冶金工业建筑结构设计要素探析

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摘要:社会不断的进步，经济也不断的发展，我国在工业方面的建设得到了充分发展，在科学技术方面也取得了进步，对于工业建筑在功能上的要求，也是日益趋向多元化、复杂化，进而导致了冶金工业建筑在结构设计当中，需要考虑的因素越来越多，因此对工业建筑在设计方面带来了很多崭新的挑战。因此，文章分析了在工业建筑结构设计时所需要注意的内容，并针对冶金工业建筑在支撑系统设计、次梁设计、结构内力分析、伸缩缝设计、钢结构防腐蚀设计、抗震设计、建筑防火、防水设计等多方面设计要点展开了深入分析，以供各位业界同仁参考。

关键词:冶金工业;工业建筑;支撑系统;次梁;结构设计;设计要点

1引言

冶金工业在我国的生产企业当中，属于非常重要的一个组成部分，在建筑结构设计方面，相比于其他行业存在着一些差别，因此本文针对建筑结构设计要点方面进行了分析。

2冶金工业的建筑在结构设计方面的概述

随着社会的不间断发展以及科学技术的不间断进步，对金属的原材料的要求方面也在逐渐的提升，就某种程度而言对冶金工业在发展方面起到了带动作用，然而在重工业的生产当中作为一种重要的方式，冶金工业在生产方面的流程、工艺通常会对冶金工业的建筑在解耦股方面造成一定的影响。

3冶金工业的建筑当中对结构设计的要点分析

3．1支撑系统的设计

在冶金工业领域中，对于冶金建筑支撑系统的设计，为了让钢结构建筑在整体结构方面的稳定性得到有效的保障，并且能够满足各种类型的机械设备在使用时的具体要求，应该按照冶金建筑结构的跨度、振动、吊车等这些设备去科学、合理地布置支撑系统。钢结构建筑在支撑系统方面通常分为两种:分别是屋盖支撑和柱间支撑。屋盖支撑的系统通常是由竖向、纵向、横向，这三种类型在支撑、系杆所组成的。建筑的具体结构、吊车系统、柱网的具体布置等，对屋盖在支撑方面是起着决定性作用的因素。屋盖在结构方面分为无檩和有檩两种体系，都是需要设置垂直支撑。柱间支撑作用是保证房屋的纵向稳定和空间刚度，为了确保房屋承重结构的正常工作，沿房屋纵向柱之间设置柱间支撑，并与屋盖支撑协调布置，一般与屋盖上弦横向支撑、下弦横向支撑及竖向支撑设置在同一个柱距内。柱间支撑承受房屋端部山墙风力、吊车纵向刹车力、地震作用和温度作用。端部的柱间支撑宜设置在房屋端部第一开间或第二开间。当房屋无吊车时，柱间支撑间距宜取30～45m之间;当房屋有吊车时，吊车梁以上至屋架下弦之间的上段柱的柱间支撑与无吊车时的柱间支撑设置相同，吊车梁以下至柱脚的下段柱的柱间支撑且宜设置在温度区段的中部，间距不超过50m。

3．2次梁的设计

在针对冶金建筑开始设计次梁的时候，要尽最大的可能去防止次梁出现过大的挠度，若出现挠度太大，可能产生危险，同时对于建筑而言，在使用的功能上会受到一定的影响。因此在冶金建筑楼层当中，对平面梁格进行设计布置，不仅要考虑钢板在最大支撑上的要求，还要考虑机械设备实际的状况。站在普板与梁二者间相互作用的角度上进行深入分析，建筑的梁、钢板之间有比较好的连接性，也就表明了二者之间能够形成有效的支撑，因此不需对梁在整体的稳定性上进行计算。如果对钢板、连梁在焊接的时候，在焊接了两端而没有焊接中间，这样在对梁平面外的稳定性，再进行计算的时候，只能是根据跨中没有侧向支撑，对这种状况进行分析。虽说次梁所需承受的荷载不大，但是也需要对其使用轧制H型钢，一般不采用普通的槽钢，因为普通的槽钢在稳定性方面不好，不能够满足实际的需求。

3．3结构内力的分析

⑴钢结构冶金工业当中的冶金建筑在布置方面有非常复杂的梁格，使用计算机对其进行建模的时候，如果严格的按照实际工程的建筑情况，就需要布置很多的近节点，然而近节点一旦数量太多，就会给计算的结果带来许多偏差。因此在钢结构工业建筑实施建模的时候，要适当进行简化，进而让计算机的结果在精准性方面能得到保障。

⑵通过使用柱间的对立面网络实施简化，把其当成受力的杆件，输入到结构的模型当中。支撑的刚度、建筑纵向的抗侧刚度，在影响方面会起着直接的作用，而且柱间的支撑还会对其两侧的柱脚，造成很不好的影响，一旦柱脚遭受了复杂荷载的影响，很容易就会导致柱脚的锚栓，发生比较明显的上拔状况，并且在作用力的影响下，柱脚所承受的剪力也会加大。

⑶对柱间起到支撑作用的杆件要进行具体的确认，一般对于建筑柱间的支撑，通常采用的都是剪刀撑的方法，在设计时按照设计的要求，针对两种受力在形式方面进行选择，分别是拉杆、压杆［1］。如果选择压杆去做支撑，就能通过计算软件的办法，对结构展开验算。如果选择拉杆去做支撑，计算软件最终得到的结果会是强度在验算方面不能够满足要求，这是计算使用的软件很难以单拉杆的形式进行有效处理，不会影响到计算软件对建筑结构在空间结构上关于受力特性分析方面的结果。因此，在对拉杆进行设计的时候，设计人员要选择同笔算的方法，针对拉杆在强度方面展开验算。

3．4伸缩缝的设计

钢铁在热胀冷缩方面的性质是非常的明显，一旦在对钢结构进行设计的时候针对温度伸缩缝的设计没有考虑好，那就非常有可能因为温度发生变化，导致建筑出现变形的现象。钢结构在温度应力方面，产生的因素是非常多的。如果冶金建筑的平面尺寸较大，通常就会在建筑的横向及纵向设置好与之对应的伸缩缝，进一步将建筑详细划分为不同的温度区段。温度的伸缩缝在具体部位的设置，按照钢结构设计规范要求设计，横向的伸缩缝对连接的位置可以使用槽钢夹板和椭圆孔的滑动方式。而纵向伸缩缝通常都选择在屋架的位置，去设置好与之对应固定的支座［2］。

3．5钢结构防腐蚀的设计

如果冶金建筑所处的环境比较潮湿，且环境对构件具有腐蚀性，若未对钢结构的表面部位进行全方位的处理，导致其直接暴露在空气之中，就很容易产生腐蚀等较为严重的问题。导致钢结构在强度方面被迫降低，建筑在使用寿命逐渐被缩短，因此针对此问题必须予以高度的重视。在对腐蚀的问题进行考虑的时候，要把环境的条件、腐蚀物性质进行相互的结合，既要让建筑在内部的布置上确保科学、合理，也要让冶金建筑在结构上保持安全、可靠。通常的情况下，都会选择涂刷防锈的油漆进行防腐蚀，钢构件在使用条件上，对涂层的层数、厚度方面，均起着决定的作用。钢构件工作在室内时，涂层在厚度上大概在120μm左右，通常有两道面漆和两道底漆。钢构件工作在室外时，涂层的总厚度数值要在120μm，有时候数值还会超过了200μm。柱脚埋在地面以下的那些部分，要选择强度等级较低的混凝土进行包裹，厚度必须高于50mm，包裹的混凝土高出室外地面不应小于150mm，室内地面不宜小于50mm。在存在腐蚀物质的环境当中，进行工作的钢构件，受力焊缝的厚度、型钢的厚度，不能低于8mm。

3．6抗震的设计

钢结构的冶金建筑在抗震方面的性能很好，但是当下很多钢结构厂房因为设计不够合理，所以其自身的性能没有得到发挥，进而导致结构的破坏比较严重［3］。针对钢结构的冶金建筑在抗震方面实施设计的时候，需要注意以下问题:⑴冶金建筑在总体结构、质量方面，分布要足够均匀，让支撑装置的受力更加均匀、变形更加协调。冶金建筑出现破坏的原因，并不是强度不够，通常都是支撑系统稳定性不够强所导致的，因此应尽最大可能去避免由于其整体分布不够均匀，对冶金建筑抗震的性能造成影响［4］。⑵钢结构的冶金建筑处在地震情况时，其所产生的地周疲劳现象还是非常明显的，在对连接点展开设计时必须要确保节点的稳定性，构件需要完全进入了塑性的工作状况，才能让抗震的性能得到充分的发挥［5］。

3．7防火、防水的设计

⑴防火的设计当温度超过了100℃的时候，钢材在抗拉方面的强度会随着温度逐渐的升高而降低，这时塑性就会增大。当温度到达250℃时，钢材会发生蓝脆的状况，这时塑性就会降低、抗拉的强度就会增加。当温度到达500℃时，钢结构就会因为钢材的强度不够高而出现垮落的现象。因此钢结构表面的温度高于200℃的时候，就必须要做好防火的设计工作，设计的方法通常有两种:其一，在钢材构件的表面涂刷上防火的涂料;其二，在钢构件外表面包裹上一层耐火砖。

⑵防水的设计钢结构的冶金建筑的排水系统主要包含:内排水的系统、外排水的系统这两种。通过室内的管道排出雨水的，属于内排水的系统。通过冶金建筑屋顶的天沟，从而让雨水可以排到室外设置的雨水管道中，属于外排水的系统。在对排水系统进行设计的时候，必须根据当时实际的地形、气候等条件，防止泛水、冒水的状况发生。

4结语

综上所述，在对冶金工业的建筑中，实施结构设计的时候，要充分考虑到使用的环境、材料、力学等各种方面的问题，不断地去优化工业建筑的结构，让工业建筑的结构设计，在整体上得到一个有效的提高，进而让工业建筑的技术性、积极性能够得到科学的实现，相应的设计人员也必须要紧跟时展的步伐，不断地推动工业建筑的发展。

参考文献:

［1］刘侃．基于SSH框架的冶金生产执行系统研究与设计［J］．计算机产品与流通，2020(11):284．

［2］郑建明．冶金工程大型厂房钢结构设计探讨［J］．福建冶金，2020，49(02):44-46+50．

［3］张红．剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用［J］．门窗，2019(17):159．

［4］张展．基于拓扑优化的冶金起重机主梁结构设计［J］．中国金属通报，2019(06):92-93．

［5］王建群，李大浪，黄恒平，等．冶金矿山大型钢井架模块化设计研究与应用［J］．有色冶金设计与研究，2015，36(04):49-51+55．

作者：多豪学 单位：西北矿冶研究院