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

朱焱

摘 要：工業(yè)廠房是所有工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)各種材料、加工各種產(chǎn)品的建筑。工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，對(duì)它的功能來(lái)說(shuō)都是非常重要的。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和能否進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的管理也同樣重要。本文就工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過(guò)程中采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析和闡述，提出關(guān)鍵點(diǎn)。

摘 要：鋼結(jié)構(gòu);工業(yè)廠房;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用

1 工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化原則分析

在現(xiàn)階段，我國(guó)所進(jìn)行的很多工業(yè)生產(chǎn)是緊緊圍繞廠房開展的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上能夠?yàn)楣ぷ魃a(chǎn)提供參考。廠房建筑設(shè)計(jì)和優(yōu)化以及工業(yè)生產(chǎn)的效率是存在聯(lián)系的，工業(yè)生產(chǎn)的安全性和可靠性也是不可忽視的。結(jié)合具體的實(shí)際情況，工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)之中，往往涵蓋了兩種技術(shù)：第一，從基本概念分析，要從多種方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的推敲，讓廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于合理和科學(xué)。第二，要對(duì)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)整。在實(shí)行概念設(shè)計(jì)優(yōu)化的形式下，以原有的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，要從相應(yīng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)出發(fā)，讓廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擁有一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)。由此，工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)更加完整，在提高了安全性和可靠性的情況下，也會(huì)讓工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)得到穩(wěn)定和高效的運(yùn)行。工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，應(yīng)該和建筑設(shè)計(jì)是吻合的，這也要從多個(gè)層面的因素出發(fā)，從建筑的具體要求分析，保證廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不受到一種形式的約束，在開展多元化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之下，讓設(shè)計(jì)人員擁有探討的機(jī)會(huì)和空間。隨之，在設(shè)計(jì)人員和企業(yè)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)之下，能夠針對(duì)廠房建筑制定出一個(gè)滿意的方案。這就要加強(qiáng)關(guān)注廠房的性能和經(jīng)濟(jì)性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上把計(jì)算機(jī)技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)支撐，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于合理和準(zhǔn)確，以此在各個(gè)細(xì)節(jié)上對(duì)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行管控。

2 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)

2.1 工業(yè)廠房中采用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：

眾所周知，相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有自重輕、殘值高等。但是在工業(yè)廠房中采用鋼結(jié)構(gòu)，主要的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)如下：1.跨度大;特別是單層工業(yè)廠房。一般單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨度可達(dá)到18m～36m。這樣的跨度使生產(chǎn)工藝布置靈活，生產(chǎn)順序及生產(chǎn)物流更為通暢。多層廠房中結(jié)構(gòu)跨度也比混凝土結(jié)構(gòu)要大些。2.造價(jià)低;因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的自重輕，材料的強(qiáng)度較高。這樣上部結(jié)構(gòu)的用料相對(duì)較少。自重輕也使基礎(chǔ)造價(jià)也相應(yīng)變小。3.工期短;由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在工廠里生產(chǎn)加工，現(xiàn)場(chǎng)只要進(jìn)行拼接安裝。所以在基礎(chǔ)施工時(shí)已經(jīng)可以加工鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，相當(dāng)于自然的流水施工，從而減少施工周期。還有上部鋼結(jié)構(gòu)的安裝也會(huì)比混凝土結(jié)構(gòu)的施工快的多，所以采用鋼結(jié)構(gòu)會(huì)大大降低了施工周期。4. 保證質(zhì)量：由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是在工廠內(nèi)生產(chǎn)加工，大大減少了構(gòu)件的誤差。而且鋼結(jié)構(gòu)的連接大部分采用螺栓、焊接等，有利于工程的質(zhì)量控制。由于工業(yè)廠房采用鋼結(jié)構(gòu)具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以目前鋼結(jié)構(gòu)已在工業(yè)廠房中廣泛的使用。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分析

說(shuō)到結(jié)構(gòu)體系，首先先要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)構(gòu)件不僅要滿足強(qiáng)度和變形的要求，還要保證構(gòu)件的穩(wěn)定性。1.工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)柱：對(duì)于工業(yè)廠房來(lái)說(shuō)，一般結(jié)構(gòu)所承受的荷載較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)柱的承重是非常關(guān)注的。其次，應(yīng)考慮柱的穩(wěn)定性，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度較高，而抗壓強(qiáng)度較弱。柱作為壓彎構(gòu)件來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是相當(dāng)重要的。在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中，特別是單層工業(yè)廠房，柱截面通常采用實(shí)腹式的H型，所以在鋼柱強(qiáng)軸方向，柱的穩(wěn)定性可以通過(guò)調(diào)整截面的高度及厚度進(jìn)行實(shí)施。但是在鋼柱弱軸方向，如果通過(guò)截面計(jì)算來(lái)滿足規(guī)范要求，則柱截面會(huì)變的很大，這樣做法非常不經(jīng)濟(jì)。一般通過(guò)構(gòu)造措施來(lái)降低結(jié)構(gòu)柱的計(jì)算長(zhǎng)度，如在廠房縱向設(shè)置通長(zhǎng)的系桿或設(shè)置柱間支撐等措施。使結(jié)構(gòu)柱在兩個(gè)方向穩(wěn)定性均能滿足要求。2.結(jié)構(gòu)鋼梁：結(jié)構(gòu)鋼梁大都是受彎構(gòu)件，受力作用下分為受拉區(qū)和受壓區(qū)。在受壓區(qū)設(shè)置水平支撐，用來(lái)保證梁整體的穩(wěn)定性。如多層廠房的樓面梁與柱連接處設(shè)置水平斜撐，還有在屋面梁設(shè)置系桿及隅撐等構(gòu)造措施都是增加鋼梁受壓區(qū)的穩(wěn)定性。3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)：許多圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)置就是與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件一起形成結(jié)構(gòu)體系，更為合理承受各種荷載。

2.3 結(jié)構(gòu)體系的完善

2.3.1 鋼結(jié)構(gòu)的屋面體系：?jiǎn)螌愉摻Y(jié)構(gòu)工業(yè)廠房通常采用輕鋼屋面，屋面體系一般由鋼梁、系桿、屋面水平支撐等構(gòu)件組成。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房屋面可采用輕鋼屋面，也可采用鋼承板+混凝土屋面，屋面體系一般由屋面主鋼梁、次梁、屋面水平支撐等構(gòu)件組成。在輕鋼屋面中，屋面水平支撐與鋼柱形成抗側(cè)力體系抵抗縱向水平荷載;系桿既是傳力構(gòu)件，又可以成為鋼梁側(cè)向支承點(diǎn)。在鋼承板+混凝土屋面中，樓板在平面中傳遞水平荷載，次梁不僅承擔(dān)水平荷載，又是主梁的平面外支撐;屋面水平支撐將水平荷載傳至主梁及鋼柱。

2.3.2 抗側(cè)力體系：?jiǎn)螌庸I(yè)廠房的抗側(cè)力體系主要由鋼柱、柱間支撐及系桿組成。因?yàn)閱螌庸I(yè)廠房的鋼柱通常采用H型，鋼柱的弱軸方向抗側(cè)力就遠(yuǎn)洋小于強(qiáng)軸方向，所以柱間支撐的抗側(cè)力作用就非常明顯了。但是在廠房?jī)?nèi)部設(shè)置柱間支撐很容易引起業(yè)主的反感，因?yàn)橛绊懥嗣烙^及限制了工藝布局。在多層廠房中，鋼柱可采用H型，但是這樣的話，必須在弱軸方向設(shè)置柱間支撐形成支撐框架，而主方向不設(shè)柱間支撐為純框架結(jié)構(gòu)。雖然兩個(gè)方向的剛度分別能滿足，但是結(jié)構(gòu)形式不同，不利于抗震。所以我們經(jīng)?？吹接行┒鄬訌S房相鄰鋼柱垂直布置。使兩個(gè)方向剛度差不多。當(dāng)然在多層工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房中，鋼柱采用箱型截面較多。這樣使兩個(gè)方向剛度相對(duì)均勻，形成框架結(jié)構(gòu)。又不需要柱間支撐，使工藝布局更方便合理。在工業(yè)廠房中，經(jīng)常設(shè)置吊車，這就需要設(shè)置吊車梁。吊車梁的作用一是承受吊車荷載，并將吊車荷載傳遞到結(jié)構(gòu)柱上;二可以作為系桿增加鋼柱的側(cè)向穩(wěn)定性，作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)使用。

2.3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系：圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系分為屋面及墻面。一般由檁條、直拉條、斜拉條、隅撐等構(gòu)件組成。雖然這些構(gòu)件大部分都是構(gòu)造要求，不過(guò)這不僅增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度，對(duì)主體結(jié)構(gòu)也有有利的作用。

所以鋼結(jié)構(gòu)屋面體系使平面結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換為空間結(jié)構(gòu)體系，可以增強(qiáng)屋面剛度，從而增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.4 抗震設(shè)計(jì)：

工業(yè)廠房活荷都較大，采用鋼結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自重輕，相對(duì)的地震作用下荷載就相對(duì)較小，有利于抗震。而且鋼材料的強(qiáng)度高，延性好。也是有利于抗震設(shè)計(jì)。所以許多工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房地震作用下的荷載并不是決定性的作用。但是設(shè)計(jì)師都遵循抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)：“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”，所以在鋼結(jié)構(gòu)廠房中，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是非常重要的。設(shè)計(jì)師不僅要計(jì)算節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、變形，更要注意節(jié)點(diǎn)處的荷載是否能有效的進(jìn)行傳遞及變形后的狀態(tài)。

3 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房存在的問題：

3.1 屋面及墻面滲漏：由于每位業(yè)主對(duì)結(jié)構(gòu)用鋼量的問題都比較關(guān)心，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力也相對(duì)較小，所以每位有經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程師都會(huì)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的用鋼量，導(dǎo)致滲漏現(xiàn)象的出現(xiàn)。對(duì)此，可由建筑工程師進(jìn)行配合，如調(diào)整屋面坡度，增加圍護(hù)板材接縫處的搭接，還有設(shè)置屋面柔性防水等措施等來(lái)有效防止?jié)B漏問題。

3.2 防火設(shè)計(jì)：當(dāng)溫度達(dá)到一定的高度，鋼材就容易呈現(xiàn)出脆性，大大會(huì)降低鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。這也需要各專業(yè)進(jìn)行配合：如在裸露的鋼構(gòu)件外表面涂刷防火涂料，在溫度達(dá)到一定的高度設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)等措施來(lái)防止火災(zāi)，提高結(jié)構(gòu)的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保障廠房使用時(shí)的安全性;保證工業(yè)廠房生產(chǎn)時(shí)的可靠性;在提升工業(yè)廠房運(yùn)作時(shí)的適用性;考慮廠房建造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。綜合多種方式，最終保證廠房穩(wěn)步提升，使工業(yè)發(fā)展獲得支持。

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