探析工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

陳優(yōu)陽

摘要：與鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具備強(qiáng)度大、質(zhì)量輕、延塑性強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，而且施工裝配化水平較高，成本較低，可以獲得較高建筑建設(shè)效益。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著極為廣泛應(yīng)用。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房空間利用最大化，節(jié)約建設(shè)成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房使用、安全、壽命的有效保障，必須提高對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用重視程度，不斷優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)?；诖耍恼孪仁欠治隽虽摻Y(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn)，明確鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)而探討了鋼結(jié)構(gòu)在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)廠房;設(shè)計(jì)要點(diǎn);優(yōu)化措施

1 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

根據(jù)工業(yè)廠房實(shí)際使用需要，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)跨度較大，承重柱較高

在工業(yè)生產(chǎn)中，其生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、原料的體積、重量通常較大，而且為了實(shí)現(xiàn)對(duì)空間高效利用需要對(duì)原材料、產(chǎn)品等進(jìn)行疊放，因此對(duì)廠房面積、承重有著一定要求。同時(shí)為了便于產(chǎn)品、設(shè)備、原材料運(yùn)輸，廠房吊車軌頂標(biāo)高、跨度等要求也較大。

1.2 縱向柱距較大

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著相關(guān)行業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與特殊設(shè)計(jì)要求，特別是在對(duì)空間利用率方面，應(yīng)注重實(shí)現(xiàn)對(duì)空間最大利用。因此在對(duì)工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意對(duì)廠房縱橫向柱間距離控制。再者，工業(yè)廠房中吊車使用頻率高、起重量大，因此縱向柱間距設(shè)計(jì)必須合理。吊車在鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中設(shè)置方式通常有輕級(jí)、中級(jí)、重級(jí)三種工作制吊，應(yīng)根據(jù)工廠生產(chǎn)實(shí)際需要，對(duì)廠房鋼結(jié)構(gòu)縱向柱間距展開合理設(shè)計(jì)。

1.3 承重結(jié)構(gòu)截面大

承重構(gòu)件截面大也是工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯著特點(diǎn)。結(jié)合廠房結(jié)構(gòu)荷載與廠房使用實(shí)際需要，同時(shí)滿足鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定、抗震性方面整體要求。為了承受大噸位重量荷載，應(yīng)在確保承重足夠前提下對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

2 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，基于工藝要求與實(shí)際建設(shè)需要，必須對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選擇，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)、布置過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：

首先，在廠房鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置上應(yīng)進(jìn)行對(duì)稱均勻設(shè)計(jì)，確保廠房結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性、抗震性均可得到較好保障與提升，并且應(yīng)注意在保證鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量同時(shí)，避免廠房結(jié)構(gòu)空間發(fā)生扭轉(zhuǎn)、變形問題。其次，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)梁、柱結(jié)構(gòu)等構(gòu)件應(yīng)力過于集中而出現(xiàn)變形、凹角、收縮等問題，進(jìn)而降低了整體結(jié)構(gòu)剛度與穩(wěn)定性。最后，在對(duì)廠房鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從結(jié)構(gòu)整體上對(duì)水平荷載處理進(jìn)行綜合考慮，保障廠房結(jié)構(gòu)較好穩(wěn)定性、可靠性。廠房整體結(jié)構(gòu)重量產(chǎn)生的豎向荷載也由鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)，因此，在工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須同時(shí)結(jié)合對(duì)水平、豎直方向荷載綜合考慮。

目前，在許多工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)參數(shù)并不能反映結(jié)構(gòu)整體與局部之間安全水平，出現(xiàn)了許多結(jié)構(gòu)安全失穩(wěn)問題。因此，廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要經(jīng)過多次優(yōu)化才能充分確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、穩(wěn)定性。

3 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體應(yīng)用

3.1 防火設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)溫度反應(yīng)更加敏感，在防火性能方面有著較大缺陷。因此，鋼結(jié)構(gòu)隔熱與防火在設(shè)計(jì)過程中顯得尤為重要，是確保廠房結(jié)構(gòu)安全、可靠重要保障。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合廠房生產(chǎn)用途來對(duì)潛在火災(zāi)危險(xiǎn)類型進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，進(jìn)而對(duì)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)防火等級(jí)進(jìn)行確定。嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范以及防火要求選擇滿足防火登記鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、材料，避免火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀滅性影響。為了有效提升提高鋼構(gòu)件耐火性，可在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合施工材料選擇合適的防火涂料。此外，在安全設(shè)計(jì)方面，應(yīng)結(jié)合廠房全局設(shè)計(jì)對(duì)疏散樓梯、安全出口、緊急疏散通道等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免火災(zāi)發(fā)生對(duì)人員造成較大傷害。

3.2 防腐設(shè)計(jì)方面

鋼結(jié)構(gòu)暴露在空氣中極易被氧化，尤其是在潮濕環(huán)境、酸堿性環(huán)節(jié)下會(huì)遭到嚴(yán)重腐蝕。腐蝕問題會(huì)使得鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面變小，局部出現(xiàn)銹坑還會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力過于集中進(jìn)而縮短結(jié)構(gòu)壽命。這就要求在進(jìn)行廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時(shí)應(yīng)根據(jù)工業(yè)廠房具體環(huán)境情況，設(shè)計(jì)合理的預(yù)防方案，將銹蝕、腐蝕影響降到最低。目前，較為常見的防腐設(shè)計(jì)就是在鋼結(jié)構(gòu)材料外面涂抹防腐涂層來對(duì)氧氣、水蒸氣等進(jìn)行隔離，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)目的。值得注意的是，不同結(jié)構(gòu)部件，暴露在外不同環(huán)境情況，防腐涂層的厚度也不一樣。

3.3 抗震設(shè)計(jì)方面

對(duì)于工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，由于吊車等大型設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大震動(dòng)，會(huì)對(duì)廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不良影響，特別是地震多發(fā)區(qū)域，鋼結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)顯得更為重要。因此在工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須重視結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)，切實(shí)保障結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)上，鋼結(jié)構(gòu)的梁、柱等應(yīng)均勻、對(duì)稱布設(shè)，確保結(jié)構(gòu)具備較好的傳力效果，最大限度地降低震動(dòng)對(duì)廠房結(jié)構(gòu)造成的影響。在屋脊與屋面板、屋架與梁柱之間連接設(shè)計(jì)必須合理可靠，尤其是要確保連接節(jié)點(diǎn)較高強(qiáng)度。除此之外，在柱與墻拉結(jié)設(shè)計(jì)方面應(yīng)確保高寬比例，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，最大限度地提升廠房鋼結(jié)構(gòu)抗震能力。

3.4 溫度伸縮縫設(shè)計(jì)方面

環(huán)境溫度出現(xiàn)較大變化，尤其是晝夜溫差較大的地區(qū)，廠房鋼結(jié)構(gòu)極易由于溫度應(yīng)力而出現(xiàn)變形情況，因此為確保溫度應(yīng)力得到有效控制，則在設(shè)計(jì)時(shí)必須確保足夠大的鋼結(jié)構(gòu)平面尺寸，尤其是要確保橫向、縱向溫度伸縮縫合理設(shè)計(jì)。一方面，應(yīng)結(jié)合實(shí)際安裝施工需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單元數(shù)量進(jìn)行明確劃分，進(jìn)而確定采用單柱或者雙柱處理方式，通過在屋頂支座上設(shè)計(jì)滑動(dòng)支座來實(shí)現(xiàn)對(duì)縱向溫度裂縫的有效處理。另一方面，采用橢圓滑動(dòng)，或是槽鋼夾板滑動(dòng)的設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)交接處溫度伸縮縫進(jìn)行有效處理，有效將溫度應(yīng)力影響降低 到最小。

3.5 立面與支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

色彩與支撐結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)廠房重要表現(xiàn)特征。在色彩設(shè)計(jì)方面應(yīng)充分利用壓型鋼板色彩良好張力，彌補(bǔ)傳統(tǒng)廠房設(shè)計(jì)在色彩方面的缺陷。鋼結(jié)構(gòu)廠房不受施工工藝較大限制，且體型設(shè)計(jì)方面也是多種多樣，因此可在具體外形設(shè)計(jì)方面充分發(fā)揮色彩跳躍性表現(xiàn)力，尤其是在外天溝、進(jìn)出口等處，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)廠房立面設(shè)計(jì)效果。在支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)全面考慮廠房結(jié)構(gòu)形式、高度、柱網(wǎng)布設(shè)等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。一般來說，鋼結(jié)構(gòu)檁條選擇設(shè)置在垂直支撐上，如果不采用檁條設(shè)計(jì)，則需以上弦支撐形式來對(duì)屋架與屋面進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

3.6 屋面優(yōu)化設(shè)計(jì)方面

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，屋面設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于防水功能的優(yōu)化。屋面優(yōu)化設(shè)計(jì)中，屋面坡度、長度、天溝形式是最為重要的三個(gè)因素，必須予以重點(diǎn)考慮分析。尤其是在屋面坡度設(shè)計(jì)方面最為關(guān)鍵，應(yīng)結(jié)合通風(fēng)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、施工材料以及施工技術(shù)等方面考慮，將屋面的坡度設(shè)置為5%，寒冷地區(qū)坡度還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)加大調(diào)整。此外還需結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤?、溫度等變化情況進(jìn)行設(shè)計(jì)分析、考慮，確保廠房使用功能正常。

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