探討鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)

石代 關(guān)丹 史永權(quán)

摘 要：由于鋼結(jié)構(gòu)廠房具有施工速度快、抗震性能好、承載力高、整體剛度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，越來越得到普遍的應(yīng)用和推廣，然而同時(shí)，由于以鋼作為材料，應(yīng)用時(shí)間也尚短，難免存在很多缺陷和不足之處，本文對鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；廠房；設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，人們對建筑建設(shè)的要求也在不斷提高，如不僅要滿足施工速度，還要求具有很好的環(huán)保性、靈活性和抗震性等。同時(shí)隨著各種工藝技術(shù)也在不斷進(jìn)步。鋼結(jié)構(gòu)廠房在這方面就很好的凸顯了其優(yōu)越性，不斷獲得普遍的推廣和使用。

一、鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)越性及其特點(diǎn)

1.鋼結(jié)構(gòu)廠房具有施工速度快，安裝極其方便的優(yōu)點(diǎn)。由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以工廠化批量化生產(chǎn)，同時(shí)采用設(shè)備下料、焊接、開孔，并作表面處理，可極大的方便現(xiàn)場拼裝施工，大大縮短了施工的周期。

2.由于鋼結(jié)構(gòu)廠房體系使用的材料具有強(qiáng)度高、投資低等特點(diǎn)，所以鋼結(jié)構(gòu)廠房拆遷也方便，可多次回收利用，大大節(jié)約了材料消耗，環(huán)保性好，結(jié)構(gòu)壽命使用長。而且節(jié)省了制模工序，屬于環(huán)保型綠色建筑體系。

3.鋼結(jié)構(gòu)相對于混凝土結(jié)構(gòu)主要優(yōu)勢在重量上，這也可以大大減輕地基的負(fù)載，而且混凝土結(jié)構(gòu)建筑工藝復(fù)雜，防震程度低，鋼結(jié)構(gòu)體系都可以有效彌補(bǔ)這些不足。

二、鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)廠房是指采用鋼板和熱扎、冷彎或焊接型材，通過連接件連接而成的能承受和傳遞荷載的國際流行的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)體系形式。

門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房在國內(nèi)技術(shù)成熟，受到用戶普遍接受和認(rèn)可，成為目前國內(nèi)發(fā)展速度最快的一種鋼結(jié)構(gòu)形式。門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房可以做成大跨度，大空間，便于內(nèi)部靈活布置和使用。（鋼結(jié)構(gòu)廠房采用門式剛架體系其單跨度甚至可達(dá)到80米。多跨可達(dá)到180米甚至跨度更大）鋼結(jié)構(gòu)廠房主要是用在不承受大載荷的承重建筑。采用輕型H型鋼（焊接或軋制；變截面或等截面）做成門形剛架支承，C型、Z型冷彎薄壁型鋼作檁條和墻梁，壓型鋼板或輕質(zhì)夾芯板作屋面、墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)螺栓、普通螺栓及自攻螺絲等連接件和密封材料組裝起來的門式剛架鋼結(jié)構(gòu)體系。

鋼結(jié)構(gòu)廠房在全球范圍內(nèi)，特別是在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程領(lǐng)域中得到更合理、廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)廠房可廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房，凈化車間，倉儲庫房，超市，會館展廳。

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)廠房自重輕，強(qiáng)度大，跨度大，空間大。設(shè)計(jì)先進(jìn)，采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，充分發(fā)揮鋼材抗震性好、抗沖擊性好、剛性好、變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)。而且還可以重復(fù)再利用，可以節(jié)約大量鋼材。結(jié)構(gòu)新穎、簡潔、輕巧，占用面積小，使用面積大，有效擴(kuò)大了建筑物的內(nèi)部空間，彩鋼夾芯復(fù)合板，金屬壓型板等新型墻體屋面材料圍護(hù)，更顯示出建筑的時(shí)代感。安裝快捷，構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，制作精良，施工安裝簡便、快捷、安全。三、鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

多層廠房因?yàn)楣に嚥贾玫囊螅话愣夹枰罂臻g，結(jié)構(gòu)通常采用框架結(jié)構(gòu)，在層數(shù)較多、工藝條件許可的情況下也可以采用框剪結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置的原則是：盡量使柱網(wǎng)對稱均勻布置，使房屋的剛度中心與質(zhì)量中心相近，以減小房屋的空間扭轉(zhuǎn)作用，結(jié)構(gòu)體系要求簡捷、規(guī)則、傳力明確。避免出現(xiàn)應(yīng)力集中和變形突變的凹角和收縮以及豎向變化過多的外挑和內(nèi)收，力求沿豎向的剛度不突變或少突變。

1.地震區(qū)的廠房宜少設(shè)或不設(shè)防震縫。地震區(qū)房屋的伸縮縫是合一的，當(dāng)房屋較長時(shí)，宜采取下列一些。構(gòu)造措施和施工措施以少設(shè)伸縮縫及防震縫；施工中，每隔40m設(shè)置一道800mm～1400mm寬的后澆帶，后澆帶的位置設(shè)在結(jié)構(gòu)受力影響最小的區(qū)段；在溫度影響較大的頂層、底層、山墻和內(nèi)縱墻端開間的墻體等部位，適當(dāng)提高配筋率；加厚屋面隔熱保溫層或設(shè)置架空層形成通風(fēng)屋面。

2.合理布置電梯間的位置。多層廠房由于設(shè)備、貨物很重，豎向運(yùn)輸?shù)男枰?，均要設(shè)置電梯。鋼筋棍凝土電梯井筒剛度很大，應(yīng)充分考慮電梯井筒對建筑物的偏心影響，在結(jié)構(gòu)布置上盡量避免電梯井筒布置在建筑物的角部和端部。

3.控制橫向框架與縱向框架的周期。由于多層廠房跨度方向尺寸較大，柱子少；而柱距方向尺寸較小，柱子多。一般都是橫向控制，使縱橫向的抗震能力大致相同，不僅有利于抗震，也使設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理。

四、鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)應(yīng)注意的重要方面

1.鋼結(jié)構(gòu)廠房圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的重要性。無論在什么樣的工程中，圖紙是工程施工的依據(jù)。在鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)期間，要組織施工單位專業(yè)技術(shù)人員對圖紙進(jìn)行會審，檢查施工圖紙中的“錯、漏、碰、缺”，力爭把問題解決在施工之前，減少因圖紙問題對工程質(zhì)量、進(jìn)度的影響。

2.對鋼結(jié)構(gòu)廠房支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。為了保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的空間工作，提高其整體剛度，承受和傳遞縱向水平力，防止桿件產(chǎn)生過大的變形，避免壓桿失穩(wěn)，以及保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)的形式，車間吊車的設(shè)置，振動設(shè)備以及廠房的跨度、高度，溫度區(qū)段的長度等情況布置可靠的支撐系統(tǒng)。廠房每一溫度區(qū)段應(yīng)設(shè)置穩(wěn)定的柱間支撐系統(tǒng)，并與屋蓋橫向水平支撐的布置相協(xié)調(diào)。

3.鋼結(jié)構(gòu)廠房耐熱能力設(shè)計(jì)的重要性。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房防火能力很差，當(dāng)鋼材受熱在100℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度降低，塑性增大；溫度在250℃左右時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象；當(dāng)溫度超過250℃時(shí)鋼材出現(xiàn)徐變現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)500℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度降至很低，以致鋼結(jié)構(gòu)塌落。

4.鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在對鋼結(jié)構(gòu)廠房做抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：首先，在廠房建設(shè)前要充分考慮加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的抗震性，以應(yīng)對復(fù)雜多變的地質(zhì)變化，雖然鋼材在重力剛性等條件上有抗震的優(yōu)勢，但是在總體布置方面也要力求安全最大化，要求廠房結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度均勻分布，使廠房受力均勻，使其受到外力作用時(shí)，可以將作用力均勻抵消，這樣就不會加劇作用力在剛性弱的地方聚積，給安全造成威肋，同時(shí)還要多采用剛架和橫向結(jié)構(gòu)，利用鋼結(jié)構(gòu)的受力性來減少橫向結(jié)構(gòu)變形。其次，在建設(shè)過程中要充分考慮杠桿失穩(wěn)的問題，鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度上可以充分滿足建設(shè)需要，所以要在支撐系統(tǒng)上多做文章，提高廠房結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，對鋼結(jié)構(gòu)廠房尤為重要。最后，在地震作用下，存在著低周疲勞作用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其對。廠房的影響。對結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證節(jié)點(diǎn)的破壞不先于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全截面屈服，應(yīng)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件能進(jìn)入塑性工作，充分吸收地震能量發(fā)揮其抗震能力。

五、結(jié)語

總而言之，在鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的過程中，我們應(yīng)嚴(yán)格按照和采用相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的日趨成熟，設(shè)計(jì)師也要緊跟時(shí)代步伐，堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)。只有這樣，才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)廠房，滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉榮來.鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié).內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì).2015-03-15.

[2]楊軍.鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)體會.煤炭工程.2017-10-20.

[3]蔡紅軍；蔣鳳鳴；董輝.淺談鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì).中國科技信息.2016-10-01.