工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

鄭立楠

摘 要：工業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)廠房因便于施工、施工周期短、投資少等特點(diǎn)，其數(shù)目飛速增長(zhǎng)。但是實(shí)踐研究表明，鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)中還存在著諸多的問題，需要引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)中需要注意的主要問題進(jìn)行了分析，以使鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理且美觀大方。

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

1 前言

在當(dāng)前城市建設(shè)過程中，性能可靠的鋼結(jié)構(gòu)受到了廣泛的關(guān)注，促使其實(shí)際的應(yīng)用范圍擴(kuò)大。在廠房建設(shè)的過程中，注重鋼結(jié)構(gòu)的合理運(yùn)用，有利于優(yōu)化廠房實(shí)踐應(yīng)用中的服務(wù)功能，延長(zhǎng)其使用壽命。本文結(jié)合在工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的體會(huì)，總結(jié)出了一些設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題，希望對(duì)設(shè)計(jì)人員及施工人員有所幫助。

2 鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)點(diǎn)

應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)廠房具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比較，混凝土結(jié)構(gòu)具有較為復(fù)雜的建筑工藝，且不具備較強(qiáng)的防震能力，而鋼結(jié)構(gòu)因自重輕，不但能夠彌補(bǔ)這些缺陷，還可以有效降低了地基承載力。②在實(shí)際施工過程中具有較快的安裝速度，而鋼結(jié)構(gòu)的組成零件可以進(jìn)行大批量工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用設(shè)備實(shí)施給料、焊接和開孔等作業(yè)，并及時(shí)處理好表面結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)際建設(shè)中的拼裝施工，在一定程度上可以減少施工周期。③鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通常會(huì)應(yīng)用具有較高強(qiáng)度的材料，而鋼結(jié)構(gòu)廠房因投資成本不高，且拆遷便利，所以可以反復(fù)回收利用，避免了材料的浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境起到很好的保護(hù)作用。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 保溫隔熱與防火設(shè)計(jì)

鋼材具有非常好的導(dǎo)熱性能，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑，如果不進(jìn)行保溫隔熱處理，勢(shì)必會(huì)造成大量能源浪費(fèi)和消耗，同時(shí)還要滿足工藝性要求和舒適性要求。

鋼材受熱在100°c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°c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°c時(shí)鋼材出現(xiàn)徐變現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)500°c時(shí)，鋼材強(qiáng)度降至很低，以致鋼結(jié)構(gòu)塌落。因此，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)表面溫度處于150°c以上時(shí)，必須做隔熱及防火設(shè)計(jì)，做法一般有兩種：①在鋼構(gòu)件外包耐火磚，混凝土或硬質(zhì)防火板材。②采用厚涂型防火涂料，厚度按《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》計(jì)算。

3.2 屋蓋支撐系統(tǒng)及屋面設(shè)計(jì)

屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、吊車設(shè)置及噸位大小、振動(dòng)設(shè)備情況等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐，在無檁體系中，大型屋面板有三點(diǎn)和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件限制和安裝需要，無論有檁或無檁體系屋蓋均應(yīng)在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對(duì)于屋架間距不小于12 m的廠房或廠房?jī)?nèi)設(shè)有特重級(jí)橋式吊車或廠房?jī)?nèi)有較大振動(dòng)設(shè)備的均應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐。

屋面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是防水。屋面防水設(shè)計(jì)涉及屋面坡度、天溝形式、單坡屋面長(zhǎng)度等因素。屋面坡度最小為5%，在積雪較大的地區(qū)，坡度應(yīng)適當(dāng)增大。單坡屋面長(zhǎng)度，主要取決于工程所在區(qū)域的最大溫差以及降雨所形成的最大水頭的高度。單坡屋面長(zhǎng)度宜控制在70 m以內(nèi)，若超過70 m，需做專題研究、特殊處理。

常用的鋼結(jié)構(gòu)屋面做法有兩種：①雙層彩色壓型鋼板內(nèi)夾保溫棉，使用量很大，但溫差大、單坡長(zhǎng)造成的彩鋼板熱脹冷縮問題很難解決。②復(fù)合柔性鋼屋面系統(tǒng)，由屋面彩鋼板內(nèi)板、隔汽層、保溫層、卷材防水層組成。

3.3 抗震能力設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)廠房施工建造前，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震性做綜合考慮，有利于解決日后復(fù)雜多變的地質(zhì)問題。設(shè)計(jì)廠房結(jié)構(gòu)時(shí)一定要將剛度與質(zhì)量呈均勻分布，并應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)固有的受力性來降低橫向結(jié)構(gòu)的變形程度。同時(shí)還要盡可能實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的要求，以確保杠桿不會(huì)失穩(wěn)，從而有效提高整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性和穩(wěn)定性[2]。在發(fā)生地震的情況下，會(huì)出現(xiàn)低周疲勞影響，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮到其對(duì)廠房造成的影響。設(shè)計(jì)抗震性對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)廠方來說具有至關(guān)重要的作用。

4 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(biāo)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(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)企業(yè)的建廠條件和具體要求選擇結(jié)構(gòu)，對(duì)于懸掛荷載偏大的應(yīng)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(yīng)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(shí)心鋼材相比，在抗彎抗扭等強(qiáng)度時(shí)，由于其質(zhì)量較輕，用于廠房結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

荷載計(jì)算是結(jié)構(gòu)計(jì)算的前提條件，荷載取值的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的可靠性。近年來，由于強(qiáng)降雪天氣，導(dǎo)致很多廠房、場(chǎng)館倒塌，因此設(shè)計(jì)人員一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐难┖奢d情況取其中的最大值，以確保建筑安全。強(qiáng)柱弱梁是設(shè)計(jì)要遵循的原則，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件也是要重點(diǎn)考慮的問題。在很多情況下，構(gòu)件滿足設(shè)計(jì)要求，但是節(jié)點(diǎn)卻不能滿足抗震要求。強(qiáng)柱弱梁指節(jié)點(diǎn)處柱端實(shí)際受彎承載力要大于梁端實(shí)際受彎承載力，由于廠房的梁柱中心線一般不能重合，而且柱的截面和節(jié)點(diǎn)偏心都比較大，對(duì)柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的構(gòu)造和受力往往都有一定的不利影響。此時(shí)我們一般采用增大柱端彎矩設(shè)計(jì)值的方法。其目的表現(xiàn)在調(diào)整后，柱的抗彎能力比之前強(qiáng)了，而梁不變，即柱的能力提高程度比梁大，這樣梁柱一起受力時(shí)，梁端可以先于柱屈服。

5 總結(jié)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種工業(yè)廠房的建設(shè)日益加快，采用何種結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該綜合考慮生產(chǎn)工藝，經(jīng)濟(jì)技術(shù)等因素的影響，既要考慮經(jīng)濟(jì)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(shì)。以上對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，為設(shè)計(jì)人員提供了一些參考依據(jù)，以便應(yīng)用于以后的相關(guān)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[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(shè)計(jì)思路[J].四川建材，2009（6）：54～56.

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