鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐分析

吳 敵

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

最近幾年我國工業(yè)發(fā)展的態(tài)勢迅猛，加之各類鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)和加工工藝的出現(xiàn)，很大程度上促使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工業(yè)建筑、工業(yè)廠房、火力發(fā)電等行業(yè)的建筑領(lǐng)域有了更多的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擁有施工快速、節(jié)省工期、價(jià)格較低的優(yōu)勢，但也存在些許問題和不足，只有充分認(rèn)識(shí)其優(yōu)劣勢所在，才有可能在后續(xù)的廠房建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)其采取更為有效的利用。

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和劣勢

1.1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

1.1.1 鋼結(jié)構(gòu)開間較大

目前國內(nèi)大部分工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)規(guī)模較大，而鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)楸旧砜梢猿休d大跨度的設(shè)計(jì)要求，故而被多數(shù)廠房設(shè)計(jì)者所選擇及應(yīng)用。與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)跨度更大。這種有別于傳統(tǒng)的帶有一定突破性質(zhì)的性能，促使鋼結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)超過150m的橫向及300m的縱向溫度區(qū)段，能夠滿足大部分工業(yè)廠房建設(shè)過程中在溫度變形方面所提出的要求。

1.1.2 鋼結(jié)構(gòu)的重量相對(duì)較小

鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，有效克服了混凝土結(jié)構(gòu)所具有的抗震性低、工藝繁瑣等缺陷。由耐腐蝕性較強(qiáng)的冷軋鍍鋅鋼板所制造的鋼結(jié)構(gòu)，不僅提升了鋼結(jié)構(gòu)在使用和施工過程中的耐腐蝕效果，更延長了其本身的使用壽命，保障了其所應(yīng)具有的功能和價(jià)值。

1.1.3 鋼結(jié)構(gòu)可以有效提升施工效率

工業(yè)廠房所選擇的鋼結(jié)構(gòu)部件，是通過機(jī)械化和高強(qiáng)度所制造出的金屬構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的，其質(zhì)量在未投入使用前已經(jīng)得到了充分的保證。當(dāng)生產(chǎn)出來的鋼構(gòu)件按需從生產(chǎn)基地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場時(shí)，現(xiàn)場操作人員只需要按照相應(yīng)的步驟說明將構(gòu)件進(jìn)行組裝，其操作過程簡單而又快捷。如此操作在很大程度上降低了工業(yè)廠房的施工周期，且簡化了施工程序，在保障構(gòu)件質(zhì)量的同時(shí)，更提升了廠房整體的施工質(zhì)量，有助于其在最短的工時(shí)內(nèi)完成施工，早日投入使用，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的劣勢

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢較為明顯，但問題也同樣存在，比如防火性能的參差不齊，就是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題。目前鋼結(jié)構(gòu)的防火性能普遍不理想，盡管其所具備的優(yōu)勢，促使其廣為建筑領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可，但是這些不足同樣需要被關(guān)注和引起重視。

通常情況下，在為鋼結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的工業(yè)廠房中，其主體缺少鋼筋混凝土或一般混凝土所具有的隔絕性，常常導(dǎo)致其在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間內(nèi)因?yàn)槿狈ΡＵ?，而讓廠房遭受生命財(cái)產(chǎn)損失。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)也存在著耐腐蝕性不理想的情況，比如因使用時(shí)間過長而出現(xiàn)的銹蝕，如果沒有在第一時(shí)間內(nèi)采取有效措施，那么腐蝕情況就會(huì)蔓延，最終影響到鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和廠房的安全。

2 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中的問題要點(diǎn)

2.1 防火設(shè)計(jì)

通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)的防火性并不理想，當(dāng)鋼材部件受到100℃以上高溫的沖擊時(shí)，隨著廠房內(nèi)溫度的不斷升高，鋼材極有可能出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度降低的情況，促使其塑性不斷變大;當(dāng)溫度持續(xù)上升到250℃時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度又會(huì)出現(xiàn)提升，但塑性又會(huì)反之下降，甚至出現(xiàn)藍(lán)脆的情況;當(dāng)溫度超過250℃，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生徐變;當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，鋼材的強(qiáng)度會(huì)嚴(yán)重降低，甚至出現(xiàn)坍塌的情況，所以對(duì)于設(shè)計(jì)者來說要關(guān)注工業(yè)廠房內(nèi)的防火設(shè)計(jì)，以防止后續(xù)事故的發(fā)生。

2.2 防腐蝕設(shè)計(jì)

一旦鋼結(jié)構(gòu)常年置于暴雨和潮濕天氣中，其就有可能因?yàn)槭艹倍馐芨g。一旦鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕，其不但會(huì)破壞鋼結(jié)構(gòu)整體橫截面，促使其日漸壓縮，還會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的表層出現(xiàn)大量的銹坑，破壞鋼結(jié)構(gòu)的整體性。

為了有效避免這類情況的出現(xiàn)，最為常見和有效的處理方式就是在鋼結(jié)構(gòu)的表面涂抹一層防腐劑，生成防腐層，讓其本身所具有的疏水性、致密性以及附著力較強(qiáng)、電阻較大的特征，去實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣當(dāng)中氯離子、水蒸氣等的有效隔絕，進(jìn)而起到保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的作用和效果[4-6]。

2.3 其它問題

鋼結(jié)構(gòu)廠房雖然有很多優(yōu)勢，但也存著很多不足，值得我們思考的是，如何把設(shè)計(jì)做得更加完善，以彌補(bǔ)設(shè)計(jì)中的缺陷。鋼結(jié)構(gòu)的消防設(shè)計(jì)是重中之重，要使鋼構(gòu)件的耐火等級(jí)和燃燒性能滿足國家現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2014) (2018年版)規(guī)范的要求，在鋼梁、鋼柱、柱間支撐等構(gòu)件上涂刷防火涂料，增加不同厚度的保護(hù)層，使鋼構(gòu)件達(dá)到耐火極限，在增加防火保護(hù)層后，變?yōu)椴蝗紵w。鋼結(jié)構(gòu)屋面可采用中間夾不燃材料的雙層壓型鋼板，既滿足防火要求，又起到保溫節(jié)能的效果。

在工業(yè)建筑中，對(duì)于火力發(fā)電廠的建筑設(shè)計(jì)部分，鋼結(jié)構(gòu)廠房的輕質(zhì)外墻還能滿足建筑泄壓防爆的要求，只要運(yùn)用得當(dāng)，多進(jìn)行鉆研實(shí)踐，鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)勢就能在設(shè)計(jì)中得以全面體現(xiàn)。

3 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計(jì)實(shí)例分析

3.1 實(shí)例一：XX熱源廠鋼結(jié)構(gòu)廠房

建筑高度：43m，屬高層工業(yè)建筑，執(zhí)行建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50016-2006)規(guī)范，該建筑為丁類二級(jí)耐火等級(jí)，根據(jù)規(guī)范，防火分區(qū)最大允許占地面積為4000m2，本項(xiàng)目占地面積小于4000m2，可不設(shè)防火分區(qū)。

主廠房由煤倉間、鍋爐間、水泵間三部分組成。煤倉間為現(xiàn)澆鋼筋混凝土五層(局部六層)框架結(jié)構(gòu)，各層樓板厚度不小于120mm，耐火極限2.0h，大于規(guī)范2.0.1條關(guān)于耐火極限1.0h的要求，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱的耐火極限大于5h，滿足規(guī)范2.5h的要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)層以下370mm非粘土燒結(jié)磚，運(yùn)轉(zhuǎn)層以上300mm厚陶?；炷疗鰤K，他們的耐火極限均大于規(guī)范1.0h的要求。鍋爐間為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，雙層布置,運(yùn)轉(zhuǎn)層為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，板厚120mm，現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱，均滿足規(guī)范關(guān)于耐火極限的要求。屋面為輕型梯形鋼屋架，刷LG防火隔熱涂料，保溫彩鋼屋面板，耐火極限滿足規(guī)范0.5h的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)同煤倉間，滿足規(guī)范要求。水泵間單層布置，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面采用鋼筋混凝土梁板，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用370mm非粘土燒結(jié)磚，均滿足耐火極限的要求。引風(fēng)機(jī)間單層布置，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面采用鋼筋混凝土板，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用300mm厚陶粒混凝土砌塊，滿足耐火極限的要求[7-9]。

安全疏散：在煤倉間固定端設(shè)一部鋼筋混凝土樓梯，可通向各層樓面，樓梯凈寬大于1.2m，樓梯間墻厚為240mm厚非粘土燒結(jié)磚，樓梯間為封閉樓梯間并設(shè)乙級(jí)防火門；擴(kuò)建端設(shè)一部室外疏散鋼梯，寬度為900mm，鋼筋混凝土平臺(tái)，通往各層樓面及屋面；鍋爐間兩端均設(shè)3.0m×3.3m鋼木大門，用于疏散鍋爐間內(nèi)工作人員。水處理間設(shè)2個(gè)大門通向室外，并與鍋爐間設(shè)2個(gè)大門連通，引風(fēng)間設(shè)2個(gè)大門通向室外。

爐控室采用塑鋼隔斷，各種裝修材料均采用非燃燒體或難燃燒體，變壓器室設(shè)在一層，采用防火墻與主廠房分隔。

3.2 實(shí)例二：XX發(fā)電廠鋼結(jié)構(gòu)廠房

主廠房及附屬建筑的平、立、剖面設(shè)計(jì)依據(jù)工藝專業(yè)提供的資料進(jìn)行，并滿足電廠的使用要求，力求簡潔、大方、色彩明快，努力塑造一個(gè)現(xiàn)代化工廠的形象。立面處理在與廠區(qū)建筑協(xié)調(diào)的同時(shí)，充分考慮與周圍建筑風(fēng)格及城市規(guī)劃要求保持一致。

主廠房包括鍋爐間、除氧間、燃料倉間、汽機(jī)間、配電間及各類輔助間。

鍋爐間雙層布置，采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，8m運(yùn)轉(zhuǎn)層采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面為梯形鋼屋架，屋面板采用工廠復(fù)合玻璃絲棉彩鋼板，屋架下弦懸掛1t電動(dòng)葫蘆一部，運(yùn)轉(zhuǎn)層相應(yīng)位置設(shè)1個(gè)2.0m×2.0m吊裝孔，四周欄桿圍護(hù)，鍋爐基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。主廠房圍護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)層以下采用非黏土燒結(jié)磚，運(yùn)轉(zhuǎn)層以上采用陶粒砌塊。機(jī)、爐控制室采用塑鋼隔斷并做防噪聲處理。

除氧間與燃料倉間均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，各層樓板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。

汽機(jī)間采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，8.0m運(yùn)轉(zhuǎn)層采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并與汽機(jī)基礎(chǔ)完全脫開，防止汽機(jī)震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。屋面板采用工廠復(fù)合玻璃絲棉彩鋼板。汽機(jī)基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。

占地面積為1911.87m2，建筑面積為9801.43m2，建筑高度為48.3m。主廠房屬高層工業(yè)建筑，該建筑生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁類，耐火等級(jí)為二級(jí)。

主廠房由除氧煤倉間、鍋爐間、汽機(jī)間、電氣間四部分組成。除氧煤倉間為現(xiàn)澆鋼筋混凝土8層框架結(jié)構(gòu)，鍋爐間為2層排架結(jié)構(gòu)；汽機(jī)間為2層排架結(jié)構(gòu)，電氣間為3層框架結(jié)構(gòu)。除氧煤倉間0.000m層設(shè)換熱站、油泵房、水處理間，4.00m設(shè)化驗(yàn)室、配藥室、更衣室、淋浴間、辦公室等，8.00m設(shè)加藥間、取樣間、值班室、藥品庫、油化驗(yàn)室、熱工實(shí)驗(yàn)室、辦公室、更衣室等，13.00m為爐料設(shè)備層、除氧層附設(shè)配電間、戊類庫房等，16.30m為二級(jí)爐前給料設(shè)備層附設(shè)配電間等，20.50m為一級(jí)爐前給料設(shè)備層，28.00m設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)間，32.00m設(shè)生活水箱間、消防水箱間。

根據(jù)建筑自然層，結(jié)合設(shè)備使用空間，主廠房共分為7個(gè)防火分區(qū)，1-7防火分區(qū)面積分別為：2698.87m2，652.29m2，699.91m2，495.36m2，4262.47m2,476.01m2，519.52m2，滿足《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50229-2006)第3.0.3條要求。

各車間隔墻上的門均為乙級(jí)防火門，滿足《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50229-2006)第5.3.4條要求。封閉樓梯間、防煙樓梯間門均為乙級(jí)防火門，滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 (GB 50016-2006)第7.4.2條、第7.4.3條要求。疏散門均采用平開門，滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 (GB 50016-2006)第7.4.12條要求[10]。

4 結(jié)語

綜上，為了保證建筑質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的責(zé)任十分重大，所以在實(shí)際過程中一定要格外細(xì)心，從而保證在有優(yōu)秀設(shè)計(jì)的同時(shí)可以應(yīng)對(duì)一些突發(fā)問題。