鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文/梁磊、范子坤 中國(guó)核電工程有限公司 福建福清 350300

鋼結(jié)構(gòu)材料勻質(zhì)性和各向同性好，是一種比較理想的彈性體。其具有韌性好、強(qiáng)度大、抗變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠承受住較大的動(dòng)力荷載。再加上鋼結(jié)構(gòu)自重輕的特點(diǎn)，使得其施工比較方便，縮短了施工時(shí)間，大大提高了施工的效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中得到了頻繁的應(yīng)用。

1、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)

(1)構(gòu)件的布置，需要考量整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系及局部的穩(wěn)定性要求。目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般要按照平面體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如門(mén)式剛架，以及框架等。為了確保平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)平面外失穩(wěn)問(wèn)題，建議從結(jié)構(gòu)整體布置設(shè)計(jì)，來(lái)解決問(wèn)題，如增加支撐構(gòu)件等。

(2)在設(shè)計(jì)單層或多層框架結(jié)構(gòu)之時(shí)，一般不需要進(jìn)行框架穩(wěn)定性的分析，只需要計(jì)算框架柱的穩(wěn)定性即可。在柱的平面外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，需要借助框架整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，使柱的穩(wěn)定計(jì)算與框架穩(wěn)定計(jì)算等效。

(3)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造與構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)保證一致，這也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。節(jié)點(diǎn)連接處要求能傳遞彎距時(shí)，應(yīng)有足夠的剛度和柔度；設(shè)計(jì)桁架節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少桿件的偏心；在涉及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能時(shí)，設(shè)計(jì)構(gòu)造方面需要滿足不同強(qiáng)度的要求以及特殊要求，例如簡(jiǎn)支梁的抗彎強(qiáng)度等。不動(dòng)鉸支座的要求，是阻止位移并允許在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，但這不能確保梁整體的穩(wěn)定性情況，所以不動(dòng)鉸支座，還需要能夠阻止梁繞縱軸扭轉(zhuǎn)，并允許梁在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和梁端截面自由翹曲，以符合穩(wěn)定分析的條件。

2、次梁的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行次梁的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免次梁出現(xiàn)較大的撓度，因?yàn)檩^大的撓度會(huì)給人不安全的感覺(jué)，同時(shí)還會(huì)對(duì)廠房的使用功能造成影響，因此本廠房在進(jìn)行樓層平面梁格的布置設(shè)計(jì)時(shí)，不僅考慮到了鋪板

的最大支承長(zhǎng)度的要求，也考慮了機(jī)械設(shè)備的具體情況。對(duì)鋪板和梁的相互作用進(jìn)行分析，可以知道本廠房的鋼板與梁之間具有較好的連接，這樣表明這兩者之間可以形成有效支撐，因此無(wú)需再次進(jìn)行梁的整體穩(wěn)定性計(jì)算。如果鋼板和連梁在進(jìn)行焊接時(shí)，只在兩端進(jìn)行了連接，而沒(méi)有對(duì)中間進(jìn)行焊接，這樣在進(jìn)行梁平面外穩(wěn)定性的計(jì)算時(shí)，只能按照跨中無(wú)側(cè)向支撐的情況進(jìn)行分析。雖然次梁所受到的荷載較小，但是也應(yīng)采用軋制（熱軋）H型鋼，而不應(yīng)采用普通槽鋼，這是因?yàn)槠胀ú垆撈矫嫱夥€(wěn)定性較差，不能滿足要求。

3、連接點(diǎn)處理

連接點(diǎn)設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用焊接處理連接頭。需要注意連接裝置的選擇以及焊接的效果。焊接過(guò)程需要嚴(yán)格把控，防止鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或者斷層。預(yù)熱焊接后熱等環(huán)節(jié)盡量一氣呵成，避免出現(xiàn)焊瘤和漏洞。對(duì)于焊接的技術(shù)要求也有一定的要求，需要用一級(jí)二級(jí)焊接的部分都是鋼結(jié)構(gòu)建造的關(guān)鍵點(diǎn)，不能疏忽遺漏。連接接頭的質(zhì)量也需要格外注意，對(duì)口的角度以及坡口的質(zhì)量等都是需要重視的部分。只有鋼結(jié)構(gòu)連接處理穩(wěn)妥才能保障整個(gè)工程的安全性。

4、焊縫的設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式為焊接方式，因此鋼結(jié)構(gòu)的安全就取決于焊縫質(zhì)量的好壞，因此就要依照結(jié)構(gòu)的受力性和重要性以及鋼材的焊接性能，來(lái)對(duì)焊接的等級(jí)進(jìn)行選擇。在大多數(shù)情況下，應(yīng)該對(duì)鋼板板材的對(duì)接焊縫進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的檢驗(yàn)，對(duì)于一些比較重要的焊縫，更應(yīng)該進(jìn)行檢驗(yàn)，焊縫的質(zhì)量等級(jí)至少為二級(jí)，對(duì)于只受剪力部分可以運(yùn)用角焊縫，因?yàn)閼?yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯所以焊縫的質(zhì)量等級(jí)大多數(shù)是三級(jí)。

5、負(fù)載承受能力

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)綜合考慮工業(yè)廠房的實(shí)際用途。依據(jù)廠房用途特性進(jìn)行負(fù)載值的計(jì)算，以此來(lái)評(píng)判結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。另外，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)著重考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，綜合分析在不情形中穩(wěn)定性的變化規(guī)律。在計(jì)算負(fù)載值時(shí)，有效使用現(xiàn)代技術(shù)，憑借先進(jìn)的軟件程序設(shè)計(jì)，科學(xué)計(jì)算，確保與設(shè)計(jì)用途相符。

6、防火設(shè)計(jì)

通過(guò)上文中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)自身的防火性能比較差，在遇到高溫的情況下，極易發(fā)生變形的現(xiàn)象，其抗拉強(qiáng)度急劇下降，很可能會(huì)出現(xiàn)垮塌的狀況，無(wú)法保障工業(yè)廠房中設(shè)備以及工作人員的安全。因此，必須依照相關(guān)設(shè)計(jì)防火規(guī)范，明確工業(yè)廠房耐火等級(jí)指數(shù)，并采取有效的措施對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火處理，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，將鋼結(jié)構(gòu)的耐高溫極限提升到一定的范圍內(nèi)，防止或者是避免其在遇到高溫狀況時(shí)發(fā)生坍塌的事故，最大限度的降低損失，確保人身和財(cái)產(chǎn)安全。

此外，為了進(jìn)一步確保工業(yè)廠房的安全性，應(yīng)科學(xué)的布置其防火區(qū)，并嚴(yán)格控制好每個(gè)防火區(qū)的范圍和界限，且各個(gè)防火區(qū)的疏散口的數(shù)量以及疏散的距離應(yīng)滿足實(shí)際防火的需要，能夠切實(shí)確保在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，工作人員在最有效的時(shí)間內(nèi)撤離，保障人員安全，降低經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理的布局安全疏散路線，設(shè)置安全出口標(biāo)志，避免不必要的財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡。

7、防腐及抗震設(shè)計(jì)

為了避免鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，使用電阻較大、附著性能較好、疏水性較強(qiáng)及致密性良好的防腐涂層，以避免金屬受到氯離子、氧氣及水蒸氣等的侵蝕。對(duì)于暴露在大氣介質(zhì)下的室內(nèi)鋼構(gòu)件，則將防銹保護(hù)涂層設(shè)計(jì)為兩層，即面漆及底漆，涂層厚度為120um。對(duì)于露天的鋼構(gòu)件，則將漆膜的總厚度設(shè)計(jì)為160um～220um。由于該工程處于酸性環(huán)境中，因此將氯磺化漆作為防銹漆。對(duì)于埋在地面以下的鋼柱柱腳，則在柱腳表面包裹強(qiáng)度≥C20的混凝土，混凝土層的厚度為60mm。此外，還通過(guò)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)彎矩、軸力的方法使工業(yè)廠房產(chǎn)生耦合效應(yīng)，具體方法為在兩個(gè)相鄰的鋼結(jié)構(gòu)支撐矩形體系中合理設(shè)計(jì)彎矩系數(shù)，使彎矩系數(shù)不一致，并由此形成耦合效應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)：

總之，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性直接影響著鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體質(zhì)量，必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的分析，掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提高建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在，推動(dòng)我國(guó)建筑工程健康、長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。