鋼鐵企業(yè)單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢分析

【摘 要】 對于鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在未來的發(fā)展中應(yīng)該更多遵循提高鋼材使用效率、盡量集中使用材料以及各種配件功能兼并的基本原則，逐漸實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)配件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、并利用科技進(jìn)步研究如何使結(jié)構(gòu)更加簡明，在保證結(jié)構(gòu)功能適應(yīng)未來生產(chǎn)需求基礎(chǔ)上延長廠房結(jié)構(gòu)的使用年限提出了筆者的一些認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】 單層；工業(yè)廠房；鋼結(jié)構(gòu)；發(fā)展趨勢

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)加快，科技進(jìn)步與革新促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代。在今后的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷加大的基礎(chǔ)上，鋼鐵企業(yè)的工業(yè)廠房的建筑平面和立體空間都向大型化發(fā)展，而對于一些不適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能或新型生產(chǎn)工藝要求的廠房還需要進(jìn)行改擴(kuò)建。因此，為了適應(yīng)企業(yè)未來的投資規(guī)模和生產(chǎn)工藝革新，需要加快廠房的建設(shè)施工速度，提高單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)比例。一般西方國家的工業(yè)廠房的建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)的比重達(dá)到了90%以上，近年來這個(gè)趨勢在我國的工業(yè)廠房建設(shè)中也逐漸得到體現(xiàn)。而隨著全球資源的日益匱乏，能源供應(yīng)也趨于緊張，如何做好鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尋求如何降低廠房結(jié)構(gòu)的耗鋼量，提高廠房建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，是鋼鐵企業(yè)投資建設(shè)廠房的一個(gè)主要關(guān)注的問題。本文主要就筆者對單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展趨勢一些思考坐出分析。

1 注重發(fā)揮新型材料的新功能

我國未來一段時(shí)期，鋼鐵企業(yè)的單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的新型材料，更多為高效能的鋼材，比如冷彎型鋼、H型鋼或T型鋼等等，對于在廠房中應(yīng)用高強(qiáng)度鋼材沒有什么現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)樵阡撹F企業(yè)的單層工業(yè)廠房中，其承重結(jié)構(gòu)都是由壓彎、承壓以及受彎構(gòu)件構(gòu)成，受構(gòu)件的細(xì)長比和變形控制的構(gòu)件較多，而較少存在受拉構(gòu)件。受壓、彎構(gòu)件等一些輔助構(gòu)件，一般與軸壓穩(wěn)定系數(shù)、板件的容許細(xì)長比和板件的寬厚比以及構(gòu)件自身的容許撓度值的聯(lián)系較為緊密。因此對于一些高強(qiáng)度特性的鋼材應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)中，其鋼材的高強(qiáng)度特性不能被充分應(yīng)用到。

2 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則

（1）集中使用材料的原則即適當(dāng)擴(kuò)大柱距，使承重構(gòu)件大型化，減少構(gòu)件數(shù)量，將鋼材集中使用于承受，恒荷載和吊車荷載的主要承重結(jié)構(gòu)上；讓用于承受活荷載、風(fēng)荷載以及特殊荷載（如地震作用）的結(jié)構(gòu)，其鋼材耗量減少至最小值。

（2）遵循工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)的功能兼并原則，主要就是在確保鋼結(jié)構(gòu)整體可靠性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，實(shí)行一個(gè)構(gòu)件同時(shí)承擔(dān)多種功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，例如常見的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，就是一種功能兼并的實(shí)現(xiàn)，它在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用就同時(shí)發(fā)揮著承重和保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的兩者作用。

（3）充分利用鋼材的強(qiáng)度潛力如盡量采用受拉桿件，少用受壓、受彎桿件，在條件許可時(shí)，盡量采用張力結(jié)構(gòu)體系，在受壓構(gòu)件中宜用短而粗的構(gòu)件，少用長而細(xì)的構(gòu)件，盡量增大穩(wěn)定系數(shù)明值；在受彎構(gòu)件中，應(yīng)盡量增大截面抵抗矩系數(shù)。

（4）考慮結(jié)構(gòu)的空間作用重視結(jié)構(gòu)的整體剛度，盡量使結(jié)構(gòu)由撓度或穩(wěn)定控制變?yōu)猷]雖度控制。計(jì)算表明，對跨度為36m、起重量為350t的焊接吊車梁，容許撓度值由1/750改為1/650，即可節(jié)約鋼材0.5%左右。蘇聯(lián)1981年在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，將吊車梁的容許撓度值由1/750改為1/600，其原因可能與節(jié)約鋼材的因素相關(guān)。為此，今后還應(yīng)對容許變形值進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)研究，按吊車的實(shí)際工作來確定吊車梁的容許撓度和廠房排架的橫向剛度限值。

（5）未來工程廠房的結(jié)構(gòu)將逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，工業(yè)廠房的定型與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的關(guān)鍵就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的定型以及連接節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)廠房的標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化，很大程度也取決于制造廠的生產(chǎn)技術(shù)水平和社會(huì)科技水平以及工程設(shè)計(jì)、建設(shè)企業(yè)的管理水平。工業(yè)廠房的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)綠色施工，降低投資水平具有積極的意義。

（6）工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)，應(yīng)該為施工裝配提供足夠的地面組裝和吊裝提供場地和設(shè)備的客觀條件，結(jié)構(gòu)的整體剛度應(yīng)該能夠達(dá)到構(gòu)件整體吊裝過程中的具體要求，保證吊裝過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。擴(kuò)大組裝規(guī)?？梢蕴岣吖I(yè)廠房建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)勞動(dòng)效率的提高，這也是未來工業(yè)廠房施工方案的主要發(fā)展方向。

3 進(jìn)行技術(shù)革新和結(jié)構(gòu)簡化以降低耗鋼量

屋蓋結(jié)構(gòu)方面建議：采用薄腹梁作屋面擦條，薄腹梁擦條腹板的高厚比可取到200～300，其耗鋼量比析架式擦條還要省8～18%；推廣應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)以節(jié)約鋼材，在析架結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力，一般可節(jié)約鋼材約20%～30%，從具體情況出發(fā)恰當(dāng)?shù)夭捎镁W(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)符合兼并功能，的原則又能定型化生產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)效果較好，能節(jié)約20～40%的鋼材；有條件地方應(yīng)優(yōu)先采用張力結(jié)構(gòu)體系，如吊掛結(jié)構(gòu)等。吊車梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面：當(dāng)廠房柱基差異沉降較小時(shí)，建議采用連續(xù)吊車梁，它可以節(jié)約鋼材約巧%，這在我國個(gè)別車間中曾經(jīng)使用過，但安裝較費(fèi)工。采用預(yù)應(yīng)力鋼吊車梁亦可節(jié)省約15%的鋼材，施加預(yù)應(yīng)力的方式有兩種，一種是在吊車梁的下翼緣直接施加預(yù)應(yīng)力或做成撐桿式使下翼緣預(yù)壓、上翼緣預(yù)拉，另一種是在柱墓礎(chǔ)與吊車梁之間設(shè)拉桿施加預(yù)應(yīng)力以改變吊車梁的受力情況。

4 延長結(jié)構(gòu)的使用壽命

延長結(jié)構(gòu)壽命也是節(jié)約鋼材的一個(gè)重要途徑，其主要措施有：

（1）提高鋼材的抗銹能力低碳鋼抗銹能力較弱，據(jù)有關(guān)資料佑算，約有10%～12%的鋼材損耗是屬于銹蝕損耗的，工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的平均銹蝕速度為0.08～0.32mm/a。低合金鋼的抗銹能力比低碳鋼好，其銹蝕速度約為低炭鋼的50%。提高結(jié)構(gòu)抗銹能力的措施主要有：使結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于清潔和干燥的環(huán)境中；注意通風(fēng)，及時(shí)排除侵蝕性氣體和溫氣；結(jié)構(gòu)截面形式和構(gòu)造方式有利于防銹，如采取集中使用材料的原則和封閉型斷面等。平時(shí)加強(qiáng)維護(hù)，每年至少進(jìn)行一次清灰、清污工作，在一般情況下，視涂裝情況，每3～6年需重新油漆一次。必要和可能時(shí)應(yīng)采用耐候鋼，其抗銹能力約比低碳鋼強(qiáng)10倍。

（2）注意工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的隔熱防火保護(hù)，對于容易受到鋼鐵生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的高溫輻射或別也太金屬噴濺的構(gòu)件，應(yīng)將其進(jìn)行隔熱保護(hù)，避免構(gòu)件的鋼材被破壞而降低構(gòu)件強(qiáng)度和彈性模量，最終引起結(jié)構(gòu)的安全問題；對于生產(chǎn)中可能受到撞擊的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施減少破壞。

（3）做好工業(yè)廠房生產(chǎn)施工環(huán)境、生產(chǎn)工藝設(shè)備、結(jié)構(gòu)質(zhì)量等的調(diào)查研究工作；對于一些容易發(fā)生質(zhì)量問題的構(gòu)件或部位應(yīng)重點(diǎn)考察，及時(shí)采取有效的防護(hù)措施，避免生產(chǎn)安全、工程質(zhì)量事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

上文主要分析了在未來一段時(shí)期內(nèi)，我國鋼鐵企業(yè)單層工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢。重點(diǎn)介紹了如何應(yīng)用新型材料的材料特性，分析了在未來工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要遵循的原則，并分析了如何應(yīng)用新型技術(shù)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡明化來降低廠房建設(shè)工程的耗鋼量，最后總結(jié)了延長鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的使用年限的具體方法。

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