山东省冶金设计院股份有限公司山东莱芜271104
摘要：厂房作为工厂进行生产经营的主要设备，在屋顶设计方面必须要充分考虑到很多因素，厂房设计如果不合理，整体功能以及相关设施的建设也许会受到一定程度上的影响，为了避免这种情况产生，在对厂房主要结构屋面进行设计过程中，设计人员必须引起充分注意，本篇文章主要讲解厂房屋面的具体设计流程以及设计理念。
关键词：大型钢结构；厂房；屋面设计
1前言
现在很多厂房设计相关要求都在逐渐提高。钢结构也越来越多运用到了厂房具体设计过程之中，钢结构由于本身具备的独有的优势以及特点，在厂房屋顶中应用也越来越广发。因为钢结构不同于其他传统材料，在针对一些比较大型的厂房的屋顶设计过程之中就不能一味根据过去施工理念进行工程施工。为了保证工程合理进行，设计人员应该进行相关技术探讨。
2钢结构在屋面中具体应用
现在随着建筑工艺技术的不断发展，已经开始广泛的运用到了压型钢板等轻型维护结构，于是新建厂房也开始出现越来越大的柱距和跨度。在这种情况下，采用传统的屋面体系设计方法无法与这一新的发展趋势相适应，所以必须要在使安全得到确保的情况下针对屋面结构实施相应的优化设计。
在框桁架屋面构件本体当中主要包括两部分的内容，也就是跨中的桁架以及端头的实腹梁，采取比较形象的说法就是利用镂空的方式针对屋面梁的跨中部分腹板进行处理，将实腹的形式保留在端部，将竖向腹杆以及斜向腹杆加在腹板镂空处，可以使一种类似于桁架的结构形式在其中间的部分形成。可以暂时性的采用框桁架对这一体系进行命名。
2.1各种屋面组成优点有机相对缺点
各种屋面结构形式以及框桁架体系的优缺点为：
实腹式钢梁（变截面）
优点：具有十分明确的传力、可靠的连接；具有美观以及简单的特点；可以十分迅速的进行安装或者制造；缺点：具有较大的用钢量，特别是用钢量会在跨度增大的情况下出现十分明显的增加。
平面桁架
优点：具有较小的用钢量，而且具有较大的平面内刚度，能够对较大的竖向荷载起到支撑作用；缺点：节点连接具有比较低的安全储备；具有较大的的构件矢高，与钢柱进行连接的地方具有十分复杂的构造；具有较差的平面外刚度，容易发生挠曲的现象
空间桁架
优点：具有较强的自身刚度；具有较好的平面外刚度；较小的用钢量；具有美观以及简单的特点；缺点：节点连接具有比较低的安全储备；具有较大的的构件矢高，与钢柱进行连接的地方具有十分复杂的构造；具有较高的制作以及安装要求框桁架
优点：具有十分明确的传力、可靠的连接；具有美观以及简单的特点，不会出现压顶感；可以十分方便的进行安装或者制造，具有较小的用钢量，在对其进行维护的时候十分的方便；缺点：在安装第一榀梁的时候需要对临时支撑进行设置。
2.2主次梁体系在屋面结构设计中的应用
本工程弦杆采用轧制型钢，其在桁架平面内的杆件截面高度与几何长度之比大于1/10，故应考虑屋架变位后节点刚性所产生的次应力，可将弦杆的计算应力乘1.15的系数来考虑节点次弯矩的影响。屋架中所有杆件的轴线都在同一平面内，并且各杆件的轴线在节点处交于同一点。作用在屋架上的悬挂吊车的竖向荷载不考虑动力系数，其产生的水平荷载计算屋架时不予考虑。在针对具有较大柱距和跨度的厂房进行设计的时候，需要对与框桁架的协调进行充分的考虑，可以采用主次梁的方式针对屋面檩条进行布置。比如在图1当中，纵向主梁用ZL来表示；次梁用CL来表示；檩条用LT来表示；隅撑用YC来表示；水平支撑用SC来表示；垂直支撑应CC来表示；天窗用TC来表示。通过对纵横向梁的合理设置从而逐级的划分区域，这就是所谓的主次梁体系，其不仅能够促进檩条跨度的减小，同时还能够使断面得到优化。包括屋面框桁架大梁连接纵向桁架主梁的位置，檩条连接屋面次梁以及大梁的位置，次梁连接纵主梁的位置。除此之外，在针对大跨度工业厂房屋面结构进行设计的时候还要配合建筑专业以及工艺专业，优化对其中天窗的布置，在纵向桁架主梁的节点上针对天窗的立脚进行布置，防止与横向次梁和檩条之间出现一定的冲突，这样还可以向主梁进行传力，具有十分合理的受力情况，而且整个断面非常的经济实用。在这里需要指出的是，将纵向桁架主梁设置在柱顶处还可以起到柱顶系杆的作用，在节点构造以及力学模型计算的时候都对这一点进行了充分的考虑。在计算的过程中，这一处的桁架除了要对竖向屋面荷载进行承受之外，还要将水平风荷载从天窗处向上柱进行传递。
3双向角隅撑的运用
支撑杆件一般按长细比选择截面，压杆的容许长细比为200，有重级工作制吊车的厂房拉杆的容许长细比为350，其余情况拉杆的容许长细比为400。交叉斜杆和柔性系杆按拉杆考虑，非交叉斜杆和横杆以及刚性系杆按压杆考虑。当支撑桁架跨度较大、风载较大或承受地震力以及做弹性支承时，尚应计算其内力。一般情况下，屋盖支撑系统是由柔性系杆、刚性系杆、竖向支撑、纵向支撑以及横向支撑共同组成的。一些厂房的柱距较大，吊车的工作量也比较大，屋面中具备了检修的电动葫芦，这就需要加大屋盖的支撑刚度，最好上下弦杆都具备支撑系统，但这对钢材的需求比较大，也会使屋面系统结构更加复杂。为了对支撑系统进行优化，同时又保证屋盖系统的稳定和安全，双向角隅撑的运用有着良好的作用。
在运用双向角隅撑的过程中，首先要在屋面梁的上翼缘布置屋盖的横向水平支撑和纵向水平支撑。利用檩条发挥压杆的作用，角隅撑通过连接纵向主梁和下弦节点来实现框桁架下弦杆的稳定，这样就省略了下弦支撑体系。总之，其传力途径就是通过隅撑拉压杆系，将下弦杆的受压失稳传导到上弦屋面支撑体系。双向角隅撑的运用不仅能够减少用钢量，也使屋面系统更加简洁和稳定。
4结束语
通过本篇文章初步的探讨以及了解，我们简要了解了在进行大型钢结构设计过程中相关房屋的设计要点以及在进行设计过程中，设计人员一些需要注意的要素，这些设计方法每一种都有自己的特点，如果能够具体结合起来，应用到屋顶设计过程中，会是一个比较大的飞跃，在进行设计过程中，设计人员也要随时关注新型技术，及时应用。
参考文献：
[1]庄继勇，沈俊清，陈飞，王发，胡宝琳.某钢厂同一用途厂房不同结构形式的比较[J].钢结构.2012（12）