如何預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)缺陷

摘 要:鋼結(jié)構(gòu)被譽(yù)為綠色環(huán)保建筑，發(fā)揮著重要的作用。但由于鋼材這一材質(zhì)的本身的特性，給鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)一些不足。本文就從對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的耐火性、防排煙措施、鋼結(jié)構(gòu)加固、支撐及屋面設(shè)計(jì)、溫度伸縮縫的設(shè)計(jì)、防銹處理加以分析討論。

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐火性技術(shù)措施

中圖分類(lèi)號(hào):U2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(a)-0034-01

引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)廠房也逐漸替代了傳統(tǒng)的、笨重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房，在建筑領(lǐng)域鋼結(jié)構(gòu)起到了舉足輕重的作用，扮演著越來(lái)越重要的角色，鋼結(jié)構(gòu)作為一種綠色環(huán)保建筑，以著其整體鋼度和抗震性能好、自重輕、強(qiáng)度高、施工工期短、材料可回收再生、節(jié)能、省地、節(jié)水等諸多突出的特點(diǎn)迅速地占領(lǐng)著越來(lái)越廣的市場(chǎng)。但好的建筑結(jié)構(gòu)形式也存在著一些缺陷，例如鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能比較差、容易腐蝕生銹、隨著溫度的變化會(huì)引起變形等缺陷。在設(shè)計(jì)中我們應(yīng)當(dāng)注意和改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的自身缺點(diǎn)，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，采用合理的排煙措施，加固鋼結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)考慮支撐系統(tǒng)的布置，根據(jù)其本身特性合理的設(shè)計(jì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短才能更好地展現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，能被更廣泛的運(yùn)用到廠房設(shè)計(jì)中。

1 提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性

鋼結(jié)構(gòu)的鋼材是決定鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的必要條件，鋼材本身具有較好的耐熱性，并不會(huì)燃燒，但是鋼材不耐高溫，一旦遇到高溫，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的就會(huì)變形甚至失效，我們只能盡可能的提高它的耐火性，在發(fā)生火災(zāi)后不至于使鋼結(jié)構(gòu)立即失效倒塌。隨著溫度的升高，鋼材的自身強(qiáng)度也會(huì)大大的下降，同時(shí)會(huì)發(fā)生變形。

一般的鋼材的耐火性比較差，應(yīng)提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的耐火保護(hù)措施，但是可以通過(guò)改變鋼材的材料組成成份，改變鋼材的結(jié)構(gòu)及金相組織，加入特定的成分，提高鋼材自身的耐火性和耐候性。也可以通過(guò)噴涂法來(lái)提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，其噴涂的厚度必須達(dá)到設(shè)計(jì)值，噴涂法也是一種最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、最有效的做法，其價(jià)格低、重量輕、施工速度快、適用于形狀復(fù)雜的鋼構(gòu)件。但同時(shí)也存在表面粗糙，不太美觀，比較難于清理的問(wèn)題。但是可以通過(guò)一些設(shè)計(jì)手法來(lái)掩蓋這些不足之處。

2 采用合理的防排煙措施

在火災(zāi)發(fā)生時(shí)的發(fā)展初期增長(zhǎng)階段，不久就會(huì)在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層。當(dāng)火災(zāi)達(dá)到充分發(fā)展階段，熱煙氣層的溫度與中心溫度近乎一樣。如果在室內(nèi)有通向外部的開(kāi)口(如門(mén)和窗)，則當(dāng)開(kāi)口的上沿高度高于煙氣層的厚度時(shí)，煙氣便可排放到室外。因此采用合理的防排煙措施，設(shè)置排煙系統(tǒng)避免和減少大空間建筑火災(zāi)時(shí)的人員傷亡、有利于人員疏散，火災(zāi)撲救和建筑結(jié)構(gòu)的安全是尤為重要的。在建筑防排煙工程中，常用的三種方式是:自然排煙、機(jī)械加壓送風(fēng)防煙和機(jī)械排煙。鋼結(jié)構(gòu)廠房采光大多采用頂部結(jié)合、通風(fēng)設(shè)置自然排煙窗施工簡(jiǎn)單可行，現(xiàn)易熔自然排煙窗形式也是多種多樣的，完全可以滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的要求。

3 加固鋼結(jié)構(gòu)

改變結(jié)構(gòu)加固的方法是指利用分布狀況繼而改變荷載、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)和邊界條件，把附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等增加的措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。

使結(jié)構(gòu)剛度增加可對(duì)結(jié)構(gòu)加設(shè)支撐，或者調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率可提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性等，增設(shè)支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比減少以提高其穩(wěn)定性，增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進(jìn)行加固;對(duì)受彎桿件可采用改變荷載的分布，例如將一個(gè)集中荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中荷載，改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結(jié)，增加中間支座或?qū)⒑?jiǎn)支結(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)，調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置，將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu)，改變其截面內(nèi)力的方法進(jìn)行加固;對(duì)桁架可采取增設(shè)撐桿變桁架為撐桿式結(jié)構(gòu)，加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿，改變其桿件內(nèi)力的方法進(jìn)行加固。

4 支撐及屋面設(shè)計(jì)

為了保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的空間工作，提高其整體剛度，承受和傳遞縱向水平力，防止桿件產(chǎn)生過(guò)大的變形，避免壓桿失穩(wěn)，以及保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)的形式，車(chē)間吊車(chē)的設(shè)置，振動(dòng)設(shè)備以及廠房的跨度、高度，柱網(wǎng)布置，溫度區(qū)段的長(zhǎng)度等情況布置可靠的支撐系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在廠房每一溫度區(qū)段穩(wěn)定的柱間，并協(xié)調(diào)與屋蓋橫向水平支撐的布置。決定廠房縱向結(jié)構(gòu)變形方向的重要因素是下柱支撐的位置，并影響溫度應(yīng)力的大小，下柱支撐應(yīng)盡可能設(shè)在溫度區(qū)段的中部，使吊車(chē)梁等縱向構(gòu)件能隨著溫度變化比較自由地向區(qū)段兩端伸縮。當(dāng)溫度區(qū)段的長(zhǎng)度不大時(shí)，一般在溫度區(qū)段的中部設(shè)置一道下段柱支撐，但溫度區(qū)段的長(zhǎng)度大于150m時(shí)，為了保證廠房的縱向剛度，應(yīng)在溫度區(qū)段內(nèi)設(shè)置兩道下段柱支撐，其位置應(yīng)盡可能布置在溫度區(qū)段中間三分之一的范圍內(nèi)，為了避免過(guò)大的溫度應(yīng)力，兩道支撐的中心距離不宜大于72m。

其屋面設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)還應(yīng)考慮屋面的排水及防水設(shè)計(jì)，屋面坡度也應(yīng)適當(dāng)加大在積雪比較大的地區(qū)，根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，單坡屋面長(zhǎng)度宜控制在70m以?xún)?nèi)。目前，市場(chǎng)上鋼結(jié)構(gòu)屋面的做法常用的有兩種:①剛性屋面:雙層彩色壓型鋼板內(nèi)夾保溫棉;②復(fù)合柔性屋面:由屋面彩鋼板內(nèi)板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。

5 溫度伸縮縫的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著溫度變化將引起鋼結(jié)構(gòu)廠房的變形，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)廠房平面尺度較大時(shí)，為避免產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，應(yīng)把溫度伸縮縫設(shè)置在廠房縱橫兩個(gè)方向，可以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范來(lái)執(zhí)行區(qū)段的長(zhǎng)度。一般采用設(shè)置雙柱的方法來(lái)處理溫度伸縮縫，可在屋架支座處對(duì)縱向溫度伸縮縫設(shè)置滾動(dòng)支座。

6 結(jié)構(gòu)的防銹處理

鋼結(jié)構(gòu)表面直接暴露在大氣中就會(huì)銹蝕，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處在潮濕環(huán)境中時(shí)或鋼結(jié)構(gòu)廠房空氣中有侵蝕性介質(zhì)，就會(huì)更加嚴(yán)重和明顯的銹蝕鋼結(jié)構(gòu)廠房。鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕會(huì)使構(gòu)件截面減小并使鋼構(gòu)件表層局部產(chǎn)生銹坑，當(dāng)構(gòu)件受力時(shí)將引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞。所以，我們應(yīng)當(dāng)足夠的重視對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)件的防銹蝕問(wèn)題，并應(yīng)采取相應(yīng)對(duì)策和措施根據(jù)廠房侵蝕介質(zhì)情況和環(huán)境條件在總圖布置、工藝布置、材料選擇等方面，以確保廠房結(jié)構(gòu)的安全。一般常采用防銹底漆和面漆，涂裝層數(shù)及厚度常根據(jù)其使用環(huán)境和涂層性質(zhì)來(lái)預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)的防腐。一般室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在自然大氣介質(zhì)作用下，要求涂層厚度為100μm(即底漆兩道，面漆兩道)。露天鋼結(jié)構(gòu)或在工業(yè)大氣介質(zhì)作用下的鋼結(jié)構(gòu)，要求漆膜總厚度為150～200μm。且在酸環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)要求使用氯磺化防酸漆。鋼柱柱腳在地面以下部分要用混凝土包裹不低于C20，其保護(hù)層厚度不小于50mm。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要從提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，采用合理的防排煙措施，加固鋼結(jié)構(gòu)，支撐及屋面設(shè)計(jì)，溫度伸縮縫的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的防銹處理等諸多不足之處仔細(xì)斟酌，做到把鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到淋淋盡致，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)彌補(bǔ)不足之處進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全面分析揣摩，使設(shè)計(jì)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理并且美觀大方。

參考文獻(xiàn)

[1]《鋼結(jié)構(gòu)》[M].陳紹蓉.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)工程便攜手冊(cè)》[M].路克寬.北京機(jī)械工業(yè)出版社，2003.