本站原创[摘 要]钢结构的应用,促进城市建筑业蓬勃发展,成为了建筑行业中一颗耀眼的新星,被广泛的运用于当前各种建筑结构中.钢结构在提高建筑行业的经济效益的同时,也具有美化环境、节能降耗的作用.
[关 键 词]钢结构；设计；工业建筑
中图分类号：TE972文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）20-0204-02
一、钢结构工业建筑的特点
1.预工程化程度高
预工程化钢结构建筑概念最早是在西方产生的,其主要是实现了材料加工与安装的一体化,以此来降低工程的施工成本,并且能够有效的缩短工期,能够使建筑物更早的投入使用,这对于房地产开发商的资金流转来说,速度也获得了有效的提升.
2.跨度更大
钢结构的组织均匀,而且强度较高,弹性模量也较高,密度与强度的比值相比砖石、混凝土结构要更小,因此在受到同样的外力情况下,钢结构的自重较小,所以其能够实现大跨度的结构体系,也能够形成更高和更灵活的建筑结构.当前,在建筑业已经存在跨度超过9O米的超大穹顶,以及高度超过l00米至最高400米的超高层建筑.
3.增强建筑物的美感
当前建筑行业中一种较为常用的护结构,使用金属构件与玻璃板组成,称之为玻璃幕墙.将钢结构与玻璃幕墙结构进行适当的组合,能够获得更具艺术特色的建筑结构,比如1989年贝聿铭存卢浮宫改建工程中,将地下广场的部分结构采用了单拉互连点式技术,设计了一个金字塔形的玻璃结构,把建筑、结构、机械技术相结合,成为建筑精品,获得世人的赞赏.
二、钢结构在工业建筑中的应用
由于钢结构的自身优势以及特点直接决定了钢结构广泛应用于各行各业的结构建设中.钢结构一般适合于高层、体系复杂、跨度大、荷载大、吊车起重量大、振动幅度大、密封性能要求高以及用于经常拆装的结构中.主要的结构形式有平面架、网架、轻钢、索膜以及塔桅等.例如：大型的体育场、火车站候车室、机场等都采用大跨度的钢结构设计；重型的工业厂房以及生产车间都采用荷载作用强的钢结构设计；井塔、电视塔、气象塔、通讯塔等都采用高层结构的钢结构设计；气罐、油罐、高炉等都采用轻型的钢结构设计.
另外,随着科技的不断发展以及建筑材料的不断改进,钢结构形式也随着发生变化.例如：传统中的悬索结构具有施工复杂,施工难度大,施工速度慢等特点,对实际的施工带来一定困扰.而现今网架结构正好取代了悬索结构,改变了悬索结构的缺陷,真正实现了施工技术简单,施工速度快,制作方便,易操作等优势.我国普遍在施工中应用的钢结构还有预应力的钢结构.这种结构主要以节省材料消耗,强化材料的整体性能受到了人们的欢迎.而国外的施工技术中,还将薄钢板的集合构件取代了常用的型钢以及组合件用作受力构件的钢结构形式,突破了传统中受力钢的局限,降低了整体构件的重量,节约了钢材的使用.
三、工业建筑中钢结构的设计
1.钢结构工业建筑的基本原则
在钢结构建筑的设计过程中,要严格遵守一定的设计原则,才能够保证其结构的稳定性与可靠性,笔者将其归纳为以下几点：
第一,要本着节约的原则,尽量节省材料的运用,降低钢结构自身的重量,缩短钢结构安装的时间,并且能够缩短运输时间,降低成本；第二,要保证其符合建筑物施工和使用的要求,使其具有足够的稳定性,在刚度和强度方面应当具有很好的耐久性；第三,要注重外形与整体的美观程度,符合建筑美学的要求.
2.设计的前期准备
工业建筑中钢结构设计的前期准备主要是指在前期建设时,建筑设计人员为土木设计人员提供相应的设计分布图纸以及相关建筑的荷载资料.其中设计工艺分布图必须明确阐述具体的工艺设计流程以及各程序之间的相互联系和相互关系,确定平面位置与空间位置是否相一致根据结构的分布形式,设计各构件的计算长度,并在实际中检验运算结构,保证各项数据都能达到准确无误.另外,专业的设计人员要充分调查施工当地的地理条件、水文特征以及气象资料,通过衡量钢材料的雪荷载、地震荷载以及风荷载等方面,确定材料的强度选择,以保证设计的安全性和整体钢结构的稳定性.
3.钢结构的具体设计
（1）选择钢结构的结构形式
钢结构的结构形式首先要满足基本的工艺要求和施工规范,在明确荷载作用的情况下,设计钢结构的主梁以及立柱的设计分布图,保证在传力的过程中达到受力均匀,维持整体结构的稳定.同时传力方式的设计一般按照板一梁一柱一基础的顺序进行安排.当传力方式确定后,与之相应的结构形式也得到了确定.在结构形式的基础上明确各结点之间的约束关系,从而建立设计计算简图.我国普遍采用的钢结构结点的连接主要有以下三种形式：①螺栓连接法.②高强螺栓连接法.③焊接法.这三种方式中,高强螺栓连接法较其他的两种形式,具有传递线性荷载以及传递弯矩的优势,适用范围较广.同时,工业建筑的结构一般都为重型的工业厂房,这需要在连接屋顶、钢柱以及支撑系统时选择强度较高的高强螺栓进行连接,以保证整体结构的刚度,维持重型厂房的建设.计算简图的确定主要取决于跨度、荷载作用以及柱距的实际承受力度.一般计算简图都为门型钢架,且以刚性节点为主,用钢支架节点和承重钢平台作为铰结点,配合梁柱两端的简支,使之符合整体的荷载承受范围.
（2）钢结构的构件选型
构件选型主要是指利用各构件之间的支撑形式、荷载大小、跨度程度等来确定基本的构件型号,方便计算结构的作用.构件大致分为受压构件以及受弯构件两种.其中受压构件选定型号是依据荷载的具体大小以及长短来进行确定.而受弯构件是利用挠度值进行确定的.平台梁的挠度值是L/400；单梁吊车梁的挠度值是L/500；平台板的挠度值是L/150.钢结构的结构计算主要强调了各构件之间的强度、连接度、刚度的运算一般遵循从上到下,从分支到主干的运算顺序.例如计算板、受弯构件、受压构件、构件的连接度、支撑系统等各个部分.
（3）选择构件的型号及规格
依据简图计算的结果,符合对构件的基本刚度、强度的要求,确定构件的规格以及型号的选择.在选择的过程中应注意要严格按照施工的具体要求规范,遵照“安全可靠、经济科学”的方针,在保证结构稳定的情况下,适当考虑结构的整体性以及美观性.如果各构件的局部符合要求,但组合在一起时影响整体的协调性时,则适当调整局部构件,以免破坏整体的承重重量.
由于钢结构本身具有诸多的优点,因此其在现代城市建设和工业建设中获得了广泛的应用.钢结构建筑同时具有高效、节能的特点,这与我国环境和经济的可持续发展战略是相适应的,因此在促进城市可持续发展方面也有着一定的优势.随着建筑行业的不断发展,钢结构建筑的应用也越来越广泛,我们应当对钢结构 的优缺点进行全面的考虑,将其存在的缺陷进行有效的克服,以此来不断的拓宽钢结构的应用领域,促进我国建筑业的持续发展.