设计时抗震性能设计至关重要。如果厂房建设区域处于地震频发带，对抗震性能设计必须给予足够的重视，确保结构安全性。在设计过程中，要对钢结构体系的布置首先进行抗震性能的概念性设计，增加主要杆件的安全性冗余度，增加抗侧力杆系等。其次,“强柱弱梁”设计思路,“强节点弱杆件”设计思路等，都能增强结构传递水平侧向力的能力。另外，钢结构厂房屋架与钢柱、屋面板与屋架连接牢固，节点处理合理，避免结构节点连接问题导致事故的发生;对柱子长细比、墙体高宽比按照抗震等级进行控制;在必要的时候应用减震阻尼器等，这些都是提升工业厂房抗震性能的有效途径。

4.结构计算和节点设计
目前的钢结构计算，设计人员基本上都是采用3维软件进行结构受力计算和分析，将规范校核后的应力比作为施工设计阶段的设计指标。钢结构设计规范要求，至少要用2款不同的计算软件建模分析，并对计算结果进行对比，选取最佳截面，从而对工程成本在设计阶段进行有效控制。在构件连接节点设计过程中，要涉及到净截面等结构参数对构件承载力的影响，还要根据结构主要荷载类型、工作环境、制造和安装的难易程度、空间位置及后期维护的成本等因素，选取合理的连接方式，这就要求设计人员综合权衡利弊，合理取舍，选择最安全经济的连接节点形式。

5.防腐设计
钢结构工业厂房长时间暴露在复杂变化的大气环境中，会受到不同程度腐蚀与氧化作用。当环境温热潮湿时，会加速钢结构化反应，导致钢结构腐蚀性更加明显。钢结构腐蚀之后，局部会出现不同程度的锈迹，构件有效截面会变小，导致钢结构主要受力位置应力过大，对结构强度和稳定性产生不利的响，降低了结构的安全性能。因此设计人员在设计阶段急用应该对厂房环境的重要影响要素进行细致分析，制定合理的防腐设计方案，提升结构的抗腐蚀性。为钢结构选取科学有效的防腐涂料，制定合理的涂刷工序，规定好合适的油漆干膜厚度，确保外部环境中的腐蚀介质不会直接接触到钢构件钢材，对结构起到有效保护作用。

6.防火设计
在工业厂房设计中，钢结构与混凝土结构相比，更容易受到温度变化的响，防火性能不强，因此需强化钢结构的防火隔热设计。在计人员要对厂房火灾类型进行合理划分，制定防火等级，避免火灾隐患对结构稳定性产生较大影响，强化防火性能。在设计阶段要明确规定结构的耐火极限，选择合适的防火材料和措施。设计人员要优化火灾预防控制操作，对设计质量进行有效控制，比如对火灾逃离出口进行合理布置，能够及时疏散人员，降低火灾事故发生概率。另外,要考虑防火涂料和防腐涂料间化学及物理性能的相互匹配性。

在现阶段，钢结构工业厂房设计中还存在着不少不合理之处，厂房的功能性不能很好地满足实际生产工艺的改进性需求，导致建成后厂房的经济效益潜力未能充分发挥出来，造成不必要的改建和重建，增加重复建设成本。因此，在厂房的建造设计中，就必须加强对工业厂房实际需求的细致分析，在满足生产工艺当前各方面需求的前提下，适当考虑生产工艺未来5至10年的改进趋势，对工业厂房钢结构体系的主要结构适当做出前瞻性的优化，为以后轻微的改造预留些许空间余量，最终才能够获得更加科学合理的钢结构工业厂房系统。

安徽鸿新建筑设计有限公司，成立于2011年初，是一家技术力量雄厚的建筑规划设计公司。公司拥有多名一级注册建筑师，一级注册结构师、造价师、高级工程师等高技术人才。如果你有钢结构工业厂房设计方案需求可以联系我们。同时欢迎各位行业大佬有其他好的钢结构工业厂房设计建议，也可以写在评论区和大家一起来探讨！

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