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【摘 要】 随着时代的发展和社会经济的进步，我国工业化水平越来越高，工业化厂房数量越来越多，在新时期，对轻钢结构厂房设计提出了更高的要求。本文对轻钢结构厂房优化设计进行了分析。
【关键词】 厂房设计；轻钢结构；设计要点
引言：
随着高能耗、低效率和破坏环境的建筑材料的逐步退出市场，新型钢材以低耗、高效、环保的特性脱颖而出。近年来，钢材逐渐在建筑行业中占据了主导地位，尤其是轻钢结构在工业厂房的应用，逐渐取代了钢筋混凝土排架结构体系，并且轻钢结构具有高强高韧性、抗震、轻质、不消耗土木、投资回收快等优势。轻型钢结构以其自身的优越性已经在工程中得到合理的、迅速的应用。
一、轻型钢结构厂房的设计原则
1、轻型钢结构房屋设计要求
（1）工艺及使用要求工业建筑要满足生产工艺要求，方便设备的正常运行使用。布置柱网和支撑时应留出必要的净空，同时应注意美观，方便使用。通风、采光、排水、消防等方面的要求也对结构布置有影响。
（2）技术要求结构布置合理，节点构造简单，计算模型准确。结构体系应是稳定体系，设置必要的支撑系统，保证结构安装和使用阶段的可靠性。保证钢材的各项指标，选择合适可靠的连接方法，明确螺栓、焊条的型号，防护做法要满足防火、防腐、耐久等要求。
（3）经济要求要选择经济合理的结构方案，要用料少，制造安装方便，工期短，降低使用阶段的维护费用。
2、轻型钢结构厂房的围护结构
（1）彩色涂层压型钢板轻型彩钢板屋面、墙面可分为两大类，第一类为松散型组合体系，由外到内依次为外屋、压型钢板、玻璃棉毯、铝薄布、檩条、内层压型钢板，其中内层可有可无，视装饰要求定。第二类为复合板体系，即将金属复合板直接固定到檩条上。复合板是用彩色涂钢板做面层，泡沫材料做夹心材料，通过特定的生产工艺复合而成的隔热保温夹心板。芯材又分为聚氨酯和聚苯乙烯泡沫两种。彩色涂层钢板的强度高，防水，耐腐蚀，色泽鲜艳；而泡沫重量轻，保温性极佳，又可承受一定的剪力。它可以按建筑师的意图创造各种形体的建筑。选择夹心板厚度时，应满足隔热、保温、承重、隔声等功能要求。
（2）彩色涂层压型钢板屋面、墙面构造压型钢板屋面和墙面构造，主要解决的问题是：固定点要牢靠，联结点要密封，门窗洞口要做防排水处理。较合理的构造设计固然重要，同时高质量的施工也非常重要。屋面板、墙面板安装质量是决定轻钢结构房屋使用效果的重要环节。
二、轻钢结构厂房一些问题的探讨
1、随着时代的发展一些企业对维护材料要求也不断提高，目前出现了厂房外墙为玻璃幕墙和干挂石材等脆性材料，采取应对措施有控制柱顶变形，无吊车厂房刚架柱顶位移限值为h/240，有吊车为h/400；风荷载计算时应考虑阵风系数；幕墙和石材设计时增加变形能力。
2、在钢筋混凝土柱上设计轻钢屋盖，这种结构对混凝土柱子和锚栓非常不利，折钢梁变形产生挠度对支座产生很大的推力，采取应对措施有：设计成钢梁下缘支座间为直线或设水平拉杆；按两铰拱计算出变形产生的推力，建模型时单独加水平推力荷载；钢屋盖构件设支撑系统，防止钢梁失稳，尤其是平面外的稳定；钢梁与混凝土柱间设抗剪键，锚栓只能安装用和作为安全储备。
3、厂房内彩板隔墙也要考虑风荷载。根据荷载规范要求内隔墙的风荷载的体形系数为-0.2或0.2。
4、轻钢结构厂房的经济跨度，跨度在18m～27m较为合，柱距一般为7m-9m。吊车吨位较大时或厂房檐口较高时取大值，反之取小值。
三、轻型钢结构厂房的优化设计
1、刚架最优柱距的确定刚架的柱距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关。随着刚架柱距的增大，刚架用钢量是逐步下降的，但当柱距增大到一定的数值后，刚架的用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降后上升。大量计算数据表明：一般情况下，门式刚架的最优柱距为6-9m，柱距不宜超过9m，超过9m屋面檩条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。因此，从综合分析的角度看，确定合理的柱距才能既节省钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式刚架轻型房屋结构体系在我国的发展。
2、合理跨度的确定在设计中，应该根据具体房屋的高度来确定合理的跨度，总体来说，当荷载和柱高一定时，我们在设计中就应适当加大房屋的跨度，这样一来，刚架的用钢量整体增加不明显，但却很大程度上节省了空间。通过大量计算得出：当檐口高度为7m、柱距8.5m，荷载情况完全一致的情况下，跨度在18—48m之间的刚架单位用钢量为18-35kg/m2，当檐口高度为12m时（其他情况相同），跨度在18—48m之间的刚架单位用钢量（Q235—B）为25—40kg/m2，因此，在工艺要求允许的情况下，设计人员选择方案时应选择较为经济合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。
3、截面优化设计（1）穷举法首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式，并在满足具体设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低作为控制条件，得到满意的截面尺寸。门式刚架常采用变化构件的截面来适应弯矩的变化以达到节约钢材的目的。除腹板的高度变化外，厚度也可根据需要变化，上、下翼缘可以用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同的截面形式。因此，影响整个刚架用钢量的因素有上、下翼缘宽度、厚度，腹板的厚度，构件大头、小头的高度，而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。工程设计从形式上来说，是一种非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。（2）用最优化理论首先可以把问题归纳为一个单目标的问题，用钢量最少或造价最低最为优化的具体目标函数，应力、位移等可以作为约束条件，最后用我们的数学方法得到最满意的解。事实上，结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理，而是一系列难以用精确的计算解决的、具有主观色彩的决策问题。所以，完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。当设计人员决定了结构形式后，截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸，经过试算来确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速的得到比较理想的截面尺寸。
4、柱脚设计
轻钢结构柱脚形式有两种：即铰接柱脚和刚接柱脚。对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单。但部分轻钢节结构厂房都有吊车，依据《轻钢结构刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：用于工业厂房且有5t以上的桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接；《技术措施结构2003》规定：当设有桥式和梁式吊车时，轻钢结构刚架柱宜采用等截面构件，柱脚应设计成刚接。因此5t以上的桥式和梁式吊车的门刚结构柱脚应设计成刚接；3t及以下悬挂式吊车和无吊车的门刚结构，柱脚才可以设计成铰接。有较大吊车的房屋，柱顶位移较大，柱脚采用刚接，使得每榀刚架形成超静定结构，不但能减小柱顶位移而且具有更大的安全储备。对于高宽比和风荷载较大的无吊车门刚结构，柱脚也宜设计成刚接。同时当柱底板与混凝土基础间的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力时柱脚还应设置抗剪键，抗剪键的设置需要计算。在基础施工时应留置键槽，键槽每侧宽出抗剪键不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时不宜大于50mm，柱脚刚接时不宜大于100mm。
四、结束语
轻钢结构设计对于建筑工程钢结构设计来说具有十分重要的作用，对于钢结构设计的发展也是具有重大意义的，因此我们应该加强对于轻钢结构设计的探讨。由于我国在建筑行业，特别是在轻型钢结构建筑方面的发展还不是很好，在施工设计中还存在着很多的问题，因此，应该在轻钢厂房的设计方面多做研究。并且由于我国的轻钢结构厂房的需求量不断增加，做好轻钢结构厂房的设计就会更加的重要。
参考文献：
[1]赵玉祥.浅析钢结构厂房的制造安装技术.城市建设理论研究.2012（4）.
[2]朱生.论钢结构厂房施工工艺及安装质量通病.黑龙江科技信息.2012（18）.
【关键词】 厂房设计；轻钢结构；设计要点
引言：
随着高能耗、低效率和破坏环境的建筑材料的逐步退出市场，新型钢材以低耗、高效、环保的特性脱颖而出。近年来，钢材逐渐在建筑行业中占据了主导地位，尤其是轻钢结构在工业厂房的应用，逐渐取代了钢筋混凝土排架结构体系，并且轻钢结构具有高强高韧性、抗震、轻质、不消耗土木、投资回收快等优势。轻型钢结构以其自身的优越性已经在工程中得到合理的、迅速的应用。
一、轻型钢结构厂房的设计原则
1、轻型钢结构房屋设计要求
（1）工艺及使用要求工业建筑要满足生产工艺要求，方便设备的正常运行使用。布置柱网和支撑时应留出必要的净空，同时应注意美观，方便使用。通风、采光、排水、消防等方面的要求也对结构布置有影响。
（2）技术要求结构布置合理，节点构造简单，计算模型准确。结构体系应是稳定体系，设置必要的支撑系统，保证结构安装和使用阶段的可靠性。保证钢材的各项指标，选择合适可靠的连接方法，明确螺栓、焊条的型号，防护做法要满足防火、防腐、耐久等要求。
（3）经济要求要选择经济合理的结构方案，要用料少，制造安装方便，工期短，降低使用阶段的维护费用。
2、轻型钢结构厂房的围护结构
（1）彩色涂层压型钢板轻型彩钢板屋面、墙面可分为两大类，第一类为松散型组合体系，由外到内依次为外屋、压型钢板、玻璃棉毯、铝薄布、檩条、内层压型钢板，其中内层可有可无，视装饰要求定。第二类为复合板体系，即将金属复合板直接固定到檩条上。复合板是用彩色涂钢板做面层，泡沫材料做夹心材料，通过特定的生产工艺复合而成的隔热保温夹心板。芯材又分为聚氨酯和聚苯乙烯泡沫两种。彩色涂层钢板的强度高，防水，耐腐蚀，色泽鲜艳；而泡沫重量轻，保温性极佳，又可承受一定的剪力。它可以按建筑师的意图创造各种形体的建筑。选择夹心板厚度时，应满足隔热、保温、承重、隔声等功能要求。
（2）彩色涂层压型钢板屋面、墙面构造压型钢板屋面和墙面构造，主要解决的问题是：固定点要牢靠，联结点要密封，门窗洞口要做防排水处理。较合理的构造设计固然重要，同时高质量的施工也非常重要。屋面板、墙面板安装质量是决定轻钢结构房屋使用效果的重要环节。
二、轻钢结构厂房一些问题的探讨
1、随着时代的发展一些企业对维护材料要求也不断提高，目前出现了厂房外墙为玻璃幕墙和干挂石材等脆性材料，采取应对措施有控制柱顶变形，无吊车厂房刚架柱顶位移限值为h/240，有吊车为h/400；风荷载计算时应考虑阵风系数；幕墙和石材设计时增加变形能力。
2、在钢筋混凝土柱上设计轻钢屋盖，这种结构对混凝土柱子和锚栓非常不利，折钢梁变形产生挠度对支座产生很大的推力，采取应对措施有：设计成钢梁下缘支座间为直线或设水平拉杆；按两铰拱计算出变形产生的推力，建模型时单独加水平推力荷载；钢屋盖构件设支撑系统，防止钢梁失稳，尤其是平面外的稳定；钢梁与混凝土柱间设抗剪键，锚栓只能安装用和作为安全储备。
3、厂房内彩板隔墙也要考虑风荷载。根据荷载规范要求内隔墙的风荷载的体形系数为-0.2或0.2。
4、轻钢结构厂房的经济跨度，跨度在18m～27m较为合，柱距一般为7m-9m。吊车吨位较大时或厂房檐口较高时取大值，反之取小值。
三、轻型钢结构厂房的优化设计
1、刚架最优柱距的确定刚架的柱距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关。随着刚架柱距的增大，刚架用钢量是逐步下降的，但当柱距增大到一定的数值后，刚架的用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降后上升。大量计算数据表明：一般情况下，门式刚架的最优柱距为6-9m，柱距不宜超过9m，超过9m屋面檩条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。因此，从综合分析的角度看，确定合理的柱距才能既节省钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式刚架轻型房屋结构体系在我国的发展。
2、合理跨度的确定在设计中，应该根据具体房屋的高度来确定合理的跨度，总体来说，当荷载和柱高一定时，我们在设计中就应适当加大房屋的跨度，这样一来，刚架的用钢量整体增加不明显，但却很大程度上节省了空间。通过大量计算得出：当檐口高度为7m、柱距8.5m，荷载情况完全一致的情况下，跨度在18—48m之间的刚架单位用钢量为18-35kg/m2，当檐口高度为12m时（其他情况相同），跨度在18—48m之间的刚架单位用钢量（Q235—B）为25—40kg/m2，因此，在工艺要求允许的情况下，设计人员选择方案时应选择较为经济合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。
3、截面优化设计（1）穷举法首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式，并在满足具体设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低作为控制条件，得到满意的截面尺寸。门式刚架常采用变化构件的截面来适应弯矩的变化以达到节约钢材的目的。除腹板的高度变化外，厚度也可根据需要变化，上、下翼缘可以用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同的截面形式。因此，影响整个刚架用钢量的因素有上、下翼缘宽度、厚度，腹板的厚度，构件大头、小头的高度，而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。工程设计从形式上来说，是一种非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。（2）用最优化理论首先可以把问题归纳为一个单目标的问题，用钢量最少或造价最低最为优化的具体目标函数，应力、位移等可以作为约束条件，最后用我们的数学方法得到最满意的解。事实上，结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理，而是一系列难以用精确的计算解决的、具有主观色彩的决策问题。所以，完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。当设计人员决定了结构形式后，截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸，经过试算来确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速的得到比较理想的截面尺寸。
4、柱脚设计
轻钢结构柱脚形式有两种：即铰接柱脚和刚接柱脚。对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单。但部分轻钢节结构厂房都有吊车，依据《轻钢结构刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：用于工业厂房且有5t以上的桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接；《技术措施结构2003》规定：当设有桥式和梁式吊车时，轻钢结构刚架柱宜采用等截面构件，柱脚应设计成刚接。因此5t以上的桥式和梁式吊车的门刚结构柱脚应设计成刚接；3t及以下悬挂式吊车和无吊车的门刚结构，柱脚才可以设计成铰接。有较大吊车的房屋，柱顶位移较大，柱脚采用刚接，使得每榀刚架形成超静定结构，不但能减小柱顶位移而且具有更大的安全储备。对于高宽比和风荷载较大的无吊车门刚结构，柱脚也宜设计成刚接。同时当柱底板与混凝土基础间的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力时柱脚还应设置抗剪键，抗剪键的设置需要计算。在基础施工时应留置键槽，键槽每侧宽出抗剪键不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时不宜大于50mm，柱脚刚接时不宜大于100mm。
四、结束语
轻钢结构设计对于建筑工程钢结构设计来说具有十分重要的作用，对于钢结构设计的发展也是具有重大意义的，因此我们应该加强对于轻钢结构设计的探讨。由于我国在建筑行业，特别是在轻型钢结构建筑方面的发展还不是很好，在施工设计中还存在着很多的问题，因此，应该在轻钢厂房的设计方面多做研究。并且由于我国的轻钢结构厂房的需求量不断增加，做好轻钢结构厂房的设计就会更加的重要。
参考文献：
[1]赵玉祥.浅析钢结构厂房的制造安装技术.城市建设理论研究.2012（4）.
[2]朱生.论钢结构厂房施工工艺及安装质量通病.黑龙江科技信息.2012（18）.