試論工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

范智鋮

摘要：本文概述了鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵，分析了鋼結(jié)構(gòu)在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)勢，同時結(jié)合實際工程案例，對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析與探討，以供參考。

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

1 前言

在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)形式，能全面提升廠房施工實用性、功能性，降低廠房施工成本，提升廠房使用壽命。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中要分析多項影響要素，整合施工作業(yè)各項要求，在滿足經(jīng)濟(jì)性的要求下，保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性。

2 鋼結(jié)構(gòu)的概述

鋼結(jié)構(gòu)總的來說，主要分為重鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)兩大結(jié)構(gòu)。重鋼主要應(yīng)用于各大型的起重機(jī)上，其需要承受很大的荷載;輕鋼主要應(yīng)用于門式剛架、具有一些輕型的墻面結(jié)構(gòu)上，一些承重量比較輕的建筑上，其相對于重鋼所能承受的重量要小得多。

在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中，對鋼結(jié)構(gòu)各個施工連接部分進(jìn)行合理設(shè)計，使其取得較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，能全面降低設(shè)計難度，提升廠房施工效率。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性較為突出，在結(jié)構(gòu)拼裝過程中能節(jié)約較多的施工原材料，施工經(jīng)濟(jì)性較佳。這些是目前鋼結(jié)構(gòu)大范圍應(yīng)用的重要因素。工業(yè)廠房應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中可以設(shè)置較大的空間，可以滿足不同的工藝要求，保證上部空間得到合理應(yīng)用，進(jìn)而對工藝設(shè)備進(jìn)行有效控制，節(jié)約更多項目建設(shè)成本。鋼結(jié)構(gòu)屬于利用率較高的建筑材料，在使用過程中能多次應(yīng)用，其安裝操作需要的人力、物力較少，拆除的鋼構(gòu)件能直接回收應(yīng)用，循環(huán)價值較高、環(huán)保性較強(qiáng)。

在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，鋼結(jié)構(gòu)空間利用效率較高，在搭接過程中空間占用率較低，在設(shè)計中可變性較強(qiáng)。其空間構(gòu)件具有多樣化特征，對提升廠房后期建設(shè)空間利用率具有重要意義。在工業(yè)廠房建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用也存在一些問題。例如鋼結(jié)構(gòu)材料防火性與耐腐蝕性有待提升，在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要加強(qiáng)此方面的設(shè)計，全面提升鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用價值，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。

3 鋼結(jié)構(gòu)在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 大開間結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)科學(xué)應(yīng)用在廠房設(shè)計中的關(guān)鍵優(yōu)勢是能夠形成較大的開間，實際表現(xiàn)為：第一，相較于其它材料，表現(xiàn)出較強(qiáng)的靈活性，同時十分輕。與類似材料相比，運(yùn)輸與吊裝操作更為便捷。通常狀況下，最大跨度絕不能達(dá)到50cm，同時相當(dāng)于1/3 屋架重量，在梁高普遍相同的前提下，鋼結(jié)構(gòu)明顯超過混凝土自身的開間，因此可以更為靈活的安置，徹底達(dá)到設(shè)計要求的大跨度特點(diǎn)。第二，便捷安裝與拆卸結(jié)構(gòu)節(jié)省了操作工期。實際安裝操作中，形成極高的機(jī)械化生產(chǎn)水平，具有一定專業(yè)化水平的構(gòu)件廠家生產(chǎn)相關(guān)材料，保證材料質(zhì)量。另外，現(xiàn)場操作時，負(fù)責(zé)相關(guān)的人員還必須不斷投入人力和物力，不斷提升操作水平。

3.2 重量較輕

建設(shè)操作中，重量相對偏輕，最大程度降低地基承載力。同時結(jié)構(gòu)系統(tǒng)逐步提高了抗震能力，簡化了操作流程，冷彎薄壁的特殊結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用在操作中，一定程度提升了防腐水平，增加了項目的應(yīng)用時間。

3.3 提升操作效率

具體設(shè)計中，生產(chǎn)商在制造零部件時，憑借極高的強(qiáng)度與機(jī)械化制造材料，獲得良好的質(zhì)量與準(zhǔn)確性。同時，有關(guān)人員還要向工地運(yùn)輸零部件，工地組裝操作結(jié)構(gòu)時，采取螺栓硅有關(guān)的零部件實施緊固，選擇合理的方式，不但減少了操作時間，還對繁瑣的操作流程進(jìn)行簡化，逐步提升了建筑水平。

3.4 抗震特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較高的塑性與韌性，因此，可以有效預(yù)防地震災(zāi)害，水平相對較高的抗震特點(diǎn)可以最大程度降低破壞。對于動力荷載來講，結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對極高，通常可以有效抵抗達(dá)到八級的地震，大規(guī)模應(yīng)用在頻繁發(fā)生地震的區(qū)域。

4 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)

4.1 工程概況

某機(jī)械施工集團(tuán)有限公司鋼構(gòu)生產(chǎn)車間廠房，其建筑面積是15288m2，長度196m，寬度78m，廠房結(jié)構(gòu)采用門式鋼架體系（24m+30m+24m），柱距7.5m，建筑檐口高度為12.4m。廠房車間內(nèi)設(shè)吊車：24m 跨5t梁式吊車4臺，16t梁式吊車1臺，30m 跨10t 梁式吊車3臺，20t 梁式吊車1臺。依據(jù)廠房設(shè)計要求，結(jié)合施工現(xiàn)場環(huán)境，采用3D設(shè)計軟件進(jìn)行鋼架設(shè)計。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)

（1）防火設(shè)計。在工業(yè)廠房設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，容易受到溫度變化影響，防火性能不強(qiáng)，因此需強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)的防火隔熱設(shè)計。在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員要對廠房火災(zāi)類型進(jìn)行合理劃分，制定防火等級，避免火災(zāi)隱患對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，強(qiáng)化防火性能。在設(shè)計階段，為了保障結(jié)構(gòu)耐火性能得到有效提升，可以在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷相應(yīng)的防火涂料。設(shè)計人員要優(yōu)化火災(zāi)預(yù)防控制操作，對設(shè)計質(zhì)量進(jìn)行有效控制，比如對火災(zāi)逃離出口進(jìn)行合理布置，能夠及時疏散人員，降低火災(zāi)事故發(fā)生概率。

（2）防腐設(shè)計。長時間使用，鋼結(jié)構(gòu)會受到大氣環(huán)境的影響，從而受到不同程度腐蝕與氧化作用。當(dāng)工業(yè)廠房環(huán)境濕度較大時，會加速其氧化反應(yīng)，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性更加明顯。鋼結(jié)構(gòu)腐蝕之后，構(gòu)件截面會變小，局部會出現(xiàn)不同程度的銹跡，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)主要受力位置應(yīng)力集中，對結(jié)構(gòu)應(yīng)用性能影響較大。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要對廠房環(huán)境影響要素進(jìn)行分析，制定合理的防腐設(shè)計方案，提升結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性。需要為鋼結(jié)構(gòu)涂刷相應(yīng)的防腐涂料，保障外部環(huán)境中的腐蝕因素與結(jié)構(gòu)不會直接接觸，對結(jié)構(gòu)起到有效保護(hù)作用。

（3）抗震設(shè)計。工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計至關(guān)重要。如果廠房建設(shè)區(qū)域處于地震頻發(fā)帶，一定要做好防震設(shè)計，提升廠房抗震性，保障廠房結(jié)構(gòu)安全性。在設(shè)計過程中，要對鋼結(jié)構(gòu)體型進(jìn)行合理布置，提升結(jié)構(gòu)傳力性能，從而提高結(jié)構(gòu)抗震性能。鋼結(jié)構(gòu)廠房屋架與鋼柱、屋面板與屋架連接牢固，節(jié)點(diǎn)處理合理，避免結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接問題導(dǎo)致事故的發(fā)生。對柱體與墻體高寬比進(jìn)行調(diào)控，應(yīng)用最佳的減震方式，提升工業(yè)廠房抗震性能。

（4）荷載設(shè)計與鋼結(jié)構(gòu)廠房工藝設(shè)計。工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，做好荷載設(shè)計極其重要。強(qiáng)化荷載設(shè)計能為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有利條件，進(jìn)而提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性。工業(yè)廠房能為工業(yè)生產(chǎn)活動提供相應(yīng)場所，確保生產(chǎn)活動有序進(jìn)行。鋼結(jié)構(gòu)廠房要和各個生產(chǎn)模塊有效協(xié)調(diào)，墻體厚度和高度要能適應(yīng)工藝設(shè)計指標(biāo)要求。在鋼結(jié)構(gòu)布置形式中，可以采用平面桁架、網(wǎng)架、門式鋼架等形式，設(shè)計階段技術(shù)人員要按照廠房建設(shè)要求進(jìn)行全面考慮，選擇最佳的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，在滿足經(jīng)濟(jì)性的要求下，保障廠房整體性能。

（5）重視鋼結(jié)構(gòu)計算。工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)計算過程中，設(shè)計人員基本上都是采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進(jìn)行計算，計算結(jié)果能為設(shè)計活動提供相應(yīng)參數(shù)。其對不同軟件計算情況進(jìn)行對比，選取最佳截面，從而對工程成本進(jìn)行有效控制。選取對應(yīng)的荷載值時，要結(jié)合廠房建設(shè)地區(qū)自然條件進(jìn)行分析，適度補(bǔ)充鋼結(jié)構(gòu)荷載能力。在構(gòu)件全面設(shè)計過程中，要認(rèn)識到凈截面等結(jié)構(gòu)參數(shù)對構(gòu)件的影響。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計過程中，要根據(jù)結(jié)構(gòu)、環(huán)境等因素，選取合理的連接方式，這就要求設(shè)計人員對構(gòu)件的連接位置進(jìn)行合理的判斷。

5 結(jié)束語

總之，不斷發(fā)展的工藝時代，相應(yīng)提升了建設(shè)水平。高水平的廠房一定程度推動了生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展，相應(yīng)也提升了人們的生活水平。近年來已經(jīng)出現(xiàn)很多有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的全新工藝，加之成功研究的新材料，相應(yīng)增加了應(yīng)用效率。同時結(jié)構(gòu)本身表現(xiàn)出的絕對優(yōu)勢，應(yīng)用在設(shè)計廠房建筑匯總，表現(xiàn)出較強(qiáng)的靈活性，保證建設(shè)的順利實行。

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