基于廠房設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究大

劉江

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)因其具有強(qiáng)度高、自重輕、施工快、成本低等特點，普遍應(yīng)用于工業(yè)廠房設(shè)計領(lǐng)域。但是，鋼結(jié)構(gòu)的防火性比較差、容易受到銹蝕，因而，為了確保廠房能夠安全、可靠地投入使用，必須不斷對設(shè)計方案進(jìn)行完善優(yōu)化。本文將簡述鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點，并從溫度伸縮縫、支撐系統(tǒng)、防銹蝕、隔熱與防火、抗震等方面入手，進(jìn)行設(shè)計要點分析。

關(guān)鍵詞：廠房設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu) 技術(shù)要點

中圖分類號：TU392.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0161-02

鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型廠房以及一些公共領(lǐng)域上，具有廣闊的發(fā)展前景。整體來說，鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠使空間利用率達(dá)到最大化，并且質(zhì)量較輕、工程成本不高。同時，鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)建相對簡便，環(huán)境污染相對較小，還可以循環(huán)利用，非常符合當(dāng)下綠色環(huán)保的時代要求。

1 鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點

首先，鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)跨度比較大，柱子比較高。鋼結(jié)構(gòu)廠房普遍應(yīng)用于重工業(yè)領(lǐng)域，其產(chǎn)品的尺寸以及重量通常都很大。因此，實際的生產(chǎn)需要決定了鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨度以及頂高數(shù)值偏大。其次，縱向柱距較大。重工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間往往會有大型的銑、刨、車等機(jī)床、供電設(shè)備等，因而需要按照建筑行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對廠房進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，合理設(shè)置廠房縱向柱的間距。一般條件下，縱向柱的間距為12～240m之間，如果有特殊要求則會相應(yīng)加大。再次，吊車起重量大，且使用比較頻繁。在鋼結(jié)構(gòu)廠房的布局設(shè)計階段，對于吊車主要有兩種選擇：分別為重級、中級工作制吊車。另外，鋼結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件的截面相對比較大。為提高載荷能力，鋼結(jié)構(gòu)廠房對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求比較嚴(yán)格。在承重構(gòu)件上一般會選擇鋼板材料，在構(gòu)件結(jié)構(gòu)上一般會選取析架式或者格構(gòu)式。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計要點

2.1 溫度伸縮縫的設(shè)置

在溫度的作用下，鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)而造成廠房發(fā)生形變。溫度應(yīng)力受柱子剛度、吊車軌頂標(biāo)高以及溫度變化范圍影響。假如，廠房的平面尺度偏大，那么建議在橫、縱方向上要預(yù)留溫度伸縮縫，進(jìn)而減小由溫度變化導(dǎo)致的溫度應(yīng)力，同時，要按照相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行溫度區(qū)間的劃分。設(shè)置溫度伸縮縫時，通常會利用雙柱方法或者單柱方法進(jìn)行處理，對于縱向的溫度縫可以采用于屋外支座上再添置滾動底座的方法；對于橫向的溫度縫可以對框架梁（KL）和檁條的銜接處的滑動方式做一些處理，比如說，采用橢圓孔滑動或者是槽鋼夾板滑動。

2.2 支撐系統(tǒng)設(shè)置

由于鋼結(jié)構(gòu)廠房對于空間利用率、剛度以及載荷能力的要求比較高，因此，需要設(shè)置支撐系統(tǒng)，從而避免廠房發(fā)生大幅度形變，提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。在進(jìn)行支撐系統(tǒng)的設(shè)計時，要充分考慮廠房的結(jié)構(gòu)、跨度和溫度區(qū)間，吊車的起重量以及振動設(shè)備的影響等等。鋼結(jié)構(gòu)廠房常見的支撐有柱間支撐與屋蓋支撐兩種。下面將分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 柱間支撐

鋼結(jié)構(gòu)廠房的各個溫度區(qū)間都應(yīng)該設(shè)有柱間支撐，同時需要注意屋蓋的橫向支撐的位置，避免二者發(fā)生沖突。下柱支撐的布置對廠房結(jié)構(gòu)的縱向變形起著決定性影響，同時也是影響溫度應(yīng)力的一個重要因素。應(yīng)該將下柱支撐盡量設(shè)置在廠房溫度區(qū)段的中間部位，以便為連系梁、系桿等縱向構(gòu)件的溫度變形提供伸縮空間；假如廠房的溫度區(qū)間不長，那么在區(qū)間中部設(shè)置1道下段柱支撐即可；但是，一旦溫度區(qū)間的長度超過150m時，則需要設(shè)置2道下段柱支撐，進(jìn)而為廠房的縱向剛度提供保障。支撐的位置應(yīng)該設(shè)置在溫度區(qū)間的中間部位的1/3段內(nèi)，且2道支撐的間距最好不要超過72m。此外，為了符合鋼結(jié)構(gòu)的實際施工要求，增強(qiáng)廠房頂部的縱向剛度，提高其抗風(fēng)、抗震能力，還需要在2道下段柱支撐之間設(shè)置上柱支撐。

2.2.2 屋蓋支撐系統(tǒng)

屋蓋支撐系統(tǒng)包括橫、縱向、垂直支撐以及系桿四部分。影響屋蓋支撐的設(shè)計因素有鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨度和高度、屋蓋結(jié)構(gòu)、吊車起重量及位置設(shè)計、振動設(shè)備等。大多數(shù)條件下，不管屋蓋結(jié)構(gòu)有沒有檁，都需要具備垂直支撐結(jié)構(gòu)。對于無檁屋蓋結(jié)構(gòu)而言，屋面板和屋架之間有3個焊接點，這同樣能夠承擔(dān)上弦支撐的角色，然而，由于受到實際施工以及安裝的制約，不管檁有否，屋蓋結(jié)構(gòu)都需要在屋架以及天窗架的上弦上布置橫向支撐。在以下三種情況下，屋蓋需要布置縱向水平：（1）支撐屋架間距超過12m；（2）廠房里配有特重級橋式吊車；（3）廠房里配有大型振動設(shè)備。

2.3 防銹蝕處理

未做表面處理的鋼結(jié)構(gòu)，長期與空氣接觸則容易發(fā)生銹蝕，如若鋼結(jié)構(gòu)廠房處于酸、堿以及潮濕環(huán)境中，則銹蝕程度會加大。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生銹蝕會帶來很多危害，除了減少構(gòu)件截面的厚度之外，還會在其表面留下銹斑，進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中的狀況，降低鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。所以，建筑單位要對鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕現(xiàn)象多加注意，要根據(jù)廠房所處的地理環(huán)境，采取最合理的設(shè)計方案進(jìn)行廠房總圖設(shè)計、車間局部布置圖設(shè)計以及材料選擇，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，為廠房的安全使用提供保障。

涂防銹漆是鋼結(jié)構(gòu)最常用的表面防銹蝕方式，涂層厚度以及層數(shù)主要受所處環(huán)境以及涂層特性的影響。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在室內(nèi)使用，處于自然大氣中時，防銹蝕漆需要在底漆的基礎(chǔ)之上在刷一層面漆，總厚度大約為100μm；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在露天環(huán)境使用或者處于工業(yè)大氣中時，防銹蝕漆的厚度要達(dá)到150～200μm，有時還需加厚超過200μm。同時，包裹鋼柱柱腳地下部分使用的混凝土強(qiáng)度級別要高于C20，且保護(hù)層要厚于50mm；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處于酸堿、或者潮濕等侵蝕環(huán)境中時，型鋼厚度以及受力焊縫厚度都需要在8mm為佳。

2.4 隔熱、防火設(shè)計

當(dāng)溫度達(dá)到100℃時，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度會與溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，其塑性會不斷提高；當(dāng)溫度達(dá)到250℃時，抗拉強(qiáng)度稍微加大，韌性降低，也就是所謂的藍(lán)脆現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)到250℃以上時，鋼結(jié)構(gòu)會發(fā)生徐變現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)到500℃時，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會達(dá)到低谷，以致于出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。所以，一旦溫度在250℃以上，就必須要對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔熱以及防火處理。常用的方法有以下兩種：其一，在鋼結(jié)構(gòu)外表面包裹防火轉(zhuǎn)、或者防火板材等；其二，刷涂防火涂料，涂層厚度需要按照《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定，計算得出。

2.5 抗震設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)本身具有一定的抗震性，然而，假如沒有合理的設(shè)計作為支撐，一旦地震強(qiáng)度較大，廠房極易遭到摧毀。因而，對廠房進(jìn)行整體設(shè)計時，一定要把抗震系數(shù)考慮在內(nèi)，必須按照相關(guān)抗震標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行抗震處理，進(jìn)而提高廠房的安全性能。

進(jìn)行抗震設(shè)計時需要注意以下幾點：（1）鋼結(jié)構(gòu)廠房的整體質(zhì)量以及剛度要均衡，保障受力均勻，盡可能減少由于剛度失衡而產(chǎn)生的變形不均；橫向結(jié)構(gòu)最好使用剛架或者框架，進(jìn)而充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的載荷能力，在一定程度上減少結(jié)構(gòu)形變。（2）桿件失穩(wěn)是破壞鋼結(jié)構(gòu)廠房的主因，因此，為了提高廠房的穩(wěn)定性能，進(jìn)行支撐系統(tǒng)的合理布局顯得至關(guān)重要。（3）地震會引發(fā)疲勞極限作用，因而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)銜接設(shè)計時，必須要確保結(jié)構(gòu)處于韌性工作狀態(tài)，使其能夠承擔(dān)抗震的任務(wù)。（4）當(dāng)廠房圍護(hù)墻的抗震設(shè)防烈度在7～8度范圍內(nèi)，可以使用鋼筋混凝土墻板或者是輕型墻板，譬如說型鋼板復(fù)合板、石棉瓦、瓦楞鐵等等；當(dāng)抗震設(shè)防烈度為9度時，則最好要使用輕型墻板。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房的廣泛應(yīng)用，建筑物的穩(wěn)定性以及安全性成為了人們關(guān)注的熱點話題。所以，在對鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計時，要充分考慮溫度伸縮縫、支撐系統(tǒng)、防銹蝕、隔熱與防火、抗震等因素，對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而提高建筑的使用壽命，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國計劃出版社.GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2] 中華人民共和國公安部.GB50016-2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[3] 才洪艷.鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計中的應(yīng)用[J].小企業(yè)管理與科技下旬刊，2011（6）：239-240.endprint