鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘要】伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展，顯著推動(dòng)了工業(yè)廠房建設(shè)進(jìn)程，與此同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)也被廣泛地應(yīng)用在工程建設(shè)中，逐漸形成鋼結(jié)構(gòu)。筆者將結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，圍繞鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行著重分析，希望能為工業(yè)廠房建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)廠房建設(shè)；鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

前言

隨著建筑工程技術(shù)的不斷進(jìn)步以及施工經(jīng)驗(yàn)的豐富，工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)正朝著大跨度、大噸位和輕自重的方向發(fā)展。近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)橛兄灾剌p、強(qiáng)度高、塑性佳、施工時(shí)間短、環(huán)保節(jié)能和制作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，另外得益于工業(yè)建筑中的高效防火、高強(qiáng)度板材和防腐涂料的得到大量的應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑界中的領(lǐng)域有了較快的發(fā)展。但是，基于工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況需要合理選用材料和結(jié)構(gòu)方案，在工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要做到質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和技術(shù)先進(jìn)。

一、鋼結(jié)構(gòu)的特征

工業(yè)廠房建設(shè)是一項(xiàng)繁瑣、艱巨的工程，其工作環(huán)境比較復(fù)雜，受外界環(huán)境的影響較大，因鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且安全系數(shù)較高、承受能力較強(qiáng)，所以，近年來(lái)，它被廣泛應(yīng)用在工業(yè)廠房建設(shè)中。現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種現(xiàn)代建筑類型，并得到了工程人員的高度青睞。通常，鋼結(jié)構(gòu)主要具有以下特點(diǎn)：

（一）施工周期短

鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的韌性和強(qiáng)度，同時(shí)具有較多的標(biāo)準(zhǔn)間，在生產(chǎn)線作業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯。

（二）重量輕

在工業(yè)廠房建設(shè)過(guò)程中應(yīng)合理使用輕鋼，這是因?yàn)檩p鋼的重量相對(duì)輕，且功能與其它材料相似，這可大大減小鋼結(jié)構(gòu)的重量。經(jīng)比對(duì)可知，鋼結(jié)構(gòu)自重在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的比例為1/2-1/3，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可有效縮減基礎(chǔ)負(fù)載，這在地質(zhì)條件不良的津滬地區(qū)更為明顯。

二、設(shè)計(jì)思路

（一）優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系

若想在廠房建設(shè)中合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)確保設(shè)計(jì)合理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)體系直接充當(dāng)廠房框架，且結(jié)構(gòu)體系直接關(guān)乎著工業(yè)廠房的整體性能與穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)廠房的過(guò)程中，工程人員應(yīng)正確認(rèn)識(shí)樓層高度、工作環(huán)境和使用情況，并奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，確保鋼結(jié)構(gòu)的有序施工與正常使用。

（二）注重橫向與縱向設(shè)計(jì)

在工業(yè)廠房的橫向設(shè)計(jì)中，著重增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的使用性能，確保用途多樣，進(jìn)而滿足設(shè)計(jì)需求；在工業(yè)廠房的縱向設(shè)計(jì)中，應(yīng)全面考慮鋼結(jié)構(gòu)的自身性能，提高節(jié)點(diǎn)區(qū)域的抗剪，增強(qiáng)抗彎能力，確保安全穩(wěn)定，進(jìn)而改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的整體性能。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）支撐體系

在鋼結(jié)構(gòu)廠房中，支撐體系發(fā)揮著支撐以及防護(hù)作用。從重要程度與地位方面來(lái)說(shuō)，支撐體系等同于結(jié)構(gòu)體系，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視支撐體系的設(shè)計(jì)，并積極創(chuàng)新，不斷優(yōu)化。

（二）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)廠房而言，柱柱、梁梁以及梁柱是最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，它們的受力情況比較復(fù)雜，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員在嚴(yán)格遵守整體設(shè)計(jì)思路的前提下，還應(yīng)圍繞節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行改進(jìn)?，F(xiàn)階段，蓋板式、托作式是最為常用的節(jié)點(diǎn)方式，有時(shí)還會(huì)使用栓焊連接式，以此來(lái)增強(qiáng)性能。

（三）焊接工藝

在鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)過(guò)程中，因涉及輕鋼安裝這一操作，所以，應(yīng)進(jìn)行焊接設(shè)計(jì)。焊接工藝設(shè)計(jì)直接決定著最終的設(shè)計(jì)效果。在具體的焊接操作中，應(yīng)掌握焊縫尺寸，并留心焊點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)，還應(yīng)妥善處理鋼鐵材質(zhì)，進(jìn)而確保鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用。

（四）負(fù)載承受能力

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)綜合考慮工業(yè)廠房的實(shí)際用途。依據(jù)廠房用途特性進(jìn)行負(fù)載值的計(jì)算，以此來(lái)評(píng)判結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。另外，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)著重考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，綜合分析在不情形中穩(wěn)定性的變化規(guī)律。在計(jì)算負(fù)載值時(shí)，有效使用現(xiàn)代技術(shù)，憑借先進(jìn)的軟件程序設(shè)計(jì)，科學(xué)計(jì)算，確保與設(shè)計(jì)用途相符。

（五）抗震性能

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)著重增強(qiáng)抗震性能，以此來(lái)提高工業(yè)廠房的抗震性，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅要提高部件支撐性，還能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承受能力。通常因彎矩系數(shù)的不同，耦合效應(yīng)也會(huì)出現(xiàn)一定的變化，所以，在鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)著重考慮耦合效應(yīng)。

四、安裝要點(diǎn)

首先，在鋼結(jié)構(gòu)的安裝前期應(yīng)重新測(cè)量預(yù)留埋件位置；然后，全面準(zhǔn)備安裝所需用具、設(shè)備。在廠房建設(shè)中所使用的鋼結(jié)構(gòu)的種類較多、體積重、跨越程度大、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此，應(yīng)綜合比對(duì)各種施工方案，不斷改進(jìn)，從中選出最理想的設(shè)備進(jìn)行安裝，確保如期交工；最后，依據(jù)工業(yè)廠房的實(shí)際建設(shè)情況，參照施工進(jìn)度，合理編排安裝順序。待吊裝位置確定后，參照工程安裝圖紙進(jìn)行復(fù)核。在鋼結(jié)構(gòu)的安裝中，應(yīng)著重做好鋼梁安裝，這是因?yàn)殇摿旱捏w積較重且跨越程度較大。常規(guī)作業(yè)流程為：拼接鋼梁——吊裝就位——固定鋼梁，確保鋼梁穩(wěn)定性——安裝下一跨鋼梁，進(jìn)行固定，確保鋼梁穩(wěn)定性。在這一過(guò)程，應(yīng)切實(shí)保障安裝質(zhì)量與安全。

同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)全面履行自身職責(zé)，嚴(yán)格監(jiān)控每一個(gè)安裝環(huán)節(jié)，確保滿足安裝要求。而安裝指揮人員應(yīng)科學(xué)規(guī)劃、合理組織，認(rèn)真觀察吊裝過(guò)程，切實(shí)保障人身安全與設(shè)備的正常使用。

五、實(shí)際應(yīng)用

某醫(yī)藥公司的生產(chǎn)車間，主體三層，局部?jī)蓪?，寬?2米，建筑高度10米。建筑總面積為3000平方米。屋面采用BHP型鋼板保溫系統(tǒng)，其中屋面為柔性支撐，梁柱使用工字型鋼，柱間通過(guò)圓管進(jìn)行支撐，地震烈度為7度。

（一）計(jì)算方法與分析

通過(guò)PKPM軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)節(jié)采用多種形式。該工程屬于橫向承重體系，所有梁柱都是等截面。為實(shí)施綜合比對(duì)，主要采用框架體系以及框架與支撐相結(jié)合的體系，在這兩種結(jié)構(gòu)體系中，梁的截面形式相同，剛架柱存在差異。對(duì)于框架體系僅僅構(gòu)建空間模型，而對(duì)于框架與支撐相結(jié)合的體系構(gòu)建平面模型和空間模型。分析框架與支撐相結(jié)合體系的平面模型可知，在空間銜接中，側(cè)向支撐發(fā)揮著巨大作用，可降低橫向自振周期，提高剛度。計(jì)算結(jié)果比較柔，這表明地震作用力預(yù)估不準(zhǔn)確，偏小，因此，對(duì)于地震烈度大于等于7度的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房盡量構(gòu)建空間模型進(jìn)行計(jì)算。

分析兩種結(jié)構(gòu)體系的空間模型可知，因支撐作用的影響，所以，框架與支撐相結(jié)合的鋼結(jié)構(gòu)的縱向剛度較大；因工字型柱的影響，框架與支撐相結(jié)合的鋼結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，自振周期與側(cè)向位移均較小；框架結(jié)構(gòu)和框架與支撐相結(jié)合的結(jié)構(gòu)相比，需要消耗較多的鋼材，而混合結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、可靠。

結(jié)語(yǔ)：

綜合來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)具有降低結(jié)構(gòu)重量、提高利用率、強(qiáng)化抗震性能等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段，它被大面積應(yīng)用在工業(yè)廠房建設(shè)中，若想實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中的可持續(xù)應(yīng)用，應(yīng)合理設(shè)計(jì)，不斷提升結(jié)構(gòu)自身性能，進(jìn)而為工業(yè)廠房開拓更加廣闊的應(yīng)用前景。

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