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

李 偉 山西太鋼工程技術(shù)有限公司

1 前言

鋼材作為建筑材料的一種，其自身具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗震性強(qiáng)以及延展性好等性能優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)加工，以確保整個(gè)工程項(xiàng)目施工進(jìn)度全面提升。在工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)形式，能夠?qū)τ趶S(chǎng)房的實(shí)用性和功能性進(jìn)行全面提升，從而降低廠(chǎng)房建筑施工成本，整合施工作業(yè)中的各項(xiàng)要求，在滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)于廠(chǎng)房的安全性做出保證。

2 工業(yè)廠(chǎng)房中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)

工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將施工的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的部分進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，是工業(yè)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益的前提保障。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房而言，相比于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其能夠全面降低廠(chǎng)房設(shè)計(jì)難度，從而提升廠(chǎng)房建設(shè)施工效率，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中其經(jīng)濟(jì)性比較強(qiáng)，因?yàn)樵阡摬牧掀礈愡^(guò)程可以節(jié)約很多的施工原材料，對(duì)于施工經(jīng)濟(jì)成本降低具有良好的促進(jìn)作用。其次，鋼結(jié)構(gòu)的延展性較好，如果在廠(chǎng)房設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，可以利用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)各種設(shè)計(jì)工藝要求進(jìn)行滿(mǎn)足，其可以在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中設(shè)置較大的空間，以保證上部空間應(yīng)用的合理性，從而有效的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)工藝，節(jié)約建設(shè)施工經(jīng)濟(jì)成本。最后對(duì)于其環(huán)保理念來(lái)說(shuō)，鋼材料是屬于一種高利用率的建筑材料，并且可以多次利用在廠(chǎng)房設(shè)計(jì)中，對(duì)于人力物力等需求不高，同時(shí)拆卸之后的鋼材料可以進(jìn)行回收二次應(yīng)用，循環(huán)性能高，利于國(guó)家以及企業(yè)的環(huán)保事業(yè)發(fā)展。

鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的主要特點(diǎn)就是其抗震能力強(qiáng)，在地震頻繁的地區(qū)，一般都會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)建筑廠(chǎng)房，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)自身化學(xué)活躍度低，用此材料建成的廠(chǎng)房具有優(yōu)秀防火災(zāi)和防意外事故的能力，其抗腐蝕、抗老化、密封性較好，不但可以適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)需求，同時(shí)還可以應(yīng)用在冷化庫(kù)工廠(chǎng)等地點(diǎn)。一般工廠(chǎng)整體化制造都需用到鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用可以使工業(yè)化設(shè)計(jì)建設(shè)速度加快，在實(shí)際工業(yè)廠(chǎng)房建設(shè)中，只需要吊裝極少量鋼材料進(jìn)行拼裝即可，在此狀態(tài)下，一座大型的鋼結(jié)構(gòu)框架的工業(yè)廠(chǎng)房只需要一到兩個(gè)月就可以竣工。另外由于鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房的建設(shè)總體面積較小，可以有效的提升廠(chǎng)房的實(shí)際使用空間。同時(shí)其可改裝性能較高，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)廠(chǎng)房通常都是大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其保證了內(nèi)部空間的充裕性，可以在使用中根據(jù)實(shí)際客戶(hù)需求做好相對(duì)應(yīng)的分隔處理，然后實(shí)現(xiàn)不同的功能區(qū)間，從而滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)其的使用需求。

3 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 實(shí)際案例

我國(guó)某鋼廠(chǎng)新建工業(yè)廠(chǎng)房，該結(jié)構(gòu)是按照輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)符合國(guó)家規(guī)范對(duì)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定及要求。

鋼結(jié)構(gòu)主體采用門(mén)式剛架，柱距6m，廠(chǎng)房跨度12m，單層廠(chǎng)房，檐口高度6.35m，建筑面積約360m2，建筑防火等級(jí)為三級(jí)，屋面防水等級(jí)為二級(jí)。剛架柱腳采用螺栓與獨(dú)立基礎(chǔ)連接。鋼結(jié)構(gòu)主體完工后，刷防銹漆兩遍。墻體封閉采用C型檁C160×60×3+80mm 厚復(fù)合巖棉保溫板，屋面封閉采用C 型檁C160×60×3+50mm 厚復(fù)合巖棉保溫板。此結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度為八度，使用壽命為50年。

依據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 82—2011《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》、GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）等規(guī)范要求，建設(shè)場(chǎng)地的風(fēng)載為0.40kN/m2，10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓可承拉力：225kN/根（直徑：24mm）活荷載：2.0kN/m2。本設(shè)計(jì)方案中的耐火極限溫度范圍在450℃～650℃，極限時(shí)長(zhǎng)為60min 左右。超過(guò)極限范圍會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞而影響正常使用。

鋼結(jié)構(gòu)施工方案：

（1）主 要 材 料 ：型 鋼HN400X200、槽 鋼[16b、C 型 檁C160×60×3、復(fù)合巖棉保溫板、鋼板、10.9 級(jí)M24 高強(qiáng)螺栓、鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)用防銹涂料、C30混凝土、鋼筋、等。

（2）施工流程：基礎(chǔ)施工、剛架預(yù)制→主體剛架安裝→邊框（接點(diǎn)）處理→支撐、檁條固定→除銹防銹（防火）→墻面、屋面安裝→門(mén)窗安裝→封邊處理→主結(jié)構(gòu)驗(yàn)收→消防驗(yàn)收。

（3）施工過(guò)程需注意事項(xiàng)：①基礎(chǔ)施工過(guò)程中需注意控制基礎(chǔ)頂面標(biāo)高，預(yù)留出50mm 厚的二次灌漿層的空間；螺栓需預(yù)埋準(zhǔn)確，螺栓絲扣需做保護(hù)以免被混凝土污損。②剛架制作需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙加工制作，吊裝需準(zhǔn)確到位，不允許有傾斜、偏差。③鋼結(jié)構(gòu)在制作前,表面應(yīng)徹底除銹,除銹等級(jí)為ST2.5 級(jí)。④構(gòu)件除銹完成后刷兩道防銹漆,連接接頭的接觸面及現(xiàn)場(chǎng)焊縫兩側(cè)50mm 范圍內(nèi)安裝前不刷漆,待安裝后補(bǔ)漆。鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房平米用鋼量參考如表1。

表1 結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)用鋼量（僅供參考）

3.2 防火性能在工業(yè)廠(chǎng)房中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

結(jié)合上述案例研究，在工業(yè)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)中防火功能是必要進(jìn)行的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，相比于混凝土結(jié)構(gòu)其容易受到溫度變化的影響從而導(dǎo)致其防火性能不強(qiáng)，所以應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)廠(chǎng)房時(shí)應(yīng)強(qiáng)化其防火隔熱設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)廠(chǎng)房?jī)?nèi)部可能發(fā)生火災(zāi)的類(lèi)型進(jìn)行劃分，然后根據(jù)各種類(lèi)型的火災(zāi)劃分等級(jí)，避免意外事故對(duì)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，為了保證鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能夠得到有效提升，可以在其表面涂刷相應(yīng)的防火材料，從而使用外部因素控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，其應(yīng)當(dāng)對(duì)于火災(zāi)的預(yù)防控制操作進(jìn)行合理優(yōu)化，有效控制設(shè)計(jì)質(zhì)量，例如可以設(shè)置逃離出口、應(yīng)急通道等等，這樣在意外火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以及時(shí)疏散施工人員，減少事故發(fā)生概率。

3.3 防腐性能在工業(yè)廠(chǎng)房中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)屬于金屬材料，可以被氧氣造成氧化現(xiàn)象。如果長(zhǎng)時(shí)間使用，其結(jié)構(gòu)就會(huì)受到空氣的影響，造成不同程度的氧化和腐蝕，當(dāng)廠(chǎng)房?jī)?nèi)部濕度較大時(shí)，更加會(huì)加快其氧化的速度，鋼結(jié)構(gòu)被氧化腐蝕后，其構(gòu)件截面會(huì)逐漸變小，導(dǎo)致其會(huì)發(fā)生不同程度的生銹現(xiàn)象，使其受力位置集中在一點(diǎn)?；诖嗽?，設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè)廠(chǎng)房時(shí)應(yīng)首先觀察廠(chǎng)房?jī)?nèi)部的環(huán)境情況，然后根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)制定科學(xué)的防腐方案，然后在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷相應(yīng)的防腐材料，同樣利用外部材料因素來(lái)提升結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 抗震性能在工業(yè)廠(chǎng)房中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

一個(gè)廠(chǎng)房的建設(shè)，抗震設(shè)計(jì)是首要考慮的問(wèn)題，因?yàn)閺S(chǎng)房一般都會(huì)建設(shè)在比較寬廣的區(qū)域，而且利用鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的工業(yè)廠(chǎng)房一般在地震區(qū)域應(yīng)用較多，所以在建設(shè)廠(chǎng)房時(shí)一定要做好防震工作，保證廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)的安全性。首先在設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)體型進(jìn)行科學(xué)布局，提升結(jié)構(gòu)的傳力性能；其次鋼結(jié)構(gòu)的廠(chǎng)房屋架與鋼柱、屋面板之間應(yīng)連接牢固，對(duì)于節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行合理處理，避免結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接出現(xiàn)問(wèn)題；最后對(duì)柱體和墻體的寬高比例進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，運(yùn)用最佳的減震方式，提升工業(yè)廠(chǎng)房的抗震性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，工業(yè)化廠(chǎng)房的建設(shè)范圍也在逐漸增加，因此對(duì)于廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)理念應(yīng)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行合理化加強(qiáng)，全面提升廠(chǎng)房的穩(wěn)定性和安全性，確保工業(yè)廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。