淺議廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題

韋 婉，徐小平，李晨光

（1.城市建設(shè)研究院，北京 100120；2.城市建設(shè)研究院環(huán)衛(wèi)一所，北京 100120；3.北京陽光城房地產(chǎn)有限公司，北京 100022）

隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房的設(shè)計中已經(jīng)成為非常重要的結(jié)構(gòu)形式。其主要有綜合效益高、施工周期短、現(xiàn)場工作量小、工廠化程度高、造價低、自重輕等優(yōu)點(diǎn)。例如黑龍江省，地理位置處于嚴(yán)寒地帶，冬季大雪紛飛，氣溫極低，導(dǎo)致堆積起來的冰雪反復(fù)凍融，因此，保溫處理就要求很高，普通鋼屋面難以抵制由其造成的破壞，天溝處很容易造成滲漏，這些問題都需要嚴(yán)加注意。

1 廠房結(jié)構(gòu)體系的選型問題

在進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)的方案選擇時，主要從以下幾個方面綜合考慮確定，如技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計分析、建筑節(jié)能設(shè)計以及滿足工藝流程等。其中，格構(gòu)式鋼框架也可選擇，它由析架以及鋼綴條柱構(gòu)成平面框架，并使用雙層保溫壓型鋼板來為墻體以及屋蓋進(jìn)行圍護(hù)。當(dāng)然，柱一網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案也是必不可少的方案之一。它的特點(diǎn)就是：承重結(jié)構(gòu)主要采用鋼筋混凝土柱或輕鋼，上設(shè)雙層保溫壓型鋼板屋蓋，并以鋼網(wǎng)架為屋蓋承重。墻體則以保溫壓型鋼板或砌體作保溫圍護(hù)。

現(xiàn)行方案具有經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)輕盈、造價較低、無論外形還是內(nèi)部都較為美觀、安裝和制造周期短等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠符合建設(shè)單位的要求，從而得以順利實施。但是，已建結(jié)構(gòu)也存在著結(jié)構(gòu)剛度差、耐久性差等其固有的問題。尤其是一些高寒地區(qū)，由于存在長期積雪的可能，剛度問題以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性問題就會表現(xiàn)出來。

2 門式剛架柱網(wǎng)尺寸的選擇及結(jié)構(gòu)體系的布置問題

門式鋼架柱網(wǎng)在進(jìn)行布置時，應(yīng)首先滿足廠房工藝使用的要求，門式鋼架間距一般是6~9m，不論是否具有吊車，門式鋼架的合理柱距，建議采用8~9m。工程中構(gòu)件數(shù)量的多少，將直接影響施工進(jìn)度、安裝的工程量、工程的造價以及加工的工程量。若工程中采用9m的柱距，此時的吊車梁、攘條、鋼架等構(gòu)件的數(shù)量，比起6m柱距大約會減少30%。雖然如此情況會導(dǎo)致截面增大，但是這樣會降低工程造價并縮短施工周期。門式鋼架的較經(jīng)濟(jì)跨度一般可以在21~24m范圍內(nèi)采用，其合理的最大跨度一般不應(yīng)大于36m。

其次，結(jié)構(gòu)體系的選擇方面。墻梁和攘條不僅僅是承受水平以及豎向荷載的構(gòu)件，也是鋼架之間的連系構(gòu)件。每個溫度區(qū)段，在廠房的第二柱間或端部柱間應(yīng)設(shè)置屋蓋的橫向支撐，其縱向水平力一般應(yīng)由支撐體系承受，為使整個廠房形成一個穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，需要在廠房其余的位置，錘隔大約40m就設(shè)置一道橫向的支撐。門式剛架輕型結(jié)構(gòu)房屋的橫向溫度區(qū)段一般小于或等于150m，而縱向溫度區(qū)段則一般不大于300m。

3 檁條、墻梁及拉條應(yīng)注意的問題

經(jīng)濟(jì)高效的實腹式帶卷邊C形和Z形冷彎薄壁型鋼，能夠足以發(fā)揮材料的性能，整體剛度好，慣性矩及其截面回轉(zhuǎn)半徑相對較大，因此，一般情況下為門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的墻梁及檁條所用。但是，其同樣具有一些缺點(diǎn)，比如對荷載的偏心比較敏感，截面抗扭剛度較小。因而，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算過程中，應(yīng)該考慮到可能產(chǎn)生的約束翹曲應(yīng)力以及扭轉(zhuǎn)變形。

對檁條、墻梁及拉條等圍護(hù)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計時，需要注意幾個方面：一是在施工過程中，為了防止施工不便情況的出現(xiàn)，一般不應(yīng)采用雙層拉條；二是風(fēng)吸力組合作用下的檁條下翼緣受壓時，應(yīng)該使用穩(wěn)定計算加以解決；三是檁條的糙定性在風(fēng)吸力作用下，可以使用《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》以及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的公式進(jìn)行驗算。使用連續(xù)構(gòu)件是為了節(jié)省墻梁及檁條，但是不少單位沒有進(jìn)行試驗確定其塔接長度，因而導(dǎo)致塔接長度及連接無法滿足連接梁的條件。因此，在對其進(jìn)行設(shè)計時，如果使用連續(xù)的墻梁及檁條，要對其塔接長度進(jìn)行試驗確定，同時，還需要對其在支座不均勻沉降及溫度變化情況下可能出現(xiàn)的隱患加以注意。

4 門式輕鋼鋼架常見設(shè)計質(zhì)量問題

在門市輕鋼鋼架設(shè)計過程中，常見的質(zhì)量問題主要有：

（1）有的工程無論門式剛架跨度設(shè)計的有多大，選用柱腳螺栓時都按照最小直徑M20進(jìn)行，因而造成了工程事故。針對此種情況，在考慮到與柱腳的剛度相稱及相關(guān)的不利因素影響的情況下，對錨栓的計算應(yīng)該按照最不利的情況進(jìn)行。建議按本措施：一般當(dāng)剛架跨度不大于18m時，應(yīng)選用2個M24；不大于27m時，應(yīng)選用4個M24；不小于30m時，應(yīng)選用4個M30。

（2）有的工程在設(shè)計過程中按剛接計算設(shè)計斜梁及鋼柱，但在實際施工中則省掉鋼柱，用鋼筋混凝土柱或磚柱支承斜梁，因而造成了工程事故。針對此類事件，在設(shè)計過程中需要表達(dá)清楚節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，并使之與計算相符。梁、柱拼接點(diǎn)大都按照剛接點(diǎn)進(jìn)行計算，而因為端部封板較薄，使得其與計算出入較大，因此，為保證短板剛度足夠，應(yīng)該嚴(yán)格控制封板厚度。

（3）有的工程在對門式剛架斜梁進(jìn)行拼接時，把腹板與翼緣的拼接接頭放在一個截面上，這樣很易造成工程隱患。在對拼接接頭進(jìn)行設(shè)計時，腹板接頭與翼緣接頭必須錯開。也有單位在設(shè)計檁條時，并沒有提及鍍鋅方法以及鍍鋅量，而只是簡單的要求鍍鋅，因此，施工單位采用電鍍，導(dǎo)致施工尚未完成，檁條就已經(jīng)生銹。故而在設(shè)計時就應(yīng)該提出需使用熱鍍鋅帶鋼壓制而成的翼緣，并且對鍍鋅量加以要求。

（4）保證整體穩(wěn)定的重要措施是檁條或墻梁、拉條及隅撐位置的設(shè)置，而有的工程設(shè)計卻取消了它們的設(shè)置，這樣就很有可能造成工程隱患。在特殊情況下若無法設(shè)置隅撐，為保證梁柱翼緣不出現(xiàn)屈曲，應(yīng)采取可靠有效地保障措施。門式剛架斜梁及鋼柱的腹板或者翼緣板的厚度可變，但是，有的單位翼緣板由20mm驟然變成8mm，相鄰板的突變對整體受力非常不利，因此，在進(jìn)行設(shè)計時，需逐步變薄，應(yīng)以2~4mm的級差變化為佳。

（5）有的工程，可能會建筑在八度地震區(qū)域，但是它的柱間支撐仍舊采用直徑較小的圓鋼，這就可能導(dǎo)致工程隱患的發(fā)生。因此，在八度地震區(qū)域的建筑工程，應(yīng)對柱間支撐進(jìn)行嚴(yán)格的計算，并且應(yīng)該選用角鋼斷面。

5 結(jié)論

在現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)具有工業(yè)化生產(chǎn)程度高、安裝設(shè)計時間短、用鋼量少等優(yōu)點(diǎn)，在倉庫以及廠房等大跨度結(jié)構(gòu)中得以廣泛應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)代建筑中也會越來越受到歡迎，相信在不久的將來，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)會取得進(jìn)一步的突破。

[1] 閆德樓，閆立紅.多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的若干探析[J].中國科技財富，2011(03).

[2] 龔輝.某廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011(S1).

[3] 高海強(qiáng).多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計論議[J].科技資訊，2012(04).

[4] 張瑋敏，劉虎堂，孔利萍，周莉.多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊)，2012(06).

[5] 王鈺，張漢卿.試述工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計及常用體系[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2010(03).