鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)總結(jié)和問題探討

苗宏恩

（南京長江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司 江蘇南京 210006）

1 鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

1.1 鋼梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

工業(yè)廠房一般跨度較大，可優(yōu)先選用變截面H型鋼梁，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，變截面梁腹板高度變化一般取50mm/m，盡量不要超過60mm/m，否則需在不考慮截面抗剪屈服后強(qiáng)度的情況下計(jì)算截面高厚比，反而不能充分利用鋼材。根據(jù)公路運(yùn)輸要求，鋼梁一般每段不超過12m，分段拼接時(shí)，第一段建議為6～7m、第二段為12m，第三段自由調(diào)整，或者按彎矩要求進(jìn)行分梁拼接。

常用的翼緣板校正機(jī)，校正最小寬度200mm，鋼梁翼緣一般最小值取200mm，輕鋼廠房梁和柱腹板優(yōu)選采用6mm，帶吊車廠房一般根據(jù)計(jì)算確定板厚。鋼梁斷面一般取跨度的1/12-1/25，梁高度H不要小于350mm，屋脊節(jié)點(diǎn)處斷面梁斷面取跨度1/25，門式剛架斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域需驗(yàn)算剪應(yīng)力，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量做大截面，這樣節(jié)點(diǎn)域面積更大，驗(yàn)算更容易通過。

1.2 鋼柱設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)廠房柱距若超過9m，屋面檁條和墻面體系用鋼量會加大很多，對于普通的輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，6m的柱距是相對節(jié)省的方案，因?yàn)榇藭r(shí)采用普通的C/Z型檁條就可以解決問題，否則采用高頻焊檁條，用鋼量會大幅提高。

對于土質(zhì)較差，地基承載力低且荷載較大的廠房，大部分工程都需要進(jìn)行樁基施工，而打樁的費(fèi)用在工程總價(jià)中所占的比重也是相當(dāng)大的，在某種程度上，減少了柱基礎(chǔ)也就直接減少了造價(jià)。此時(shí)可考慮采用大柱距方案。

鋼柱平面外計(jì)算長度可通過設(shè)置通長系桿控制，對于輕鋼廠房也可以設(shè)置墻檁隅撐，但效果不好。如果應(yīng)力比超限不多，可采用如下方法解決：采用高強(qiáng)鋼（如Q390鋼材），在國內(nèi)大型工程中已應(yīng)用很多；采用鋼梁－混凝土板組合梁結(jié)構(gòu)；翼緣貼鋼板也是可行的，只是不太經(jīng)濟(jì)；還可以考慮活荷載折減，考慮塑性發(fā)展系數(shù)等方式處理。

1.3 柱間支撐

第一開間建議設(shè)支撐，這樣傳遞縱向力更直接，若第一開間要開門就設(shè)第二開間，第一開間設(shè)系桿。無吊車時(shí)一般柱間支撐間距為30～45m。

柱間支撐和屋面支撐都是交叉支撐時(shí)，二者一樣，實(shí)際工作時(shí)一般是一個(gè)受壓一個(gè)受拉，但建模計(jì)算時(shí)，可以認(rèn)為桿件受拉，受壓的退出工作，即認(rèn)為柱間支撐和屋面支撐的桿件都按拉桿考慮。所以一般采用圓鋼，但為保證安全，一般長細(xì)比取200。

柱間支撐一般只要平面內(nèi)拉和壓的長細(xì)比滿足要求就可以了，平面外不用考慮。在多高層鋼結(jié)構(gòu)中的支撐由于抗震的要求，一般都是按照壓桿設(shè)計(jì)的。柔性支撐只傳遞拉力，剛性支撐不僅僅傳遞拉力，也能傳遞壓力，最明顯的是長細(xì)比要求不同；張緊的圓鋼作為柔性支撐時(shí)，其長細(xì)比可以受限，當(dāng)其長細(xì)比滿足受壓構(gòu)件的長細(xì)比時(shí)，是可以傳遞壓力的。

1.4 屋面支撐

屋面支撐應(yīng)擱在鋼柱正上方的鋼梁處，不要擱在鋼梁上，否則傳力不直接，鋼梁截面增大很多。

張緊的圓鋼可以作為屋面支撐，當(dāng)受拉時(shí)，不考慮長細(xì)比限制，但當(dāng)圓鋼長度過長時(shí)（超過9m），下垂度很大，施工效果不是很好，此時(shí)采用角鋼屋面支撐，需長細(xì)比控制，肢寬一般在100mm以上。圓鋼和角鋼與構(gòu)件的夾角應(yīng)在30°～60°范圍之內(nèi)，45°更好，但是前提是要保證受力，不要下垂。

屋面支撐一般是按照拉桿設(shè)計(jì)的，因?yàn)楫?dāng)另一個(gè)方向的支撐受壓有可能失穩(wěn)時(shí)，受拉支撐和系桿一樣可以組成一個(gè)幾何不變體系，不影響整體穩(wěn)定性。一個(gè)支撐受拉時(shí)，另一個(gè)支撐受壓，兩個(gè)支撐都按受壓桿設(shè)計(jì)是可以保證安全和穩(wěn)定的。

2 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題和解決策略

2.1 防腐設(shè)計(jì)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

就目前來看，我國很多大空間工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)榉栏庾R缺乏，后期維護(hù)不當(dāng)，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，廠房安全性存在一定隱患。

常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)可采用下列方案之一或其中幾種的組合：防腐蝕涂料；各種工藝形成的鋅、鋁等金屬保護(hù)層；陰極保護(hù)措施；耐候鋼。

綜合考慮環(huán)境中介質(zhì)的腐蝕性、環(huán)境條件、施工和維修條件等因素，鋼結(jié)構(gòu)廠房防腐蝕設(shè)計(jì)方案一般為涂刷防腐蝕涂料。

鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕采用的涂料、鋼材表面的除銹等級以及防腐蝕對鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求等，需符合《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》和《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規(guī)定，防腐蝕涂料要求具備良好的附著力，對焊接影響小，且需通過國內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)關(guān)于底漆干膜鋅含量以及耐老化測試的第三方檢測報(bào)告。針對不同環(huán)境要求的防腐涂料涂裝方案需經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可以后方可施工。

鋼結(jié)構(gòu)在涂裝前，必須將構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、氧化皮、油污及附著物徹底清除干凈，采用噴砂、拋丸等方法徹底除銹，經(jīng)除銹后的鋼材表面在檢查合格后，應(yīng)在要求的時(shí)限內(nèi)進(jìn)行涂裝。

2.2 防火設(shè)計(jì)不滿足要求

鋼材料在高溫的作用下會降低鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，最終使鋼結(jié)構(gòu)廠房出現(xiàn)變形的情況，如果溫度高于500℃，就會大大提升鋼結(jié)構(gòu)廠房坍塌的可能性，另外，因?yàn)橛械墓I(yè)廠房中需要保持較高的溫度，這種情況就會提高鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌的問題。我國目前很多廠房對于耐火時(shí)間和防火維護(hù)方面考慮不足，導(dǎo)致防火問題存在隱患。

一般鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)包括：建筑耐火等級；構(gòu)件設(shè)計(jì)耐火極限；構(gòu)件防火設(shè)計(jì)；防火材料的性能要求；防火材料的構(gòu)造要求。鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)可采用下列措施之一或其中幾種的復(fù)（組）合：噴涂（抹涂）防火涂料；包覆防火板；包覆柔性氈狀隔熱材料；外包混凝土、金屬網(wǎng)抹砂漿或砌體。工業(yè)廠房一般采用噴涂（抹涂）防火涂料進(jìn)行防火處理，在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中明確防火要求，把廠房發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性降到最低，使鋼結(jié)構(gòu)滿足耐火極限的相關(guān)規(guī)定，同時(shí)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員要采用合理的鋼結(jié)構(gòu)防火方式，達(dá)到保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的目的。

在鋼結(jié)構(gòu)廠房使用過程中，對于防火涂料要定時(shí)檢查，確保及時(shí)修復(fù)，避免隱患。

2.3 吊車選型不當(dāng)

合理的吊車配置可保證流程通暢、便于操作維修、使操作者安全，也能節(jié)能、節(jié)約投資。廠房吊車選型不合理，不滿足起吊重量、起吊頻率等工藝需求，同時(shí)層高、柱距、荷載也不能配合吊車選型做到合理配置，會造成較大的浪費(fèi)。

吊車需按照工作的頻繁程度分級，在考慮吊車繁重程度時(shí)，區(qū)分了吊車的利用次數(shù)和荷載大小兩種因素，設(shè)計(jì)人按吊車荷載達(dá)到額定值的頻繁程度分4個(gè)載荷狀態(tài)（輕級、中級、重級、特重級），根據(jù)要求的利用等級和載荷狀態(tài)，確定吊車的工作級別，共分8個(gè)級別作為吊車設(shè)計(jì)的依據(jù)，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)工藝需求合理選擇工作級別（輕級、中級、重級、特重級）和工作制等級A1～A8，同時(shí)要配合管道走向和尺寸，不影響操作和吊車行走的前提下合理確定吊車高度。

3 結(jié)論

近年來，在我國科學(xué)技術(shù)不斷提升，許多環(huán)保型材料應(yīng)運(yùn)而生，在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中需要遵循“與時(shí)俱進(jìn)”原則，在工業(yè)廠房建設(shè)過程中可以融入更多的環(huán)保型材料，充分的發(fā)揮其自身具有的可靠性、安全性等特征，從而使廠房可以在工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)過程中作出更大的貢獻(xiàn)。