浅谈工业建筑钢结构设计

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【摘 要】以下是笔者在这几年设计工作实践中关于工业建筑结构设计的几点心得体会，仅供设计人员和施工人员参考。工业建筑结构设计虽然相对复杂，若设计中严格遵循设计原则、不断优化设计概念、熟练掌握规范，定能设计出安全、经济、适用的优秀作品。

【关键词】工业建筑；结构设计；钢结构

1、某工程建筑结构设计要求

（1）本工程建筑结构安全等级为二级、设计使用年限为50年、建筑抗震设防类别为标准设防类。

（2）基础选型。现阶段其它车间及构筑物的基础型式暂按以下情况考虑：

①对于本工程中荷载较大或是斜坡上架空建（构）筑物，如：主厂房，配料室、燃料破碎室、筛粉室、成品矿仓库、主烟囱、混合室、主电除尘器等拟采用桩基础。②挖方区场地地质条件比较好的车间，如：机尾除尘器及风机房、整粒除尘器及风机房拟采用独立基础。③对于荷载不大的建（ 构） 筑物，如皮带通廊、袋式除尘系统，水泵站及水池、变电所等拟采用柱下独立基础或墙下条形基础。

（3）湿式作业的车间，除需防腐处理的平台采用钢筋砼结构外，其余各操作平台尽可能采用钢梁上铺设钢格栅板（框架梁仍采用钢筋砼结构） 。电缆桥架和管道桥架均采用钢结构。

挡墙部分：填方区挡墙分为两种，高度8m以下采用毛石砌体挡墙，高度8m以上及场地紧张时采用钢筋砼扶壁式挡墙或排桩支护结构（可加锚杆）或加筋土挡墙；挖方区挡墙除以上几种型式外，还可采用锚杆支挡结构。

（4）地下室的结构做法和防水等级。地下通廊（防水等级四级）、水池、泵房等地下结构或主体结构的地下部分采用现浇防水混凝土结构，防水混凝土的设计抗渗等级不小于P6级。

2、主要设计数据

结构设计应本着安全，经济合理，确保工程质量的原则进行，并且需遵循现行的国家规范、规程，并严格遵守规范强制性条文。结构设计应考虑以下主要设计数据： 极端最高温度、极端最低温度、基本风压、地面粗糙度、基本雪压（0.35KN/m2）、地震设防烈度、基本地震加速度（0.10g）、设计地震分组、设计特征周期、场地土类别、地下水位等。特别在进行抗震设计时，重要建（构）筑物的抗震设防类别和抗震设防烈度均应相应提高进行设计。

3、基础地基处理

对于重要建（构）筑物地基处理，可根据场地具体情况选用合适的处理方案，例如人工挖孔桩（嵌岩）、钻孔灌注桩（嵌岩）、预应力混凝土管桩、地基处理桩等。在进行桩基设计时，单桩承载力宜控制在单桩承载力特征值的80%以内。当新建（构）筑物距离老建（构）筑物较近时，需选用合适的桩型，以减小桩基施工时对老建（构）筑物的影响。

对于次要建（ 构） 筑物地基处理，例如钢梯、直爬梯基础，室外水沟、电缆沟等可以用较浅的土层作基础持力层，要求原土夯实，并超挖分层换填一定厚度砂夹石，并压实。基础施工完毕后，应及时分层回填压实。

4、设计基本原则

（1）钢材选用

通常情况下受力构件采用Q235-B或Q345-B钢，平台板、梯子和栏杆采用Q235-A钢，吊车梁采用Q235-C或Q345-C钢。Q345钢力学性能和化学成分应符合国家标准GB/T 1591-1994的规定，Q235钢力学性能和化学成分应符合国家标准GB/T 700-2006的规定。特殊结构采用特殊钢材，例如高炉炉壳采用BB503钢，热风炉炉壳拱顶采用BB41-BF钢，转炉平台及防护板采用铸铁板等。

（2）焊接及螺栓

焊条：手工焊时，当母材出现Q235-A，Q235-B时，对于焊缝质量等级要求为一级的焊接须采用E4315或E4316型焊条，其他情况下的焊接可采用E4301或E4303型焊条。焊条的性能必须符合GB/T 5117-1995。Q345-B与Q345-B的焊接采用E5015或E5016型焊条，焊条的性能必须符合GB/T 5118-1995。自动焊或半自动焊时，Q235-B与Q235-B或Q235-B与Q345-B的焊接采用H08A焊丝，并配以相应焊剂；Q345-B的焊接采用H08 MnA 焊丝，并配以相应焊剂。焊丝技术条件应符合G B / T14957～14958-94。BB503，BB41-BF钢材焊接应配以相应的焊丝、焊剂，施工单位对BB503，BB41-BF钢材的焊接方法及焊接工艺必须在施焊前进行焊接实验，在取得合格的焊接工艺实验结果后，方可进行正式的焊接工作。

吊车梁下翼缘的对接焊缝，大型框架结构中框架梁、框架柱拼接时的对接焊缝，其质量等级为一级，其他情况下对接焊缝的质量等级均为二级。吊车梁内角焊缝的外观质量标准为二级，其他情况下角焊缝的外观质量标准均为三级。质量检查应符合GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范的标准。焊缝的焊接质量检查尚应符合JGJ 81-2002建筑钢结构焊接规程的规定。

永久螺栓为C级螺栓（性能等级为4.8级），应符合GB/T5781-2000的要求。高强螺栓为扭剪型高强螺栓（性能等级10.9），应符合GB/T 3632-2008钢结构用扭剪型高强螺栓连接副的规定。高强螺栓连接处构件接触面采用喷砂处理，摩擦系数均不得小于0.45。结构用地脚螺栓原则上采用Q235-B钢制作，产品等级按C级制造。螺栓应符合GB 196-81普通螺纹基本尺寸，GB 197-81普通螺纹公差与配合规定8g级制造。螺母应符合GB/T 41-2000Ⅰ型六角螺母-C级，M72X6螺母应符合JB/ZQ 4330-86规定。垫圈应符合GB/T 95-85平垫圈C级，JB/QA4345-86矩形垫板规定。设备螺栓，技术要求应由设备专业确定。

（3）除锈及涂装

钢结构应根据材料供货状况，采取必要的除锈处理，并进行防锈涂装。重要钢结构如大烟道、主厂房机尾钢平台等钢结构，采用耐高温防腐涂料，除锈等级达到Sa2. 5；其他普通钢结构采用手工除锈，除锈等级达到St3。上述除锈等级均按GB/T 8923-1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级执行。具体涂装要求由业主、工艺专业确定。

（4）钢筋混凝土结构用材

混凝土标号以实际计算为准。普通结构采用C25，受力较大的结构采用C30～C50，垫层采用C10，基础采用C25混凝土（特殊要求除外）。有防水要求的建（构）筑物和构件采用防水混凝土，有耐热要求的构件采用耐热混凝土。钢筋：HPB235，HRB335，HRB400。较大的受弯构件优先选用HRB400。

5、设计基本要求

钢结构应力和变形控制要求：钢梁应力应达到强度设计值的90%；钢柱应力应达到强度设计值的95%；钢构件变形应达到变形容许值的100%。钢梁、钢柱原则上采用焊接H型钢。墙皮檩条：组合檩条用槽钢，其他檩条用卷边槽形冷弯薄壁型钢。墙皮檩条计算时无需考虑阵风系数。大荷载平台钢格板选WB405/2PT，活荷载5kN/m2时最大跨度2.4m。小荷载平台和楼梯踏步钢格板选用WA255/1PT，活荷载2.5kN/m2时最大跨度1.8m。

钢筋混凝土结构配筋要求：框架梁的配筋率控制在1.2%～1.7%；框架柱（每边）的配筋率控制在0.7%～1.1%；独立基础的最小配筋率0.15%；单桩单柱承台0 . 1 % 。屋面板上部配置双向抗温度收缩构造钢筋Ф8@200，并与主筋按受拉钢筋要求搭接。承台的配筋形式：单柱2桩承台按梁式配筋；单柱3桩及3桩以上承台按板式配筋，只配承台底部的一层钢筋； 多柱多桩承台须上、下双层配筋。

6、结语

在我国现在的工业建筑中，钢筋混凝土结构、钢结构都是经常采用的结构形式。在工业建筑结构的设计过程中，本文通过某工程建筑设计实例，总结归纳了一些设计中应该注意的问题。在结构设计中，每个设计者的经验不同，对规范的理解不同，所以在处理某个设计问题时，也就会采取不同的处理方法。通过本文希望引起重视，对设计和施工有所帮助，可供设计人员及施工人员参考。