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【摘 要】钢结构具有强度高、自重轻的特点，在厂房的结构上设计中应用越来越广泛。但是当前的厂房的钢结构设计存在着设计合理性不足，工程的质量控制不够严格，从而影响了结构安全性。本文对于厂房的钢结构设计现状进行探讨，结合实际工程案例分析厂房钢结构设计的优化改进措施。
【关键词】钢结构；厂房；改进
自从20世纪80年代以来，随着我国经济发展，钢产量与质量都得到了长远的发展。现阶段我国钢产量年产量几十几吨，处于世界钢产量的首位。国家对钢材生产提供了技术和政策支持，使钢材推广应用，产能结构优化。基于钢产量的发展，钢结构产品体现出经济型和优越性。我国钢材料生产的现实和产能优化现状，为钢结构厂房的生产提供了足够的原料保障和材料支撑，使钢结构厂房具有更好的经济性能。随着《钢结构设计规范》GB50017的发布实施，为钢结构厂房的生产设计提供了指导建议，并且使钢结构厂房的开发研究进入到一个新的阶段。钢结构工程工程量大，施工环境复杂，而且一般工期较短，所以质量通病类型较多，常见有管理通病；钢结构施工、钢结构连接质量问题；以及保护层厚度合格率低；以及钢结构锈蚀等质量问题，主要表现在以下方面。下面就常见的几种通病分别进行分析，希望能引起有关人员的重视。
一、钢结构建筑的特点
1、预工程化程度高降低建设成本、缩短施工工期
与传统的砌体、混凝土等传统结构建筑不同，钢结构建筑具有一定的预工程化，使得材料的加工和安装一体化。大部分钢结构在出厂时已生产完毕，在施工现场只需要利用合适的连接方式将钢结构进行组合安装。提高了施工速度，缩短建筑工程施工周期约40%，可以使建筑工程更早投入使用。钢结构建筑模数的协调统一，使材料不同、形状不同、制造方法不同的建筑构配件可以通用和互换，进一步提高建筑预工程化。由于钢结构自身就可以作为韧性结构承担结构载荷和施工载荷，因此在一些钢结构建筑施工时不需要脚手架及模板工程，这也在一定程度上降低了建筑的施工费用。
2、生态环保
发展钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义尤为重大。中国是世界上最大的砌体建筑与混凝土建筑大国，钢材是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环利用价值，边角料也可以再利用。目前国际上引人注目的新型住宅产品已引人我国，其环保节能的特点主要体现在两个方面：该类型住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统，温度变化小，热损失低。不论冬夏，座位居住环境都具有舒适、绿色、环保。当冬季室外温度为O摄氏度时，室内仍可以保持17摄氏度以上；在夏季室外温度达到30摄氏度的情况下，室内温度仅为21摄氏度左右。
3、强度高
在建筑施工中，钢结构具有强度高，韧性和塑性相比其他建筑都好。比砖石、木材等传统材料强度都要高出很多，因此被广泛应用于大荷载、大跨度的结构设计中。钢材拥有较好的塑性，使钢结构构件在一定条件下不会因为偶然超载或者局部超载出现突然断裂破坏；良好的韧性则使结构构件能适应一定的动力荷载和可变荷载。材料的高强度使结构构件截面尺寸可以做的薄且小，同时也使钢结构拥有良好的耗能能力和抗震能力。
4、承载力高，抗震性能好
因钢材的强度高、刚度大，所以相同的荷载，钢结构小截面即可满足要求，相同截面下，钢结构在传统材料中的承载力最大。在抗震设防区，由于钢结构自重轻，六层轻钢住宅的自量仅相当于四层砌体结构的自量，因此，在地震作用下抗震性能好，加上钢材具有的高延性，使结构有较好的耗能能力和塑性变形能力，从而使结构的安全度大大提高。
5、钢结构厂房结构特点
综合来讲，钢结构建筑具有混凝土厂房无法比拟的优越性，主要表现在安全性能好，我国属于多地震国家，地震灾害频发。因此钢结构厂房对于我国的工业发展具有极大的现实意义；经济成本低，钢结构自重较轻，施工比混凝土更加方便。而且钢结构厂房可以在工厂内部加工完成，然后在现场进行螺栓拼接装配，可以大大节约施工时间，从而节约成本；因为钢结构自重轻、构件截面较小，所以钢结构厂房的有效使用面积比混凝土厂房更多。这对于工业生产来说，可以提高生产效率，同时在对物料进行调節的过程中，时间使用面积更大的钢结构厂房具备更好的调节作用；绿色环保，环境问题和资源短缺是我们生存的世界面临的重大的问题。在调查中发现，有超过50%的环境问题和有害物质，都是在建筑施工和运营过程中产生的，钢结构材料几乎可以100%回收再利用，因此钢结构厂房的生产具有更加积极的环保作用；钢结构厂房符合可持续发展的道路要求，钢结构厂房不仅性能更加优良，所耗费的材料更加节约，而且钢材料可以回收利用。
二、钢结构厂房设计现状
1、钢结构初始设计
钢结构厂房的优化设计与混凝土结构的优化设计并不完全相同。混凝土结构厂房的优化设计主要针对钢筋模板以及混凝土浇筑方式和程度，而钢结构厂房的优化设计则主要针对钢结构的仓壳设计。钢结构厂房设计有基本的步骤：第一部必须设定建筑的相关参数，包括建筑的高度、壁厚；第二步是通过给出的相关参数，计算钢结构厂房的自振周期；然后必须计算钢结构厂房的安全参数，包括地震荷载、风荷载的最大参数，以及按照Reimbert计算方法计算得到钢结构建筑所受到的作用力；最后将各项应力值计算出来并且调整建筑的原始参数设定以达到合适的应力水平。
2、钢结构施工问题
钢结构工程施工过程需要严格按照施工规范进行，但是由于施工管理不合理，施工人员不严格施工，造成钢结构工程施工具有以下的通病：（1）钢结构安装不能确保水平和竖向构件的水平度和竖向垂直度，与规范有较大差值，安装精度不够；（2）钢拱架、钢结构构件的截面尺寸和板材的厚度不足，这是明显的材料不符合设计要求，对工程使用寿命及结构安全造成严重的影响；（3）钢结构连接质量不符合规范要求，螺栓安装，焊接等没有达到设计及安装的要求；（4）钢结构骨架尺寸合格率低、尺寸偏差较大；（5）在雨季施工，钢结构工程的钢结构暴露时间较长会造成钢结构锈蚀。 三、厂房钢结构设计改进措施
1、工程概况
该工程为光伏光电装备项目生产厂房，建筑环境为非采暖地区，主要按照《钢结构设计规范》进行钢结构设计，厂房的纵向长度为300m，横向宽度180m，面积7万m2，高跨部分分为三层吊车厂房，低跨部分为120m，且高跨与低跨组成相对独立的封闭支撑体系。
2、钢结构优化方案
在施工前应该确定施工目标，保障施工按照规范进行，其中对于钢结构工程的钢结构数量、间距以及钢结构连接等参数需要按照规范进行严格施工，可以参考国家的有关规范，其中的相关规范要求是，骨架定位准确、牢固钢、尺寸合格率达到90%以上，保护层厚度达到80%以上；杜绝任何偷工减料。
在原方案的基础上，为了保证厂房的安全性能，主要对厂房的主要受力构件的形状以及布置方面进行优化设计。因为在静力分析的结果中，构件结合处是容易发生形变的主要区域，所以为了保证厂房满负荷安全运行，需要对结构的整体布局及结构合理性进行优化设计。主要优化方案为（1）设计中将柱网等间距设置，这样设计的好处是可以使钢结构厂房得到相同的应力结果，不会使某一个位置的应力集中。（2）增加钢柱的截面尺寸，满足结构的强度和稳定要求。（3）可以减少构件材料厚度，同时等间距的增加构件的数量。虽然减少构件厚度使厂房的形变强度降低，但是加强数量的效果会使厂房结构更合理。而且该优化方案在保障安全性能的同时能够使材料的成本得到降低，使最终的经济效益更加突出。
当确定施工目标后，可以通过计划、执行以及巩固等三个阶段完成施工目标的施行，保障施工质量控制，预防工程通病，三个阶段的主要内容包括：（1）计划编制阶段，主要编制"专项治理监理细则"和"专项治理方案"；（2）计划执行阶段，这是对于治理的计划进行执行、跟踪检查，并且落实整改的阶段，并且该阶段需要对计划进行进一步修正完善，以保证施工能够按照计划进行；（3）治理效果巩固阶段，对施工单位进行管理，保障治理的质量，要求施工单位严格按照方案施工；监理单位积极监督，保证治理质量。
3、钢结构厂房设计监理方案
项目监理单位在施工前，必须制定"通病专项治理监理细则"，成立治理小组，明确目标并明确治理质量。
（1）钢拱架、钢结构数量不足的治理措施，监理应该认真复核设计文件并且就施工问题，及早汇报解决；建立自检体系应对偷工减料，监理工程师严把检验关，旁站监督、加强巡查，做到及早发现问题，及时纠正、整改。
（2）钢结构间距不匀、位置不准确的治理措施，推行施工标准化，严禁随意生产，安装前进行放样、划线等工作，现场监理旁站监督，保证施工按照標准进行。
（3）防锈漆保护层合格率低、承包人应该加强现场管理，做好技术交底工作，必须加强职工思想教育，现场监理坚持工地巡查，加强质量管理，严格工序报建制度。
结语
因为我国钢结构生产起步较晚，所以钢结构生产规范还没有完全建立起来，而且相对价格偏高，限制了钢结构建筑的发展，我国钢结构的施工能力不足，而且钢结构存在着防腐防锈等问题，无形中提高了钢结构的维护成本，因此钢结构的推广应用，还需要更多的努力。
参考文献：
[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].
[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].
[3]CECS102-2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S]
【关键词】钢结构；厂房；改进
自从20世纪80年代以来，随着我国经济发展，钢产量与质量都得到了长远的发展。现阶段我国钢产量年产量几十几吨，处于世界钢产量的首位。国家对钢材生产提供了技术和政策支持，使钢材推广应用，产能结构优化。基于钢产量的发展，钢结构产品体现出经济型和优越性。我国钢材料生产的现实和产能优化现状，为钢结构厂房的生产提供了足够的原料保障和材料支撑，使钢结构厂房具有更好的经济性能。随着《钢结构设计规范》GB50017的发布实施，为钢结构厂房的生产设计提供了指导建议，并且使钢结构厂房的开发研究进入到一个新的阶段。钢结构工程工程量大，施工环境复杂，而且一般工期较短，所以质量通病类型较多，常见有管理通病；钢结构施工、钢结构连接质量问题；以及保护层厚度合格率低；以及钢结构锈蚀等质量问题，主要表现在以下方面。下面就常见的几种通病分别进行分析，希望能引起有关人员的重视。
一、钢结构建筑的特点
1、预工程化程度高降低建设成本、缩短施工工期
与传统的砌体、混凝土等传统结构建筑不同，钢结构建筑具有一定的预工程化，使得材料的加工和安装一体化。大部分钢结构在出厂时已生产完毕，在施工现场只需要利用合适的连接方式将钢结构进行组合安装。提高了施工速度，缩短建筑工程施工周期约40%，可以使建筑工程更早投入使用。钢结构建筑模数的协调统一，使材料不同、形状不同、制造方法不同的建筑构配件可以通用和互换，进一步提高建筑预工程化。由于钢结构自身就可以作为韧性结构承担结构载荷和施工载荷，因此在一些钢结构建筑施工时不需要脚手架及模板工程，这也在一定程度上降低了建筑的施工费用。
2、生态环保
发展钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义尤为重大。中国是世界上最大的砌体建筑与混凝土建筑大国，钢材是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环利用价值，边角料也可以再利用。目前国际上引人注目的新型住宅产品已引人我国，其环保节能的特点主要体现在两个方面：该类型住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统，温度变化小，热损失低。不论冬夏，座位居住环境都具有舒适、绿色、环保。当冬季室外温度为O摄氏度时，室内仍可以保持17摄氏度以上；在夏季室外温度达到30摄氏度的情况下，室内温度仅为21摄氏度左右。
3、强度高
在建筑施工中，钢结构具有强度高，韧性和塑性相比其他建筑都好。比砖石、木材等传统材料强度都要高出很多，因此被广泛应用于大荷载、大跨度的结构设计中。钢材拥有较好的塑性，使钢结构构件在一定条件下不会因为偶然超载或者局部超载出现突然断裂破坏；良好的韧性则使结构构件能适应一定的动力荷载和可变荷载。材料的高强度使结构构件截面尺寸可以做的薄且小，同时也使钢结构拥有良好的耗能能力和抗震能力。
4、承载力高，抗震性能好
因钢材的强度高、刚度大，所以相同的荷载，钢结构小截面即可满足要求，相同截面下，钢结构在传统材料中的承载力最大。在抗震设防区，由于钢结构自重轻，六层轻钢住宅的自量仅相当于四层砌体结构的自量，因此，在地震作用下抗震性能好，加上钢材具有的高延性，使结构有较好的耗能能力和塑性变形能力，从而使结构的安全度大大提高。
5、钢结构厂房结构特点
综合来讲，钢结构建筑具有混凝土厂房无法比拟的优越性，主要表现在安全性能好，我国属于多地震国家，地震灾害频发。因此钢结构厂房对于我国的工业发展具有极大的现实意义；经济成本低，钢结构自重较轻，施工比混凝土更加方便。而且钢结构厂房可以在工厂内部加工完成，然后在现场进行螺栓拼接装配，可以大大节约施工时间，从而节约成本；因为钢结构自重轻、构件截面较小，所以钢结构厂房的有效使用面积比混凝土厂房更多。这对于工业生产来说，可以提高生产效率，同时在对物料进行调節的过程中，时间使用面积更大的钢结构厂房具备更好的调节作用；绿色环保，环境问题和资源短缺是我们生存的世界面临的重大的问题。在调查中发现，有超过50%的环境问题和有害物质，都是在建筑施工和运营过程中产生的，钢结构材料几乎可以100%回收再利用，因此钢结构厂房的生产具有更加积极的环保作用；钢结构厂房符合可持续发展的道路要求，钢结构厂房不仅性能更加优良，所耗费的材料更加节约，而且钢材料可以回收利用。
二、钢结构厂房设计现状
1、钢结构初始设计
钢结构厂房的优化设计与混凝土结构的优化设计并不完全相同。混凝土结构厂房的优化设计主要针对钢筋模板以及混凝土浇筑方式和程度，而钢结构厂房的优化设计则主要针对钢结构的仓壳设计。钢结构厂房设计有基本的步骤：第一部必须设定建筑的相关参数，包括建筑的高度、壁厚；第二步是通过给出的相关参数，计算钢结构厂房的自振周期；然后必须计算钢结构厂房的安全参数，包括地震荷载、风荷载的最大参数，以及按照Reimbert计算方法计算得到钢结构建筑所受到的作用力；最后将各项应力值计算出来并且调整建筑的原始参数设定以达到合适的应力水平。
2、钢结构施工问题
钢结构工程施工过程需要严格按照施工规范进行，但是由于施工管理不合理，施工人员不严格施工，造成钢结构工程施工具有以下的通病：（1）钢结构安装不能确保水平和竖向构件的水平度和竖向垂直度，与规范有较大差值，安装精度不够；（2）钢拱架、钢结构构件的截面尺寸和板材的厚度不足，这是明显的材料不符合设计要求，对工程使用寿命及结构安全造成严重的影响；（3）钢结构连接质量不符合规范要求，螺栓安装，焊接等没有达到设计及安装的要求；（4）钢结构骨架尺寸合格率低、尺寸偏差较大；（5）在雨季施工，钢结构工程的钢结构暴露时间较长会造成钢结构锈蚀。 三、厂房钢结构设计改进措施
1、工程概况
该工程为光伏光电装备项目生产厂房，建筑环境为非采暖地区，主要按照《钢结构设计规范》进行钢结构设计，厂房的纵向长度为300m，横向宽度180m，面积7万m2，高跨部分分为三层吊车厂房，低跨部分为120m，且高跨与低跨组成相对独立的封闭支撑体系。
2、钢结构优化方案
在施工前应该确定施工目标，保障施工按照规范进行，其中对于钢结构工程的钢结构数量、间距以及钢结构连接等参数需要按照规范进行严格施工，可以参考国家的有关规范，其中的相关规范要求是，骨架定位准确、牢固钢、尺寸合格率达到90%以上，保护层厚度达到80%以上；杜绝任何偷工减料。
在原方案的基础上，为了保证厂房的安全性能，主要对厂房的主要受力构件的形状以及布置方面进行优化设计。因为在静力分析的结果中，构件结合处是容易发生形变的主要区域，所以为了保证厂房满负荷安全运行，需要对结构的整体布局及结构合理性进行优化设计。主要优化方案为（1）设计中将柱网等间距设置，这样设计的好处是可以使钢结构厂房得到相同的应力结果，不会使某一个位置的应力集中。（2）增加钢柱的截面尺寸，满足结构的强度和稳定要求。（3）可以减少构件材料厚度，同时等间距的增加构件的数量。虽然减少构件厚度使厂房的形变强度降低，但是加强数量的效果会使厂房结构更合理。而且该优化方案在保障安全性能的同时能够使材料的成本得到降低，使最终的经济效益更加突出。
当确定施工目标后，可以通过计划、执行以及巩固等三个阶段完成施工目标的施行，保障施工质量控制，预防工程通病，三个阶段的主要内容包括：（1）计划编制阶段，主要编制"专项治理监理细则"和"专项治理方案"；（2）计划执行阶段，这是对于治理的计划进行执行、跟踪检查，并且落实整改的阶段，并且该阶段需要对计划进行进一步修正完善，以保证施工能够按照计划进行；（3）治理效果巩固阶段，对施工单位进行管理，保障治理的质量，要求施工单位严格按照方案施工；监理单位积极监督，保证治理质量。
3、钢结构厂房设计监理方案
项目监理单位在施工前，必须制定"通病专项治理监理细则"，成立治理小组，明确目标并明确治理质量。
（1）钢拱架、钢结构数量不足的治理措施，监理应该认真复核设计文件并且就施工问题，及早汇报解决；建立自检体系应对偷工减料，监理工程师严把检验关，旁站监督、加强巡查，做到及早发现问题，及时纠正、整改。
（2）钢结构间距不匀、位置不准确的治理措施，推行施工标准化，严禁随意生产，安装前进行放样、划线等工作，现场监理旁站监督，保证施工按照標准进行。
（3）防锈漆保护层合格率低、承包人应该加强现场管理，做好技术交底工作，必须加强职工思想教育，现场监理坚持工地巡查，加强质量管理，严格工序报建制度。
结语
因为我国钢结构生产起步较晚，所以钢结构生产规范还没有完全建立起来，而且相对价格偏高，限制了钢结构建筑的发展，我国钢结构的施工能力不足，而且钢结构存在着防腐防锈等问题，无形中提高了钢结构的维护成本，因此钢结构的推广应用，还需要更多的努力。
参考文献：
[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].
[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].
[3]CECS102-2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S]