钢结构设计

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钢结构设计范文第1篇

[关键词]钢结构 钢材 普通碳素钢 结构钢

提起钢结构用钢大家并不陌生,像Q235和Q345这样的钢材是最常用的,也是生活中接触最多的。的确,从材性、材质方面看,现在市场充分供应的Q235及Q345号钢的各类钢材,可以保证建筑钢结构的基本需求。钢结构是以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。它的基本特点是强度高、自重轻、刚度大、材料匀质性和各向同性好。

因此,用什么类型的钢材对钢结构的影响很大。下面就从钢结构用钢的钢种钢号及版带钢中的钢结构用钢这两方面对钢结构的选用做一介绍。

一、钢结构用钢的钢种钢号

1.普通碳素结构钢

普通碳素结构钢,按用途可以分为:一般用途普通的普通碳素和专用普通碳素钢。

按含碳量及屈服强度高低分为5种牌号:Q195,Q215,Q235,Q255,Q275.QISH其中钢结构主要用Q235号钢。Q215和Q255也可作结构用,但是产量和用量相对较少。

使用该标准钢号要注意一下几点:

(1)该标准钢号主要用作工程用和一般结构用钢。

(2)该标准钢在在使用品种方面主要有钢板,钢带和型钢。

(3)该标准钢号可用作焊接和栓接结构用钢。但焊接结构不宜选用A级钢,除非有含碳量

(4)该标准钢号一般在热轧状态下交货和使用。

2.焊接结构耐候钢

在钢中加入少量合金元素,其耐候性较焊接结构耐候钢更好。其牌号为Q295GNH,Q295NHL,Q345GNHL。

3.低合金钢

低合金钢,按用途可以分为:低合金结构钢:耐腐蚀用钢:低温钢:钢筋钢:耐磨钢:特殊用途的专用钢。按屈服强度高低分为5种牌号,每牌号钢中分别包含了若干钢种,其中钢结构用为Q345, Q390, Q420三个牌号。

二、板带钢中的钢结构用钢

结构用的板带钢主要有:热轧钢板和钢带,冷轧钢板和钢带,花纹钢板以及高层建筑结构用钢板。

三、钢材选用的标准

1.用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板,应采用先行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定的Q235钢和《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定的Q345钢。

2.门式刚架、吊车梁、和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢。非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A钢。当有根据时,门式刚架、檩条和墙梁可采用其他牌号的钢制作。

《钢结构设计规范》GB 50017-2003中3.3.1规定,承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。

这些都是钢结构的一些用钢,当然还有其他的。以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载;建筑工期短;其工业化程度高,可进行机械化程度高的专业化生产;加工精度高、效率高、密闭性好,故可用于建造气罐、油罐和变压器等。其缺点是耐火性和耐腐性较差。主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和库等大跨结构、高层和超高层建筑等。钢结构今后应研究高强度钢材,大大提高其屈服点强度;此外要轧制新品种的型钢,例如H型钢(又称宽翼缘型钢)和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。由于钢结构的这些特点,它将会在建筑方面占有很重要的地位。

参考文献:

[1]中华人民共和国建设部和中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.钢结构设计规范.

[2]低合金高强度结构钢―GB1597-94.

钢结构设计范文第2篇

关键词： 设计 特点 技术 钢结构

伴随着科学技术尤其是冶金技术的进步，更多的新型建筑材料和高强耐候建筑用钢材品种的出现， 规格化、 工厂化的制作使钢结构在建筑结构中越来越被广泛利用，如新建的大部分厂房均采用门式刚架或普钢排架，大量的商场、 超市采用钢框型结构，大跨度、大空间建筑更是绝大多数采用钢结构网架或空间桁型，而钢混结构更多的

应用在高层及超高层建筑当中。钢结构无可置疑地成为了二十一世纪建筑结构的总体趋势。同时， 钢结构基础理论研究和钢结构工程设计得到快速发展。 许多国家相关钢结构方面的规范、 规程的制定和完善都是根据钢结构在建筑结构中的实际应用。国家先后颁布了钢结构 设 计 规 范 （GB50017-2003） 、 冷 弯 薄 壁 型 钢 结 构 技术 规 范(GB50018-2002） 。高层民用建筑钢结构技术规程 （JGJ99-98） 等一批指导钢结构设计的规程规范对我国钢结构事业的健康快速发展起到

了发挥了巨大的作用。

二、 钢结构设计中的规定

1 、钢结构设计制图的一般规定

钢结构设计制图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两个阶段。 钢结构设计图由具有设计资质的设计单位完成， 设计图的内容和深度应满足编制钢结构施工图的要求： 钢结构施工详图 （即钢结构加工制作图） 一般由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成， 也可由具有该资质的其他单位完成。若设计合同未指明要求设计钢结

构施工详图， 则钢结构设计内容仅为钢结构设计图。

1.1 钢结构设计图

（1）设计说明的内容： 设计依据、 荷载资料、 资料项目类别、 工程概况、 所用钢材牌号和质量等级 （必要时提出物理、 力学性能和化学成分要求） 及连接件 （含焊接材料） 的型号、 规格、 焊缝质量等级、 端面刨平顶紧部位、 除锈等级、 防腐及防火措施、施工中应遵循的施工规范和注意事项。必要时设计说明还应包括： 设计 0.000 标高所对应的绝对标高值、 图纸中标高及尺寸的单位、 结构的安全等级和设计使用年限、 抗震设防类别、 抗震设防烈度 （设计基本地震加速度及设计地震分组） 。

（2）钢柱脚平面布置图及详图应表达钢柱脚与下部混凝土构件（或其它结构构件） 的连接构造详图。必要时应绘制钢柱脚锚栓平面布置图或钢柱脚基础平面布置图。

（3） 结构平面 （包含各层楼面、 屋面） 布置图应注明定位关系、 标高、 构件 （可用单线条绘制） 的位置及编号、 节点详图索引号等； 必要时应绘制檩条、 墙梁等布置图和关键剖面图； 空间网架应绘制上、 下弦杆布置图和关键剖面图。

（4） 构件与节点详图简单的钢梁、柱可用统一详图和列表法表示，注明构件钢材牌号、 尺寸、 规格、 加劲肋做法， 连接节点详图，施工、 安装要求；格构式梁、 柱、 支撑应绘制平面、 剖面 （必要时加绘立面） 、 定位尺寸、 总尺寸、分尺寸、 注明单个构件型号、 规格， 组装节点和其他构件连接详图。

1.2 钢结构施工详图

根据钢结构设计图编制组成结构构件的每个零件的放大图， 标准细部尺寸、 材质要求、 加工精度、 施工工艺流程要求、 焊接质量等级等， 宜对零件进行编号； 并考虑运输和安装能力确定构件的分段和拼装节点。

1.3 钢结构计算书 （内部归档） 的一般规定（1） 采用手算的结构计算书， 应给出构件平面布置简图和计算简图；结构计算书内容宜完整、 清楚， 计算步骤要条理分明， 引用数据有可靠依据， 采用计算图表及不常用的计算公式应注明来源出处， 构件编号、 计算结果应与图纸一致。

（2） 当采用计算机程序计算时， 应在计算书中注明所采用的计算程序名称、代号、 版本及编制单位， 计算程序必须经过有效审定（或鉴定） ， 电算结果应经分析认可； 总体输入信息、 计算模型、 几何简图、 荷

载简图和结果输出应整理成册。

（3） 采用结构标准图或重复利用图时， 宜根据图集的说明并结合具体工程进行必要的核算工作， 且应作为钢结构计算书的内容。

（4） 所有计算书应校审， 并由设计、 校对、 审核人在计算书封面上签字， 作为技术文件归档。

1.4 对钢结构设计制图的几点建议

（1） 钢结构设计制图的图面表达，一般分为三个层次：结构平面布置图、 结构剖面图、 构件与节点详图。结构平面布置图主要表达钢结构构件的平面布置，内容包括钢结构构件的平面定位关系、 钢结构构件的截面及内力 （构件的内力兼有指导连接设计的功能） 等； 对于较复杂的钢结构， 结构平面布置图宜配置构件截面与内力表， 并对构件进行编号， 构件截面及内力等内

容在构件截面与内力表中表达，而结构平面布置图表达结构构件的平面定位关系、 结构构件的编号等。结构剖面图主要表达钢结构构件的截面及内力（或构件编号） 等。构件与节点详图主要表达构件间的详细连接构造。结构平面布置图、 剖面图是写意性的， 以明确地表达出结构构件的布置、 定位关系、 标高等信息为原则；结构构件的定位尺寸应根据构件的主次分层次给出， 对重要设备的定位尺寸宜单独给出， 构件可以用单线条 （一般是粗线条） 表示。 节点图是写实性的，是构件之间连接构造（或钢结构构件与下部混凝土构件等的连续构造）的详细表达， 应真实地表现出结构构件连接构造的实际情况， 构件应按比例形象地绘制。对于柱脚形式较多的情况，有必要给出柱脚锚栓平面布置图或钢柱脚基础平面布置图。

（2）平面布置图、 剖面图、 节点图三个层次的图面表达的环境 （如定位尺寸关系、 标高等） 应保持一致， 就像从不同的视角和远近去观察事务一样；节点图应根据平面布置图、 剖面图给出定位尺寸关系、标高等， 节点图本身的其他详细尺寸应另加辅助尺寸加以表达。

（3） 节点图的选择 （或索引） 应具有明确性、代表性和指导性。 钢结构构件与其它结构 （如下部混凝土构件等） 的连续构造， 应由节点图明确详尽地给定； 钢结构构件之间连接构造的节点图， 应能代表性地表现出同类连接构造在， 能对钢结构施工详图的编制具有指导作用， 并能确定施工详图的细部尺寸。节点图宜集中给出， 节点应按顺序编号。

三、 钢结构的特点及钢结构设计应考虑的因素

3.1 钢结构的特点

（1） 建筑钢材材质均匀， 是理想的弹塑性材料。钢结构的实际受力状态和工程力学计算的结果比较符合，因此钢结构可以进行可靠地优化设计。

（2） 建筑材质强度高， 钢结构重量轻。因此钢结构构件可以在工厂制作， 不受现场条件的制约， 条件具备时可方便地到现场安装。同时建筑钢材强度高， 钢结构重量轻， 使钢结构的适应性强， 可以建造

高层或大跨度等建筑。

（3） 建筑钢材塑性和韧性好。因此钢结构设计应合理地利用钢材的塑性和韧性， 使钢结构具有优良的抗震性能和抗疲劳性能。

（4） 钢结构的耐腐蚀性差。因此钢结构必须进行防护，一般的防护措施是在钢结构表面涂刷防腐涂料。在涂刷涂料之前， 钢结构表面应彻底除锈。 除锈质量的好坏直接影响钢结构的防腐效果，因此除锈等级的确定要合适。

（5） 钢结构不耐火。因此受高温辐射的钢结构必须进行防护， 采取隔热措施； 对有防火要求的钢结构， 应按规定采取防火措施。只有认识和理解钢结构的特点， 才能在设计中充分发挥其优点，克服其缺点。 单纯地认为只要是钢结构， 就是可靠的、 性能优良的， 这样的观点是片面的。

3.2 钢结构设计注意事项

3.2.1 钢结构设计应考虑的具体因素

（1） 在保证结构安全可靠的前提下，实行功能兼并， 即一个构件同时承担多种功能， 考虑结构的空间作用。 例如可由屋面檩条兼屋面支撑的系杆， 利用屋面檩条作为屋架下弦隅撑的支承梁等。

（2） 充分利用钢材的强度潜力。宜尽量多采用受拉杆件、 少采用受压杆件的结构， 并尽量减小受压杆件的计算长度。对轻型结构可考虑采用薄壁杆件结构， 例如天窗架、 轻型屋架可考虑采用薄壁方钢管结构等。

（3） 避免形成应力集中现象。在低温条件下工作的结构或直接承受力荷载作用的结构，对应力集中的不利影响十分敏感， 往往是引起脆性破坏的根源。故在设计中应采取相应的措施以减小应力集中现象。如可采用性能优良的钢材， 避免截面的突然改变 （截面改变处设过渡段或采取加强构造措施， 不能仅由静力计算决定） ， 避免出现不规则的槽孔、 凹角 （转角处由圆弧过渡） 等。

（4） 树立等强设计的概念。 组成结构的各杆件 （或构件） 及其连接的承载能力应与整个结构的承载能力相适应， 避免出现薄弱环节。

（5） 对管开截面应进行封闭， 使其内部避免锈蚀， 并增加其局部刚度。

3.2.2 钢结构设计应考虑施工的因素

钢结构设计是一个综合的过程，而施工是设计产品实现的最终环节， 设计应考虑施工的因素。 特别是要考虑到钢结构工程的现场安装工作量在， 现场安装质量的好坏直接影响设计产品的质量。

（1） 确定结构形式时， 应考虑制造的方便和可能性， 采用便于连接而可靠的结构形式。结构的安装连接应采用传力可靠、 制作方便、连接简单、 易于固定、 便于调整的构造形式。

（2） 尽量减少构件编号和材料规格品种， 便于材料订货和组织生产，同时增加材料的利用率。

（3） 在有利于受力的前提下， 连接板的形状要规格， 便于切割。

（4） 尽量不出现热加工件。热加工件费工， 且热加工使钢材性能受损、 加工质量较难控制。

（5） 合理地布置焊缝。焊缝的布置尽可能对称于构件重心， 使其受力合理， 减少焊接变形和焊接应力； 现场焊缝的布置要便于构件安装、 便于焊缝施焊、 便于质量检查； 避免焊缝的立体交叉和在一处集中大量焊缝。对于角钢截面， 角钢肢尖应采用与其肢背不同的焊脚尺寸。

（6） 要满足制造操作的极限要求。

（7）安装连接采用焊接时，应先用安装螺栓将构件固定而后焊接， 便于安装、同时有利于夹紧以保证焊接质量。一个节点的安装螺栓 （孔） 不宜少于两个 （一个孔用于安装纤， 一个孔用于安装螺栓） 。

（8） 在保证连接安全可靠的前提下， 采用较小的焊脚尺寸和较长

的焊缝长度，以减少焊缝的体积量。

（9） 对受力较大的柱， 端部宜采用刨平顶紧的构造，以减少柱脚

焊缝的焊脚尺寸。

（10） 利用支托传递反力的构件， 支托板的厚度应留有富裕量，以

防偏离 （构件间可留有空隙） 。

（11） 支撑的布置应能保证安装时构件之间的稳定性， 否则应在设计文件中规定安装时设置必要的临时支撑。

3.2.3 钢结构设计应考虑钢结构节点构造设计的因素节点构造设计在钢结构设计中占有非常重要的地位。有些观点认为钢结构设计就是内力计算加节点连接构造， 这说明了节点构造设计的重要性。钢结构是由成品钢材 （板材或型材） 制造的，而钢材本身

的质量是有保证的， 这样钢结构的质量很大程度上决定于节点连接的质量。节点连接设计要构造简单、 受力明确、 传力可靠、 易于实现。节点构造设计的原则是节点的破坏不应先于构件的破坏。节点破坏的形式有： 连接件 （含连接焊缝、 连接螺栓等） 的破坏、 节点板的破坏 （含强度破坏、 失稳） 等形式。节点的破坏往往是脆断性的， 这是在设计中应尽力避免的。设计文件中规定“应按构件的内力增加10%进行节点连接设计” 、 “对于内力较小的构件其连接焊缝长度不小于 120mm”等内容都粗略地反映这一设计原则。正确地贯彻这一设计原则的方法是： 根据构件的实际承载能力（而不是根据其计算内力） 来确定其连接设计。

钢结构设计范文第3篇

关键词：钢结构 厂房设计 注意问题 保温 防火

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号

一、钢结构的结构设计问题

1、围护结构中檩条的设计

檩条通常是风荷载工况起控制作用，设计时常忽略验算风吸力作用下的稳定，导致大风时很容易失稳破坏。为了保证风吸力作用下的整体稳定，通常在檩条之间设置拉条。计算中已考虑拉条的作用而施工图中忽略了布置拉条或拉条布置不当都将导致檩条失稳破坏。正确的拉条布置位置是根据计算结果在檩条上下翼缘附近，在上下稳定均需要拉条约束时，在实际工程设计中有些设计者对屋面或墙架最上端檩条的侧向支撑， 如拉条、斜拉条、撑杆能正确设置， 但对中间墙面或屋面， 如门窗洞口、屋面风机开孔处、屋面天窗(采光窗)等处， 经常只设拉条， 而漏设斜拉条和撑杆等， 根本无法将拉条上的拉力传至承重结构上。其根本原因是对拉条、斜拉条、撑杆的传力作用及途径不清楚， 同时也是对规范条文只知其然， 不知其所以然， 从而给围护结构的设计带来安全隐患。

2、钢结构的稳定设计

稳定性是钢结构设计中的一个突出问题， 在各种类型的钢结构设计中， 都会遇到稳定问题。钢结构中的稳定问题也是钢结构设计中亟待解决的主要问题，一旦出现钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，甚至会造成人员的伤亡，这方面的教训也很多。所以我们在钢结构设计中，一定要把好这一关。目前，钢结构中出现的失稳事故大多是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确的认识，造成结构设计中出现不应有的薄弱部位。因此，在设计中应该明确钢结构稳定的一些基本概念， 才能更好地处理钢结构的稳定问题。

3、柱脚的锚栓设计

规范规定，钢结构柱脚锚栓按承受拉力计算，水平力由柱脚底板与混凝土的摩擦或设置底板抗剪键来承受，锚栓不得承受水平力。目前设计师一般按设计软件的信息设计抗剪件，基本能保证规范要求，但是对于抗剪件的设计和计算却缺乏相应的规定。另外，对有些承受拉力柱脚的锚栓设计目前也没有相应的设计规定。

4、隅撑的设计

设置隅撑是保证梁柱构件整体稳定的主要措施，隅撑间距是梁柱计算时确定的，大小规格也需通过计算确定。若因特殊原因不能设置隅撑， 应采取可靠措施保证梁柱翼缘不会因失稳而屈曲，否则存在安全隐患。所以在轻钢结构和多高层框架结构的一些关键部位均要设计隅撑。

二、钢结构的建筑设计问题

1、钢结构建筑的细部设计

钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高，对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其优良的质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外，使建筑带有强烈的科技感，值得提倡。

2、钢结构建筑的保温设计

钢结构建筑的“热桥”和“冷桥”问题相对突出，而目前对此解决办法有两种较为有效：①研制、优化保温材料的构造，提高建筑热环境性能。可运用高效节能玻璃，硅气凝胶，新型节能墙体材料，达到节能的目的。②防止保温材料凝结水外保温和中间保温作法，可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。

3、钢结构设计的建筑表现

建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程，是建筑创作的难点之一，也是建筑设计中备受关注的核心问题之一。其核心是要以精致的节点和精细的加工来体现高超的建筑技艺， 以更高的工艺水平来设计和“制造”建筑。

4、钢结构建筑的防腐设计

钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀，必然会生锈老化，其自身承载力会下降，建筑的美观也会受影响。因此防腐问题也是需要解决的常见问题， 目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料。但是目前的防腐技术最多能保证20年左右，对于常规设计基准期为5O年的建筑而言，后期第二次防腐处理是相当困难的，尤其是一些前期隐蔽工程。所以钢结构防腐需要一次彻底的技术革新。

5、钢结构建筑的隔声设计

噪声与建筑密不可分，噪声污染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。可以在外墙使用隔声性能较好的材料或结构，如砖、混凝土、纸面石膏板墙等，观察部分使用隔声窗，进出部分使用隔声门或吸声通道等。

三、钢材的保温隔热与防火措施探讨

钢材具有很高的导热性能，其导热系数为50w(m.℃)，当受热达到100℃以上时，其抗拉强度就会降低，塑性增大；温度达到250℃时，钢材抗拉强度会稍提高，但塑性却降低，出现蓝脆现象；温度达到500℃时，钢材强度降至很低，会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时，就必须做隔热防火设计。其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材。或者钢结构刷厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。

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。常用的分区方法有以下几种：

1、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。

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。

3、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。

4、防火墙。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。

四、钢结构设计的发展方向

目前，钢结构厂房的应用越来越多，但是造价仍是发展的制约因素。如何设计出安全、用钢量少、施工安装简便的钢结构厂房是设计人员的共同目标。在相同条件下，控制用钢量就可以有效地控制造价。借助计算分析程序，我们可以很好地控制构件的用钢量。但是节点的用钢量或节点的造价需要我们仔细比较才能确定。钢结构设计应考虑当前的国情，大多数施工安装企业的钢结构制作安装化程度不高，构件加工的精度比较低，尚属于粗放型经营阶段。如果全部采用高强螺栓连接目前还是不合适的。首先是成本高，再者施工企业的制作安装水平跟不上，不仅不能保证质量，还给施工增加了难度。但是，这些企业拥有大量技术熟练的焊接技工，现场焊接的安装水平很高，有丰富的同类工程施工经验。因此，在当前采用焊接连接的节点型式仍拥有广阔的市场。

参考文献：

[1] 钢结构设计规范（GB50017-2003）[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3] 建筑设备耐震设计/施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

钢结构设计范文第4篇

【关键词】钢结构，厂房设计，伸缩缝，支撑系统，抗震设计

导言

近年来，随着我国钢铁产量的大幅度增加，用于建筑市场的各种型钢无论从产量、品种性能上都得到很大的发展，钢结构厂房因其施工速度快、承载力高、整体刚度和抗震性能好，在工业厂房设计中逐渐代替了笨重的钢筋混凝土结构而得到了普遍应用，钢结构厂房可分为重型钢结构厂房：例如炼钢车间、轧钢车间、大型冶炼车间等，这类厂房因其车间内设有大吨位吊车，厂房受较大的动力作用，所以耗钢量大；另一类厂房为轻型钢结构厂房：这类厂房多采用门式刚架结构，屋面及墙面多采用压型钢板复合板材，由于其自重轻，用钢量低，施工速度快，在工业及民用建筑中得到了广泛的应用。尽管钢结构厂房有很多优点，但作为一种材料，它也有很多缺点，例如防火性能差、易锈蚀等，所以在做钢结构厂房设计时应根据其特点注意以下几个方面的问题。

1.温度伸缩缝

温度变化将引起钢结构厂房变形，使结构产生温度应力，其大小与柱子刚度、吊车轨顶标高和温差有关。当厂房平面尺度很大时，为避免产生过大的温度力，应在厂房横向或纵向设置温度缝，将平面尺寸很大的厂房分成若干温度区段。温度区段的长度可根据钢结构设计规范执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱方法处理，也可采用设置单柱方法处理，对纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座，对横向温度伸缩可在框架梁与檩条连接处采用椭圆孔滑动方式或槽钢夹板滑动方式。

2.支撑系统设置

为了保证钢结构厂房的空间工作，提高其整体刚度，承受和传递纵向水平力，防止杆件产生过大的变形，避免压杆失稳，以及保证结构的整体稳定性，应根据厂房结构的形式，车间吊车的设置，振动设备以及厂房的跨度、高度，温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。钢结构厂房支撑分柱间支撑和屋盖支撑。1）柱间支撑。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统，并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向结构变形方向的重要因素，并影响温度应力的大小，下柱支撑应尽可能设在温度区段的中部，使吊车梁等纵向构件能随着温度变化比较自由地向区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时，一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑，但温度区段的长度大于150 m时，为了保证厂房的纵向刚度，应在温度区段内设置两道下段柱支撑，其位置应尽可能布置在温度区段中间1/3的范围内，为了避免过大的温度应力，两道支撑的中心距离不宜大于72 m。上段柱支撑除在设有下段柱支撑的柱间布置外，为了满足结构的安装要求，提高钢结构厂房上部纵向刚度，传递山墙的风力及纵向地震作用，还应在温度区段的两端柱间布置上段柱支撑。

2）屋盖支撑系统。该系统是由横向支撑、纵向支撑、垂直支撑及系杆所组成的。屋盖支撑的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车设置及吨位大小、振动设备情况等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑，在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件限制和安装需要，无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12 m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备均应设置纵向水平支撑。

3 钢结构厂房的防锈蚀

钢结构表面未加保护而暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢构件处在潮湿环境中，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅使构件截面厚度减薄，而且还会在构件表层产生局部锈坑，当结构构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏，因此对钢结构厂房防锈蚀问题应予以足够地重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、车间内部工艺布置结构选型和材料选用等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构安全使用。一般钢结构的防锈蚀通常采用防锈漆涂刷其表面，涂层的层数和总厚度应根据构件使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度为100μm左右，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求总厚度在150μm～ 200μm或200μm以上。钢柱柱脚在地面以下部分应采用强度等级不低于C20混凝土包裹，其保护层厚度不应小于50 mm。有侵蚀介质厂房的受力构件，其型钢厚度不得小于8 mm，受力焊缝厚度不宜小于8 mm。

4 隔热与防火设计

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，当钢结构表面温度处于150 ℃以上时，必须做隔热及防火设计，做法一般有两种：1）在钢构件外包耐火砖，混凝土或硬质防火板材；2）采用厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料应用技术规程》计算。

5 抗震设计

虽然钢结构具有良好的抗震性能，但是如果设计不合理，当厂房遭受较大地震作用时，也会造成严重破坏，所以必须按抗震设计规范规定采用必要抗震构造措施，确保钢结构厂房在地震发生时安全可靠。在做抗震设计时应注意：1）在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，变形协调，尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响；厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架，以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形。2）钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成，所以合理布置支撑系统，保证厂房结构整体稳定性，对钢结构厂房尤为重要。3）在地震作用下，存在着低周疲劳作用，设计时应注意其对厂房的影响。对结构连接点的设计，应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服，应使结构构件能进入塑性工作，充分吸收地震能量，发挥其抗震能力。4）厂房的围护墙为7度～ 8度时，宜采用钢筋混凝土墙板或轻型墙板，如压型钢板复合板材、石棉瓦、瓦楞铁等；与柱子柔性连接的外贴式砖围护墙仍可采用，而嵌砌于柱间的砖墙不应采用。9度时应采用轻型墙板。总之，在做钢结构厂房设计时，不能盲目地拿来就做，应根据其优缺点，首先选择合理的结构形式；其次应根据以上5个方面做出完整的设计，让设计安全经济。

参考文献：

[1]蔡，蒋凤鸣，董辉. 浅谈钢结构厂房设计[J]. 中国科技信息，2010，19：45.

钢结构设计范文第5篇

关键字：钢结构厂房框排架；STAWE；结构设计

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

前言

在工业厂房设计过程中，很多情况下因为使用空间和节约材料的要求，厂房要求被设计成下面是框架结构上面是排架结构或者左边是框架结构右边是排架结构的框排架结构。这样的结构在设计过程中，既要满足框架结构的要求，排架部分同时也要满足排架结构的要求。

工程实例

2.1工程概况

某工程位于郑州市二七区，为二层结构，底层层高15米，有15T桥式吊车，位于11米标高处，楼面活荷载5.0KN/M2,二层层高8.1米，距楼面6.0米处设置5T单梁吊车，屋面采用轻钢屋面。跨度21米，两跨，开间7米，共17个开间。厂房长X宽为42米X119米。除此之外，屋面从第2个开间至第16个开间还设置天窗架采光。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012008版）（项目为2009年设计）郑州市二七区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。房屋抗震设防类别为丙类。根据《抗震规范》第8.1.3条，房屋高度

2.2结构选型

该工程二楼楼面荷载比较大，故采用组合楼板，由此底层采用框架结构，屋面是轻钢屋面，故二楼无需采用框架结构，采用排架结构即可，所以我们的厂房结构形式采用下部框架上部排架的结构形式。两个方向的跨度差别较大，所以刚度差别也会比较大，因此框架采用框架-支撑结构。《建筑抗震设计规范》8.1.6条规定抗震等级四级且高度不大于50m的钢结构宜采用中心支撑，中心支撑框架宜采用交叉支撑，支撑的轴线宜交汇于梁柱构件轴线的交点。房屋总长119米，总长大于60米且小于120米，底层框架设置两道支撑。支撑均匀布置，布置于第5个开间和第13个开间，采用H型钢支撑。二层排架结构，根据《抗震规范》第H.2.3条，多层钢结构厂房的支撑布置应符合，支撑布置在同一柱间上下贯通。所以在二层排架同样在第5开间和第13开间设置支撑，支撑顺着底层布置部位设置。支撑采用L型角钢。同时由于天窗架的设置，为了传递天窗架的荷载在第1开间和第17开间同样设置屋面水平支撑和竖向支撑。

2.3柱截面选型

结构跨度21米，跨度较大，开间7米，底层层高15米，荷载又比较大，若采用焊接“工”字型钢，很难满足长细比要求，现采用焊接“十”字钢柱。二层层高8.1米，屋面采用轻钢屋面，荷载比较小，而且受力方面为一个方向，故采用焊接“工”字钢。

2.4模型计算

框排架结构既要满足框架结构的计算结果，排架结构部分同时还要满足排架的计算结果，因此该建筑的结构模型首先在PKPM钢结构模块的框架三维模型与荷载输入中建立整体模型，屋面板按照实际的刚度折减成相应的屋面厚度输入模型中，然后用结构模块中的STAWE整体计算。在SATWE前处理的特殊构件补充定义中，设置二层的楼面为弹性膜，这样的模型设置更接近于事实。参数都定义好后，进行计算，整体结构要满足《抗震规范》及《钢结构设计规范》中的多、高层结构设计要求。二层的排架结构既要满足框架的整移角要求，同时也要满足排架的长细比，应力比等要求。所以，要另外选取不同的每一品排架用钢结构模块中的框排架PK交互输入与优化计算进行排架计算。在二维排架计算模型中，底层的梁柱采用规范是《钢结构设计规范》，二层的梁柱采用《门式钢架设计规范》计算。得出的结果底层的焊接“十”字型钢柱和焊接“工”字型钢梁按钢框架要求，二层的焊接“工”字钢柱和钢梁按钢排架要求。根据《建筑抗震设计规范》第5.5.1多、高层钢结构弹性层间位移角限制1/250，弹塑性层间位移角限值1/50。该项目用PKPM中的SATWE计算，最大位移角：X方向地震力作用下的楼层最大位移1/404；X双向地震作用下的楼层最大位移1/403；Y方向地震力作用下的楼层最大位移1/392；Y双向地震力作用下的楼层最大位移1/392。

弹塑性层间位移角在SATWE中不能直接计算出来，多遇地震影响系数最大值为0.08，罕遇地震影响系数最大值为0.5，即得罕遇地震与多遇地震的影响系数比值为6.25（0.5/0.08），根据上表能简化得出最大的弹塑性层间位移角：X方向的楼层弹塑性最大位移1/65；Y方向的楼层弹塑性最大位移1/63。

2.5节点设计

框架部分经过STAWE整体计算后，连接STS接口，进行全楼节点连接设计。工字形梁与十字形柱刚接连接采用连接类型为：悬臂梁段与钢柱刚性连接。梁悬臂段与柱应采用全焊接连接，梁的现场拼接采用翼缘焊接腹板螺栓连接。梁的拼接节点STS节点设计中会考虑设计。为了材料的节约，柱截面相对于跨度较大的框架梁来说，截面翼缘相对取得较薄，使得悬臂梁与钢柱焊接连接的计算结果通常会不满足结果。如：按抗震规范8.2.8条进行梁柱连接的极限承载力验算： Mu=487.664 >1.3Mp=473.311 满足，加强需要的盖板厚度Tgb=6，（盖板厚+梁翼缘厚）>柱翼缘厚！满足设计要求！

3 结束语

框排架结构是工业厂房建筑中越来越常见的结构形式，无论是框架与排架侧向连接组成的侧向框排架结构厂房，还是下部为框架上部顶成为排架的竖向框排架结构厂房。框排架结构需要进行整体结构计算。同时排架也需要进行排架结构计算。整体计算框排架的所有构件都要满足框架结构的抗震要求，侧向或者顶层的排架部分要满足排架结构的抗震要求。

参考文献：

[1] 陈骥.钢结构稳定理论与设计(第5版).科学出版社;第5版，2011-4