試論鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計與施工問題

潘雪松

摘 要：改革開放之后，我國的工業(yè)化進(jìn)程在不斷加快，很多工廠如雨后春筍般出現(xiàn)在我國的各個城鎮(zhèn)中，而工業(yè)廠房作為工業(yè)生產(chǎn)必不可少的場所，廠房的建筑施工已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)的重要組成部分。而鋼建筑結(jié)構(gòu)因具有自重輕、變形能力強(qiáng)、建筑工期短、整體剛性好和工業(yè)化程度高等特點(diǎn)，近些年來已經(jīng)逐漸取代了混凝土建筑結(jié)構(gòu)，成為工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的主流。但值得注意的是，鋼建筑結(jié)構(gòu)雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其同時也存在防火性能差、易腐蝕等缺點(diǎn)，因此在進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計時一定要引起重視，這樣才能切實(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和合理性。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)廠房；設(shè)計；施工

中圖分類號： TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）27-44-2

0 引言

我國工業(yè)近些年得到了較為良好的發(fā)展，廠房的設(shè)計也開始備受關(guān)注。我國過去的工業(yè)廠房所采用的原材料大多是鋼筋混凝土，近些年已經(jīng)逐步發(fā)展成為鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑，其施工快，塑性好，現(xiàn)已經(jīng)逐步的取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房，同時在工業(yè)建筑方面得到了較為廣泛的應(yīng)用。由此有必要對工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 鋼結(jié)構(gòu)類型

1.1 框架結(jié)構(gòu)

單純的框架結(jié)構(gòu)有著較高的側(cè)向承載力，一般在12層以內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)廠房中應(yīng)用，有著良好的延展性。缺點(diǎn)是側(cè)向剛度小，層高有限制。優(yōu)點(diǎn)是布置靈活，適合對房間空間要求大的廠房。

1.2 框架—中心支撐結(jié)構(gòu)

支撐構(gòu)件和周邊框架形成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，形成支撐體系。中心支撐比交叉支撐更加適合，能夠采用單斜支撐和人字支撐。該結(jié)構(gòu)有點(diǎn)是將側(cè)向位移大大減小，適合地震頻發(fā)區(qū)。

1.3 框架—偏心支撐（延性墻板）結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是，梁和每對支撐交點(diǎn)或者支撐與梁交點(diǎn)和柱之間形成了消能梁段，偏心支撐耗能梁段的設(shè)置部位決定了支撐的位置。該結(jié)構(gòu)有著較好的抗震性，尤其是采用偏心支撐的方法能夠有效地利用消能梁段。此結(jié)構(gòu)需要注意使用強(qiáng)支撐、強(qiáng)柱和弱消能梁段。

1.4 內(nèi)藏鋼支撐鋼筋混凝土剪力墻板結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)能夠很好地發(fā)揮抗震性能，結(jié)構(gòu)中的鋼板支撐發(fā)揮了主要作用，其水平剛度會在外包鋼筋混凝土的保護(hù)下有所增加。

1.5 空間桁架結(jié)構(gòu)

空間桁架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)在圓球的鉸結(jié)點(diǎn)，通過任意一條軸線能夠轉(zhuǎn)動連接圓球鉸的桿件。所以，空間桁架被廣泛地應(yīng)用到塔架、起重機(jī)構(gòu)架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本方法

直覺優(yōu)化和概念優(yōu)化是現(xiàn)階段工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的兩種優(yōu)化方式。其中，直覺優(yōu)化指的是，設(shè)計師憑借自身扎實(shí)的設(shè)計理論基礎(chǔ)和豐富的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，選擇出工業(yè)廠房不同區(qū)域的最優(yōu)設(shè)計方案。也就是說，在選擇最優(yōu)設(shè)計方案時，設(shè)計師完全是根據(jù)自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的一個主觀判斷，這種設(shè)計方案沒有經(jīng)過科學(xué)的計算和檢驗(yàn)，一旦廠房的實(shí)際情況不在設(shè)計師熟悉的領(lǐng)域之內(nèi)，那么極有可能會存在諸多的不合理之處，進(jìn)而直接影響到廠房的使用效果，所以這種優(yōu)化方式具有一定的風(fēng)險性。概念設(shè)計指的是設(shè)計師憑借豐富的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，并且采用科學(xué)的計算方法和檢驗(yàn)手段對設(shè)計方案進(jìn)行不斷改進(jìn)優(yōu)化，直至得到最佳的設(shè)計方案。在實(shí)際的工作中往往是直覺優(yōu)化和概念優(yōu)化這兩種優(yōu)化方式有機(jī)結(jié)合使用，這樣能夠使建筑結(jié)構(gòu)的整體布局更加科學(xué)。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計施工問題分析

3.1 鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

由于工藝布置等方面的要求，為了拓展廠房的空間，鋼結(jié)構(gòu)廠房一般會采用框架結(jié)構(gòu)，此外，如果廠房的層數(shù)比較多且能達(dá)到一定的工藝條件時也能采用框剪結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計對其結(jié)構(gòu)布置的要求是要對稱均勻地布置柱網(wǎng)，并使廠房的質(zhì)量中心與剛度中心接近，達(dá)到降低廠房空間的扭轉(zhuǎn)作用的目的。鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)體系需要具備規(guī)則、簡捷以及傳力明確的特點(diǎn)，防止凹角、收縮以及現(xiàn)應(yīng)力集中或者由于豎向過多而導(dǎo)致的內(nèi)收或外挑等現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高豎向剛度的穩(wěn)定性。而在多層廠房中，由于其柱距方向尺寸小，柱子多、跨度方向尺寸大，柱子少的特點(diǎn)，所以一般對其采用橫向控制的方式，實(shí)現(xiàn)縱橫向的抗震能力的一致，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震性能，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

3.2 鋼材料的傳導(dǎo)性

鋼結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)比較空曠的時候回出現(xiàn)回音，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)和鋼材傳導(dǎo)性有著密切的聯(lián)系。此外，鋼材有著較好的導(dǎo)熱性，在寒冷的冬季如果可以高效地吸收外部的熱量能夠加工室內(nèi)溫度提高。大型公共場合有著較大的空間，聲音在這種環(huán)境中傳遞得比較快，如何解決回音問題成為鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)中必須考慮的一項(xiàng)內(nèi)容，一般情況下可以利用反射板解決。

4 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計與施工的措施

4.1 結(jié)構(gòu)與布局的改進(jìn)

在建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)廠房前，應(yīng)當(dāng)以科學(xué)依據(jù)為基礎(chǔ)選擇鋼結(jié)構(gòu)的形式，根據(jù)廠房的需要選擇適合的形式。在鋼結(jié)構(gòu)形式選擇前，首先要考慮的就是何在大小的問題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)保持均勻，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是何在較大情況下常用的鋼結(jié)構(gòu)形式，能否充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用。

4.2 做好防火設(shè)計

不同于混凝土結(jié)構(gòu)廠房，鋼結(jié)構(gòu)廠房非常容易受溫度的不良影響，這導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火能力相對較差。所以在開展鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計作業(yè)時，一定要科學(xué)開展防火設(shè)計以及隔熱設(shè)計，提升工業(yè)廠房的可靠性與其安全性，使工業(yè)生產(chǎn)能夠安全、穩(wěn)定的進(jìn)行。就此在開展設(shè)計工作時，需要明確劃分以及定義廠房建筑火災(zāi)危險性類別、防火等級。除此之外，還需要基于相關(guān)規(guī)定要求以及防火規(guī)范，選擇使用質(zhì)量達(dá)標(biāo)，同時和廠房建筑防火等級一致的鋼構(gòu)件，從而防止火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)建筑帶來過大的影響、損害?，F(xiàn)階段，可通過防火涂料的科學(xué)涂刷、使用，從而達(dá)到增強(qiáng)鋼構(gòu)件的耐火強(qiáng)度的目的。另外在開展設(shè)計工作時，相關(guān)設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)通過安全出口以及疏散樓梯的有效設(shè)計，從而使得火災(zāi)在發(fā)生之后，施工人員均得到及時的疏散，從而減少火災(zāi)事故損失。

4.3 加強(qiáng)防腐設(shè)計并定期做好后期保養(yǎng)工作

我們都知道在空氣中的氧氣和水分的相互作用下，鋼結(jié)構(gòu)十分容易出現(xiàn)氧化情況。如果長期處于潮濕的環(huán)境中，那么鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕得更加嚴(yán)重。鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕之后其截面會隨著腐蝕程度的加深而不斷縮小，同時表面出現(xiàn)的銹坑會使鋼構(gòu)件在使用過程中發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，進(jìn)而降低廠房的使用壽命。因此，設(shè)計人員要根據(jù)工廠生產(chǎn)的實(shí)際環(huán)境，制定出具有針對性的、合理的設(shè)計方案，并采取相應(yīng)的防腐措施，以確保鋼構(gòu)件的使用壽命。目前，我國主要是通過在鋼構(gòu)件的表面使用防銹防腐涂料來保護(hù)鋼材，但是不同部位的鋼結(jié)構(gòu)其防銹防腐要求會具有很大的差別，因此在涂刷時要根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行，而不是越厚越好。此外，設(shè)計人員要在圖紙上標(biāo)記出容易出現(xiàn)腐蝕的部位，這樣后期養(yǎng)護(hù)人員才能夠以此為依據(jù)進(jìn)行廠房的護(hù)理工作。

4.4 對屋面結(jié)構(gòu)與支撐系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化

設(shè)計人員要根據(jù)廠房的跨度、當(dāng)?shù)氐目拐鸬燃壱约暗踯嚨膰嵨坏染唧w情況，開展屋面支撐系統(tǒng)的設(shè)計。一般說來，所有的鋼結(jié)構(gòu)廠房都要具備最基礎(chǔ)的垂直支撐結(jié)構(gòu)。如果廠房需要安裝特重級橋式吊車或者配備大型振動設(shè)備，那么廠房建筑結(jié)構(gòu)需要使用縱向水平支撐結(jié)構(gòu)。總之，不同的廠房其需要的支撐結(jié)構(gòu)也會有所差別，這就需要設(shè)計人員具體問題具體分析。此外，要根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范以及廠房的實(shí)際情況設(shè)計合理的排水系統(tǒng)。國家規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面的坡度不低于50，如果是南方比較多雨的地區(qū)，可以相應(yīng)的增加坡度。

5 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計效果以及質(zhì)量直接關(guān)系到工業(yè)廠房建筑的穩(wěn)定性與其安全性，所以在開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要考慮到工業(yè)廠房建筑的實(shí)際情況，與其具體應(yīng)用方向。除此之外，在設(shè)計過程中，還應(yīng)當(dāng)將各種新型技術(shù)以及新型設(shè)計理念應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中，從而確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性，同時降低廠房的鋼材用量。

參 考 文 獻(xiàn)

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