工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設計探討

陶宏波

(武漢聯(lián)動設計股份有限公司 430074)

引言

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在我國應用的時間并不長，其具體的設計及施工技巧都還在探索階段。雖然鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房有很多優(yōu)點，但作為一種材料，它也有很多缺點，例如防火性能差、易銹蝕等，在設計與施工的過程中一定要考慮到這些因素。

1.鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的特點

1.1鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)點

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①施工簡易、靈活。用于生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的構(gòu)件可以在工廠中批量生產(chǎn)，相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑來說，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房施工速度快、施工簡易方便、安裝快捷，在縮短施工周期方面占據(jù)了絕對性的優(yōu)勢。②綜合性能好、自重輕。一般鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房由于其結(jié)構(gòu)上的簡易，先進的材料自重較輕的特點，與其它工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)材料相比可以減輕建筑物整體結(jié)構(gòu)重量的 30%之多。在地基承載力較低和地質(zhì)問題多發(fā)的地方，用于這種材料就具有了明顯的優(yōu)越性能。同時，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房還具有所占空間小的特點，在現(xiàn)如今寸土寸金的時代里，更是得到了廣大建筑設計者和建筑商的青睞。③環(huán)保。環(huán)保在現(xiàn)在整個人類社會中已成為了共同關(guān)注的話題，環(huán)保問題關(guān)系著人類社會的長遠發(fā)展和生存質(zhì)量，因此，世界各國都在不斷的積極投身到環(huán)保工作當中。在這種大的潮流驅(qū)動下，鋼材作為一種高強度、高能效的材料，由于其鋼結(jié)構(gòu)體系本身就是一種綠色環(huán)保型的建筑結(jié)構(gòu)體系，其再循環(huán)利用的可能性和必然性都要比其他材料的工業(yè)廠房建筑大得多。綜合上述優(yōu)勢，專家認為，鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房無論從經(jīng)濟還是從長遠考慮，其綜合性能優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

1.2鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的缺點

任何東西的存在都具有兩面性，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房同樣也需要對其進行兩面性的分析。它所具有的優(yōu)點所有人都有目共睹，但是基于這種優(yōu)點下的缺點也不容被忽視的，主要表現(xiàn)在以下幾點：第一，防火性能差。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的主體結(jié)構(gòu)由于沒有鋼筋混凝土和水泥混凝土的隔絕，一旦發(fā)生火險，后果是嚴重的。因此，從任何一方面考慮，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房都應做好防火工作。第二，易銹蝕。鋼的主要成分是鐵，在潮濕的空氣當中，很容易發(fā)生化學反應而被銹蝕。被銹蝕之后的鋼如不及時處理，銹蝕的速度將會成倍增長。

2.鋼結(jié)構(gòu)廠房設計不足之處

作為一個結(jié)構(gòu)設計師必須要做到的就是根據(jù)企業(yè)用戶的需要對廠房結(jié)構(gòu)進行整體設計，對廠房的柱網(wǎng)、跨度、氣樓、吊車形式等進行詳細規(guī)劃，以滿足實際使用需要。首先是柱網(wǎng)跨度等，確定柱網(wǎng)跨度時，必須要了解生產(chǎn)工藝、設備的布置，生產(chǎn)線的數(shù)量、吊車的噸位及使用頻率等。而不是一味的追求結(jié)構(gòu)的用鋼量最小，不滿足生產(chǎn)使用要求，即使廠房造價很低也是最大的浪費。

其次是內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)部有柱間支撐，柱列上有電纜橋架、管道支架等，某些構(gòu)件承受的荷載也隨之加大，對敏感結(jié)構(gòu)廠房自身的受力情況合理規(guī)劃是設計的重點和難點。 廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計不足表現(xiàn)為：鋼支架分布、氣樓形式不合理，柱間支撐位置影響內(nèi)部物流通道，內(nèi)部隔墻和梁柱檁條等連接不合理造成地震力加大，剛度不均勻。另外由于對生產(chǎn)工藝、對吊車的外形尺寸了解不夠，造成廠房內(nèi)吊車噸位、數(shù)量、形式（單梁吊、雙梁吊、半門吊）、安裝吊車所留的凈空高度等不合理，從而影響生產(chǎn)使用或造成較大浪費。 最后是成本造價，工業(yè)建筑設計必須充分考慮成本造價高低，這是決定企業(yè)收益大小的關(guān)鍵。工業(yè)廠房設計方案基本上決定了后期施工的成本投資，成本控制失效是廠房設計常見的弊病。 例如鋼結(jié)構(gòu)廠房在空間結(jié)構(gòu)設計上不科學，柱腳形式（鉸接、錨栓剛接、錨栓加鋼靴剛接、埋入式剛接）選用不當，廠房使用性能不達標引起返工返修次數(shù)增加等，這些都會增加造價。

3.鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計

鋼結(jié)構(gòu)工程要針對安裝階段和制作階段分別編制施工組織設計。此外，制作工藝還應包括制作階段得各項質(zhì)量標準和工序，以及出臺各種緊急應對措施。

3.1鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房支撐系統(tǒng)的設計原則

為了確保鋼結(jié)構(gòu)廠房的空間設計達標，應適當提高其整體制度，傳遞和承受縱向水平力。從而避免壓桿失穩(wěn)，防止桿件產(chǎn)生過大的變形開裂。并且還要確保車間吊車的整體設置以及廠房的高度、跨度和溫度區(qū)段的長度等情況布局可靠的支撐系統(tǒng)。下柱支撐的位置是決定廠房縱向結(jié)構(gòu)變形方向的重要梁柱，它影響著溫度應力的大小，所以，下柱支撐應盡可能設在溫度區(qū)段的中部。使吊車粱等縱向構(gòu)件能隨著溫度變化比較自由地向區(qū)段兩端伸縮。

3.2鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的抗震設計

對于鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的抗震設計，應該從以下幾個方面入手：

3.2.1在總體布置方面要求廠房剛度均勻分布和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，使廠房變形協(xié)調(diào)受力均勻，盡量避免因結(jié)構(gòu)鋼度不均勻?qū)拐鹪斐刹焕绊?，廠房橫向結(jié)構(gòu)宜采用鋼架與梁柱有一定的框架。這樣可以充分利用鋼結(jié)構(gòu)的受力性能并減少橫向結(jié)構(gòu)變形

3.2.2.對于鋼結(jié)構(gòu)廠房的失效，一般情況是因為桿件失穩(wěn)而造成并非桿件強度不足的原因，合理設置支捧系統(tǒng)可以保證廠房結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，對結(jié)構(gòu)廠房尤為重要

3.2.3在防地震設計時應注意鋼結(jié)構(gòu)對廠房搭建的影響。

3.3鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房耐熱性設計論文

鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房防火能力較差。相應的鋼材結(jié)構(gòu)在 100攝氏度以上時，鋼材的抗拉能力將隨著溫度的不斷升高而降低。當溫度增加到攝氏度 250左右時，鋼材的抗拉程度有所提高，但可塑性卻降低了，并出現(xiàn)了相應的脆裂現(xiàn)象，超過攝氏250度時鋼材將出現(xiàn)裂變現(xiàn)象。而溫度達到500℃時，鋼材將達到最低的強度從而致使相應的鋼材結(jié)構(gòu)變異塌落。當相應的工業(yè)廠房溫度達到攝氏 150度時，應進行相應的隔熱和防火設計。

4.工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房是企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的一個模塊，廠房都是為生產(chǎn)服務的。廠房結(jié)構(gòu)設計不符合要求常表現(xiàn)為：鋼支架分布不合理，墻體厚度、高度、寬度指標不足等。鋼結(jié)構(gòu)的形式包括空間桁架、框架、平面桁架、輕鋼、索膜、網(wǎng)架、塔桅等，設計師應根據(jù)企業(yè)的建廠條件和具體要求選擇結(jié)構(gòu)，對于懸掛荷載偏大的應選擇網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而減小建筑荷載。此外，廠房結(jié)構(gòu)選型還可以通過采用不同的材料來做支撐結(jié)構(gòu)， 對于懸掛荷載偏大的應選擇網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而減小建筑荷載。此外，廠房結(jié)構(gòu)選型還可以通過采用不同的材料來做支撐結(jié)構(gòu)，具體選擇應根據(jù)其使用要求，合理選擇焊接鋼管、無縫鋼管等材料來滿足結(jié)構(gòu)需要。無縫鋼管具有中空截面，可以用作輸送流體的管道；鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭等強度時，由于其質(zhì)量較輕，用于廠房結(jié)構(gòu)可增強鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，在廠房設計中首先要滿足工藝要求，結(jié)構(gòu)設計也一定要滿足工藝條件， 特別是在方案設計階段，設計人員應多參與工藝協(xié)調(diào)，多了解工藝布置，以便減少設計和施工不必要的麻煩。而一些企業(yè)在進行鋼結(jié)構(gòu)廠房設計時，沒有從大局上把握設計思路，造成廠房占地位置劃分不合理或企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的面積不能充分利用。

5.結(jié)束語

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，各種工業(yè)廠房的建設日益加快，采用何種結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置應該綜合考慮生產(chǎn)工藝，經(jīng)濟技術(shù)等因素的影響，既要考慮經(jīng)濟因素又要滿足使用要求。鋼結(jié)構(gòu)形式的工業(yè)廠房無疑具有其他結(jié)構(gòu)形式所不具有的顯著優(yōu)勢。

[1]李志勇，戴建琪.探討在廠房中門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的設計思路[J].四川建材，2009，（06）：54-56.

[2]林攀舉.淺談門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設計[J].科技資訊，2010，（21）：73-74.