多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)分析

田 軒

（湖北省武漢市武漢金中石化工程有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)建筑因具有獨(dú)特的承重性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性等受到多層工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)技術(shù)人員的青睞。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在許多建筑工地中拔地而起，逐步成為當(dāng)前多層工業(yè)廠房建設(shè)首選的建筑形式。與傳統(tǒng)的混凝土廠房建筑設(shè)計(jì)不同，多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在建筑設(shè)計(jì)上，大多使用了輕鋼材作為主要建筑施工材料，這種材料能夠很好地改善傳統(tǒng)建筑材料的重量大、結(jié)構(gòu)性能不足等劣勢。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建設(shè)所采用的輕鋼材質(zhì)能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，大幅減輕建筑的總體重量，從而有效地減輕廠房負(fù)擔(dān)。施工過程中，圍護(hù)層施工用材大多以夾芯金屬鋼板為主，這種材質(zhì)能夠簡化操作過程，節(jié)省建筑施工過程的作業(yè)時(shí)間，并能有效提高我國多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建設(shè)的總體水平和廠房施工質(zhì)量。

多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的建設(shè)優(yōu)勢如此突出，離不開設(shè)計(jì)人員的科學(xué)設(shè)計(jì)，更離不開施工人員的正確施工。本文就多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的特征

（1）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房內(nèi)的機(jī)械設(shè)備種類較多、實(shí)際負(fù)載的要求較高。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房里主要由大型的機(jī)械設(shè)備組成，而這些機(jī)械設(shè)備的總重一般在數(shù)十噸以上，其樓面可變荷載量達(dá)到2.5～20kN/m2左右。所以，進(jìn)行工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要充分考慮各種機(jī)械設(shè)備對鋼結(jié)構(gòu)廠房的影響，要選用適當(dāng)?shù)牟季址绞剑瑫r(shí)整體結(jié)構(gòu)也要符合具備超強(qiáng)負(fù)荷的條件，針對各種機(jī)械設(shè)備靈活調(diào)整多層鋼結(jié)構(gòu)的荷載類型，以提高其安全性能，保障廠房順利投入使用。

（2）有些鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在使用鋼筋混凝土組合樓板時(shí)，會出現(xiàn)樓板開孔很大的狀況，且質(zhì)量與剛度分配呈失調(diào)狀態(tài)。部分建筑設(shè)施基本是從基礎(chǔ)層開始上下貫通，全長可能達(dá)到十幾米或幾十米。所以，施工中往往出現(xiàn)同一樓層大面積開孔，這樣會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)層現(xiàn)象，從而造成鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量和剛度在高度上分配不均，嚴(yán)重降低了廠房整體的安全性和穩(wěn)定性。如果突發(fā)地震或遇到其它特殊情況而引起巨大振動(dòng)，就會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量扭轉(zhuǎn)、屈曲等現(xiàn)象，給廠房造成巨大的安全隱患。

2 多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)要求

（1）大部分多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建造過程中，會設(shè)計(jì)到物料與機(jī)械的運(yùn)送，意味著對運(yùn)送工具和運(yùn)輸流程的要求也越來越高。進(jìn)行內(nèi)部空間設(shè)計(jì)時(shí)，盡量不要把電梯設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)的頂端和轉(zhuǎn)角處。當(dāng)不可避免地要將電梯設(shè)置在這些區(qū)域內(nèi)，就必須調(diào)整其周圍建筑的框架，尤其是樓板的構(gòu)造。

（2）進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須認(rèn)真控制好其縱、橫向的框架變化周期，使其能夠維持在規(guī)定范圍內(nèi)。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房實(shí)際建造過程中，也需要仔細(xì)考慮好其跨度的問題，因?yàn)楣I(yè)廠房建設(shè)都有相當(dāng)大的跨度，布置所需的梁和柱等建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)目相對較少。但是，部分特殊情況下又會采用梁間距相對小的設(shè)計(jì)，需要的梁和柱的數(shù)量也會增加，此時(shí)需要對其橫向周期加以合理調(diào)節(jié)，以增加建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、可實(shí)施性以及抗震特性。

（3）很多廠房構(gòu)造占據(jù)地段較長，所以需要適當(dāng)設(shè)置部分結(jié)構(gòu)縫，但是對于處于地震高發(fā)地帶的廠房構(gòu)造，應(yīng)該對防震縫的設(shè)置進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊?guī)劃，不能采取一味增加防震縫面積的方式達(dá)到防震的目的。相比之下，適當(dāng)?shù)販p少防震縫的設(shè)置對某些特別長的工業(yè)廠房來說才更適用，更能有效地提升其整體的抗震性能。而在建筑設(shè)計(jì)與施工的過程中，也可選擇在每段間隔長度40m處，設(shè)立寬度約為1.4m的后澆帶一條。但需要注意的是，后澆帶必須設(shè)置在對整體建筑結(jié)構(gòu)受力影響較小的部位。對于不耐高溫的部位必須加大其配筋率。此外，還必須合理地布置一些架空層，以提高屋面通風(fēng)效率，或增加屋面保溫隔熱實(shí)木板的厚度以改善其隔熱狀況，有利于提高整個(gè)廠房建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量[1]。

2.2 設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)過程通常都采用“先建筑后結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)思路。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的建筑設(shè)計(jì)和一般的鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)存在較大的差異，多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的建筑設(shè)計(jì)滿足要求的前提是將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行有效結(jié)合。多層鋼工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)理念主要包括整體式的建筑設(shè)計(jì)和截面優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1）多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房整體性建筑設(shè)計(jì)理念方面，首先是關(guān)于整個(gè)建筑體系外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的一體化。目前國內(nèi)建筑行業(yè)所使用的設(shè)計(jì)方式一般分兩步，先將建筑物的內(nèi)外區(qū)別開，然后分別對二者進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)。但從實(shí)際情況來看，最好的設(shè)計(jì)方式應(yīng)該是對它們進(jìn)行統(tǒng)一的整體規(guī)劃。其次，在建筑框架設(shè)計(jì)的集成性方面，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)仍然是要改變當(dāng)前傳統(tǒng)觀念中所謂“先建筑后結(jié)構(gòu)”的施工理念，堅(jiān)持將施工和建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)看作整體。

（2）關(guān)于多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一，為了簡化建筑材料的準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)過程中所采用的不同規(guī)格的角鐵盡量不要超過五種。如果出現(xiàn)某些特殊情況，例如所需角鐵的規(guī)格類似，應(yīng)該盡量選用統(tǒng)一規(guī)格的角鐵，以減少不同規(guī)格的種類，防止在施工過程中發(fā)生材料混淆。第二，針對那些需要采用C類螺栓和相應(yīng)支撐螺栓進(jìn)行連接的屋架以及桿件角鍋的部分，C級螺栓也應(yīng)該采用更大孔徑。第三，截面厚度方面，必須優(yōu)先選擇那些厚度相對較薄的截?cái)嗝妗?/p>

2.3 設(shè)計(jì)思路

對多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不但要關(guān)注它的整體結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該對整體中的某些部分著重考慮。對多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須在頭腦中提前確定設(shè)計(jì)思路。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中有很多需要特別關(guān)注的部分，包括節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、內(nèi)部支撐體系以及多層鋼結(jié)構(gòu)的荷載量等。對其中某些方面的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行相應(yīng)的分析：一是關(guān)于支撐構(gòu)件方面的設(shè)計(jì)思路，從總體上來說，這方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候必須堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新并持續(xù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路。例如在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，側(cè)面鋼構(gòu)件的剛度較低，必須在設(shè)計(jì)過程中提前增設(shè)一道水平的支撐面，避免側(cè)面鋼構(gòu)件發(fā)生偏移造成廠房穩(wěn)定性下降。二是要對焊接工序引起高度重視。必須通過合理的焊縫工序，確保多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)定。例如，必須對焊接縫寬度的標(biāo)準(zhǔn)尺寸以及相應(yīng)的焊接部位仔細(xì)斟酌。

2.4 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

對多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候必須基于現(xiàn)實(shí)狀況入手，提前對各種影響因素做出具體的評估，并在此基礎(chǔ)上對多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)置條件進(jìn)行確定，對有關(guān)參數(shù)加以優(yōu)化。首先，在建筑設(shè)計(jì)的過程中，必須對建筑框架橫向與縱向尺寸與參數(shù)等做出合理的規(guī)劃。比如，為保證相應(yīng)構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，使橫、縱向的抗震能力保持一致是至關(guān)重要的。另外，為改善廠房的質(zhì)量，還必須針對外部環(huán)境條件，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)氖湛s縫與防震縫，對配筋率進(jìn)行相應(yīng)的改善。其次，內(nèi)部構(gòu)造體系方面的設(shè)計(jì)要求在整個(gè)廠房的設(shè)計(jì)流程中發(fā)揮著不可替代的作用。與之相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括框架-剪力墻結(jié)合系統(tǒng)、框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等。對多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房進(jìn)行內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須將多種影響因素綜合起來考慮，再選取合適的結(jié)構(gòu)體系。比如，所需樓層數(shù)較多的情況下，必須選擇框架-剪力墻結(jié)合體系[2]。

3 多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房施工要點(diǎn)

為保證建筑后續(xù)階段的施工質(zhì)量，在施工起始環(huán)節(jié)，即建筑基礎(chǔ)施工時(shí)，就要對基礎(chǔ)性的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仔細(xì)審核，確保第一時(shí)間對設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的紕漏加以修正完善。對多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房來說，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)該把混凝土獨(dú)立柱作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本支撐設(shè)施，為保證建筑工程質(zhì)量，基礎(chǔ)階段的澆筑質(zhì)量也需要進(jìn)行嚴(yán)格管控?；A(chǔ)施工的同時(shí)，需要對以下要素進(jìn)行嚴(yán)格操控：混凝土的基礎(chǔ)軸線、頂面高度、鋼板定位螺栓連接孔、地腳定位螺釘?shù)牟课缓蛿?shù)量等。對建筑材料的放置和保存，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求并遵守相關(guān)規(guī)定，施工過程中也要做好全面的技術(shù)指導(dǎo)，確保材料的合理保管。另外，對材料的使用應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)督，提供技術(shù)支持和規(guī)范管理，保證整個(gè)施工流程的順利完成[3]。

施工時(shí)要嚴(yán)格依照國家有關(guān)規(guī)范，一旦發(fā)現(xiàn)在施工過程中出現(xiàn)紕漏，要及時(shí)加以調(diào)整，并在問題解決后才能繼續(xù)進(jìn)行施工?，F(xiàn)場施工時(shí)不僅要清楚各道工序的工作要點(diǎn)，同時(shí)還必須對其進(jìn)行深入了解和精確掌握。為了確保焊接材料的質(zhì)量，在材料入庫時(shí)要實(shí)施嚴(yán)格的檢查，并定期取樣復(fù)檢，必須在進(jìn)行焊接之前對焊接工藝條件做出詳細(xì)規(guī)定，根據(jù)不同母材的強(qiáng)度選用適當(dāng)?shù)暮附硬馁|(zhì)。而對完全熔透后的一、二次焊接，為保證焊縫品質(zhì)，還需要進(jìn)行超聲波檢查，焊縫工序完成后，要根據(jù)工藝設(shè)計(jì)圖紙對焊縫的焊腳長度、外觀品質(zhì)等進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收，確保焊接質(zhì)量達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)加大對施工現(xiàn)場中已成型樣品的養(yǎng)護(hù)力度，確保大型結(jié)構(gòu)零件不松動(dòng)，同時(shí)還必須做到隨到隨拼，按時(shí)裝配，逐步縮短工期，以防止因間隔時(shí)間過長而導(dǎo)致對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的二次損壞。其次，要設(shè)立專屬場地用以放置主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，防止部分易損材料與地面產(chǎn)生直接接觸。此外，做好對從業(yè)人員的安全施工知識宣傳和安全教育培訓(xùn)，并全方位配備安全警示標(biāo)志和安全裝置，在關(guān)鍵的區(qū)域放置標(biāo)志牌，并注意施工現(xiàn)場的消防設(shè)施是否完善[4-5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)建筑物因其自身重量輕、高承重性、建設(shè)工期較短等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為一種廣泛采用的建筑結(jié)構(gòu)，并被大量應(yīng)用于多層工業(yè)廠房建造中，大大改善了多層工業(yè)廠房的安全性能、經(jīng)濟(jì)特性及其使用性能。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)人員必須加強(qiáng)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)；施工人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路，理清設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)開展施工，提升多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)的整體效果和質(zhì)量。