對(duì)于單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及地震作用分析，必須清楚認(rèn)識(shí)單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房組成，具體包括柱子、屋頂?shù)龋饕ㄔ觳牧蠟殇摻Y(jié)構(gòu)，是十分常見的工業(yè)廠房類型。當(dāng)前工作現(xiàn)代化發(fā)展步伐加快，與此同時(shí)很多冶金領(lǐng)域發(fā)展范圍擴(kuò)展，對(duì)單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及地震作用提出嚴(yán)格要求。改善傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)廠房施工中，使用年限短、自身重、不可回收等局限，真正做到單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房的節(jié)能環(huán)保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)其使用年限的同時(shí)，將施工周期縮短，減輕自身重量，為工業(yè)發(fā)展全面貫徹綠色節(jié)能環(huán)保理念創(chuàng)造條件。 　　1 單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
　　
　　面對(duì)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)廠房結(jié)構(gòu)提出的高要求與標(biāo)準(zhǔn)，積極提出單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)理念，并且結(jié)合實(shí)際廠房設(shè)計(jì)需要，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，積極從在鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)期間，動(dòng)力特性與結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計(jì)角度出發(fā)，充分認(rèn)識(shí)到單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房對(duì)工業(yè)化發(fā)展的重要性。
　　
　　1.1 動(dòng)力特征鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究
　　
　　單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)過程中，必須認(rèn)識(shí)到動(dòng)力特征對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，動(dòng)力特征分析需要有限元軟件SPA的支持完成操作。有限元軟件SPA具體包括有點(diǎn)單元、體單元、線單元與面單元。四個(gè)單元分別對(duì)單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。具體體現(xiàn)在靜動(dòng)力計(jì)算、有限元、線性、非線性等方面。有限元軟件主要從單層多跨鋼結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，對(duì)廠房空間進(jìn)行動(dòng)力特征分析，從而確定廠房空間結(jié)構(gòu)。結(jié)合動(dòng)力特征分析的方式，提前建立好空間結(jié)構(gòu)模型，利用空間結(jié)構(gòu)模型劃分具體單元，同時(shí)采取網(wǎng)格劃分的方式，實(shí)現(xiàn)墻面板、檁條以及屋面板等在單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房中的自重減輕，實(shí)現(xiàn)鋼柱梁重力的均攤[1]。利用有限元軟件對(duì)模型中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開分析，及時(shí)將廠房空間結(jié)構(gòu)情況加以了解，隨后制定不同階層的振型圖，理清其中模型變化周期，及時(shí)統(tǒng)計(jì)特征頻率表。根據(jù)有限元軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房中一榀鋼架的研究與動(dòng)力特征分析，認(rèn)識(shí)到一榀鋼架其振型全部為平面外圍狀態(tài)，并且與其他位置的鋼結(jié)構(gòu)相比剛度較小，如果不能有效控制，極易出現(xiàn)左右擺動(dòng)，影響鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)安全。觀察鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)振型圖，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同階段，變形方向、鋼結(jié)構(gòu)位移等都存在明顯區(qū)別，其中變形也劃分為多種模式，比如扭轉(zhuǎn)變形、整體變形或者平動(dòng)變形等。鋼結(jié)構(gòu)順著一個(gè)方向延伸，其中結(jié)構(gòu)中很多位置都會(huì)出現(xiàn)較大位移變化，這期間就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意，控制鋼梁截面大小，以此來控制鋼結(jié)構(gòu)的位移變化。但是相對(duì)方向如果支撐力不足，也會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象，所以在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須注意雙向鋼結(jié)構(gòu)位移情況，防止各種變形問題的出現(xiàn)。
　　
　　1.2 單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　
　　鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還要根據(jù)單層多跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，綜合考慮其多方面影響因素，必須做到每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都能夠得到有效控制。單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，廠房的鋼梁、橫縱跨度以及廠房柱網(wǎng)等，都會(huì)影響到最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，柱網(wǎng)設(shè)計(jì)必須根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮施工與維護(hù)工作，為柱網(wǎng)后期維護(hù)創(chuàng)造有利條件，確保隨時(shí)能夠檢查柱網(wǎng)的柱距是否統(tǒng)一[2]。根據(jù)檢查情況確定廠房橫縱跨度與剛度，進(jìn)而滿足鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑對(duì)柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)的需求，提高單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、功能性與經(jīng)濟(jì)性、鋼結(jié)構(gòu)廠房柱網(wǎng)設(shè)計(jì)期間，還涉及到鋼結(jié)構(gòu)廠房的伸縮縫位置、尺寸等方面，這些方面的科學(xué)設(shè)計(jì)，保證廠房橫縱柱網(wǎng)尺寸。具體設(shè)計(jì)中需要注意，廠房橫向跨度、縱向跨度之間，必須確保柱距符合廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定。其中廠房橫向跨度中，設(shè)計(jì)主要以3m倍數(shù)為主，縱向柱網(wǎng)尺寸設(shè)計(jì)則以6m為主。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)過程中，橫向跨度設(shè)計(jì)期間，需要考慮到廠房中設(shè)備、生產(chǎn)線、物流、管理以及人員流動(dòng)等因素，還要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與廠房實(shí)際應(yīng)用等，選擇專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行技術(shù)分析與規(guī)劃，確保單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理。 　　2 單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房的地震作用研究
　　
　　不管是任何建筑，都必須認(rèn)識(shí)到抗震的重要性。單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，也需要結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀磺闆r，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)廠房的地震作用，從而保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全與工業(yè)發(fā)展的安全。對(duì)于單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房地震作用，主要從地震作用特點(diǎn)分析、計(jì)算、地震作用分析等方面展開。
　　
　　2.1 地震作用特點(diǎn)
　　
　　單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中，地震作為其建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的重要影響因素，一直困擾著鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展，并且十分受到工業(yè)行業(yè)的關(guān)注與重視。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)師研究重點(diǎn)環(huán)節(jié)。當(dāng)前我國對(duì)建筑結(jié)構(gòu)要求越來越嚴(yán)格，在此背景下，傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展行業(yè)積極創(chuàng)新改革，不斷采取有效措施提高工業(yè)生產(chǎn)廠房的抗震能力，并且提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。但是抗震設(shè)計(jì)中，頻繁出現(xiàn)雪荷載加大、風(fēng)荷載加大、自然因素變化頻繁等情況，相對(duì)來講在一定程度上增加了廠房建筑的造價(jià)，所以為工業(yè)發(fā)展帶來巨大壓力。特別是部分工業(yè)生產(chǎn)建造中，對(duì)于廠房建筑的鋼材使用量并不大，不能滿足廠房承壓需求，與輕鋼廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重不符，體現(xiàn)出廠房建筑施工的局限性，缺少經(jīng)濟(jì)適用性[3]。面對(duì)這種情況，必須認(rèn)識(shí)到鋼結(jié)構(gòu)廠房在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足，從地震作用角度進(jìn)行分析，由此進(jìn)一步提高單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)科學(xué)性，并且增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)廠房的實(shí)用性。地震作用的分析，其本身能夠?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，尤其是具體設(shè)計(jì)中，能夠根據(jù)掌握的地面運(yùn)動(dòng)制定適當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)地質(zhì)變化進(jìn)行間接性動(dòng)態(tài)監(jiān)督，具體考慮因素包括地震速度、加速度與位移等。結(jié)合具體地震發(fā)生的特點(diǎn)，突發(fā)性、偶然性與短暫性、破壞性等，分析這期間廠房結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的短暫性動(dòng)力變化，具體體現(xiàn)在橫向與豎向作用方面。通過相關(guān)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，相較于水平地震作用，其本身作為單層跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房，因?yàn)樯婕胺秶鷱V，所以必須結(jié)合地震作用特點(diǎn)，準(zhǔn)確計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，確保地震作用計(jì)算到位，鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到位。 　　2.2 地震作用計(jì)算
　　
　　地震作用計(jì)算，主要包括底部剪力法、時(shí)程分析法與振型分解反應(yīng)譜法。其中振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算，基本原理在于單自由度體系加速度計(jì)算，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出反應(yīng)譜，同時(shí)根據(jù)地震作用運(yùn)行與分解原理，準(zhǔn)確從振型角度出發(fā)進(jìn)行地震計(jì)算。統(tǒng)一振型對(duì)應(yīng)地震作用效應(yīng)，并且按照自由度體系將地震效應(yīng)呈現(xiàn)出來。此方法計(jì)算比較適合自由度體系地震作用計(jì)算。相較于振型分解反映譜法，時(shí)程分析法，則以結(jié)構(gòu)基本運(yùn)動(dòng)方程為著入點(diǎn)，準(zhǔn)確記錄地面加速度，并且通過方程積分的方式，準(zhǔn)確分析出整個(gè)時(shí)間段的地震作用。將地震波帶入到地震作用計(jì)算中，從地震開始到結(jié)束一直進(jìn)行積分，將此方法與底部剪力法相結(jié)合，嚴(yán)格控制地震內(nèi)力情況，防止鋼結(jié)構(gòu)廠房出現(xiàn)較大變形，跟隨規(guī)律變化而調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以時(shí)程分析法在單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為適合。 　　2.3 地震作用對(duì)單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房的影響研究
　　
　　單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格遵循《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，并且結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際發(fā)展情況，科學(xué)展開抗震設(shè)計(jì)。單層多跨鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合地震加速計(jì)算數(shù)據(jù)，將其設(shè)計(jì)為0.2g，并且梳理其中特征周期，根據(jù)實(shí)際情況周期設(shè)置0.56s。一般情況下單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，其本身的工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跨度較大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在地震作用下，積極進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，掌握鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，選擇重要節(jié)點(diǎn)，準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，確保鋼結(jié)構(gòu)廠房中涉及到的每榀鋼架編號(hào)都十分明確[4]。完成數(shù)據(jù)采集之后，計(jì)算地震作用利用時(shí)程分析法，記錄地面加速度，繪制地震加速度反應(yīng)譜。準(zhǔn)確分析地震反應(yīng)譜中所展示的振幅、頻譜等內(nèi)容。并且根據(jù)地震變化影響系數(shù)，將其與動(dòng)力系數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素相結(jié)合，由此增強(qiáng)單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全能力。
　　
　　3 單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
　　
　　對(duì)于單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，積極發(fā)揮地震作用的同時(shí)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還要注意以下事項(xiàng)：第一，在單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)過程中，必須對(duì)柱網(wǎng)尺寸嚴(yán)格把控。準(zhǔn)確計(jì)算柱網(wǎng)尺寸，確保柱網(wǎng)尺寸符合施工要求的同時(shí)，將其與廠房施工的地址條件相互參考，從而確保打樁方法制定合理。單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房在施工建設(shè)期間相對(duì)復(fù)雜，注意鋼結(jié)構(gòu)橫向與豎向變化，科學(xué)控制方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)好維護(hù)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，進(jìn)而確保鋼結(jié)構(gòu)廠房施工安全。第二，注意單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，柱類型的選擇至關(guān)重要。柱的長(zhǎng)度、寬度等都要十分精確，根據(jù)自身建筑可能產(chǎn)生的負(fù)荷，將其科學(xué)分散到柱的身上，減輕鋼結(jié)構(gòu)廠房本身的承載壓力。通過分離式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，拉大柱與柱之間的距離，充分利用柱慣性矩變化，保證鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。
　　
　　綜上所述，單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地震作用分析，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全至關(guān)重要。科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幫助鋼結(jié)構(gòu)廠房有效控制施工成本，同時(shí)真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展要求，做到節(jié)能環(huán)保。地震作用提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震能力，保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)與使用穩(wěn)定性。