基于廠房設計的鋼結構設計要點研究大

劉江

摘 要：鋼結構因其具有強度高、自重輕、施工快、成本低等特點，普遍應用于工業廠房設計領域。但是，鋼結構的防火性比較差、容易受到銹蝕，因而，為了確保廠房能夠安全、可靠地投入使用，必須不斷對設計方案進行完善優化。本文將簡述鋼結構廠房的特點，并從溫度伸縮縫、支撐系統、防銹蝕、隔熱與防火、抗震等方面入手，進行設計要點分析。

關鍵詞：廠房設計 鋼結構 技術要點

中圖分類號：TU392.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0161-02

鋼結構技術廣泛應用于大型廠房以及一些公共領域上，具有廣闊的發展前景。整體來說，鋼結構廠房能夠使空間利用率達到最大化，并且質量較輕、工程成本不高。同時，鋼結構廠房構建相對簡便，環境污染相對較小，還可以循環利用，非常符合當下綠色環保的時代要求。

1 鋼結構廠房的特點

首先，鋼結構廠房的結構跨度比較大，柱子比較高。鋼結構廠房普遍應用于重工業領域，其產品的尺寸以及重量通常都很大。因此，實際的生產需要決定了鋼結構廠房的跨度以及頂高數值偏大。其次，縱向柱距較大。重工業企業的生產車間往往會有大型的銑、刨、車等機床、供電設備等，因而需要按照建筑行業相關標準，對廠房進行優化設計，合理設置廠房縱向柱的間距。一般條件下，縱向柱的間距為12～240m之間，如果有特殊要求則會相應加大。再次，吊車起重量大，且使用比較頻繁。在鋼結構廠房的布局設計階段，對于吊車主要有兩種選擇：分別為重級、中級工作制吊車。另外，鋼結構的承重構件的截面相對比較大。為提高載荷能力，鋼結構廠房對結構強度要求比較嚴格。在承重構件上一般會選擇鋼板材料，在構件結構上一般會選取析架式或者格構式。

2 鋼結構設計設計要點

2.1 溫度伸縮縫的設置

在溫度的作用下，鋼結構會產生溫度應力，進而造成廠房發生形變。溫度應力受柱子剛度、吊車軌頂標高以及溫度變化范圍影響。假如，廠房的平面尺度偏大，那么建議在橫、縱方向上要預留溫度伸縮縫，進而減小由溫度變化導致的溫度應力，同時，要按照相關設計標準，進行溫度區間的劃分。設置溫度伸縮縫時，通常會利用雙柱方法或者單柱方法進行處理，對于縱向的溫度縫可以采用于屋外支座上再添置滾動底座的方法；對于橫向的溫度縫可以對框架梁（KL）和檁條的銜接處的滑動方式做一些處理，比如說，采用橢圓孔滑動或者是槽鋼夾板滑動。

2.2 支撐系統設置

由于鋼結構廠房對于空間利用率、剛度以及載荷能力的要求比較高，因此，需要設置支撐系統，從而避免廠房發生大幅度形變，提高鋼結構的穩定性能。在進行支撐系統的設計時，要充分考慮廠房的結構、跨度和溫度區間，吊車的起重量以及振動設備的影響等等。鋼結構廠房常見的支撐有柱間支撐與屋蓋支撐兩種。下面將分別進行詳細介紹。

2.2.1 柱間支撐

鋼結構廠房的各個溫度區間都應該設有柱間支撐，同時需要注意屋蓋的橫向支撐的位置，避免二者發生沖突。下柱支撐的布置對廠房結構的縱向變形起著決定性影響，同時也是影響溫度應力的一個重要因素。應該將下柱支撐盡量設置在廠房溫度區段的中間部位，以便為連系梁、系桿等縱向構件的溫度變形提供伸縮空間；假如廠房的溫度區間不長，那么在區間中部設置1道下段柱支撐即可；但是，一旦溫度區間的長度超過150m時，則需要設置2道下段柱支撐，進而為廠房的縱向剛度提供保障。支撐的位置應該設置在溫度區間的中間部位的1/3段內，且2道支撐的間距最好不要超過72m。此外，為了符合鋼結構的實際施工要求，增強廠房頂部的縱向剛度，提高其抗風、抗震能力，還需要在2道下段柱支撐之間設置上柱支撐。

2.2.2 屋蓋支撐系統

屋蓋支撐系統包括橫、縱向、垂直支撐以及系桿四部分。影響屋蓋支撐的設計因素有鋼結構廠房的跨度和高度、屋蓋結構、吊車起重量及位置設計、振動設備等。大多數條件下，不管屋蓋結構有沒有檁，都需要具備垂直支撐結構。對于無檁屋蓋結構而言，屋面板和屋架之間有3個焊接點，這同樣能夠承擔上弦支撐的角色，然而，由于受到實際施工以及安裝的制約，不管檁有否，屋蓋結構都需要在屋架以及天窗架的上弦上布置橫向支撐。在以下三種情況下，屋蓋需要布置縱向水平：（1）支撐屋架間距超過12m；（2）廠房里配有特重級橋式吊車；（3）廠房里配有大型振動設備。

2.3 防銹蝕處理

未做表面處理的鋼結構，長期與空氣接觸則容易發生銹蝕，如若鋼結構廠房處于酸、堿以及潮濕環境中，則銹蝕程度會加大。鋼結構發生銹蝕會帶來很多危害，除了減少構件截面的厚度之外，還會在其表面留下銹斑，進而出現應力集中的狀況，降低鋼結構的使用壽命。所以，建筑單位要對鋼結構的銹蝕現象多加注意，要根據廠房所處的地理環境，采取最合理的設計方案進行廠房總圖設計、車間局部布置圖設計以及材料選擇，從而提高鋼結構的穩定性能，為廠房的安全使用提供保障。

涂防銹漆是鋼結構最常用的表面防銹蝕方式，涂層厚度以及層數主要受所處環境以及涂層特性的影響。當鋼結構在室內使用，處于自然大氣中時，防銹蝕漆需要在底漆的基礎之上在刷一層面漆，總厚度大約為100μm；當鋼結構在露天環境使用或者處于工業大氣中時，防銹蝕漆的厚度要達到150～200μm，有時還需加厚超過200μm。同時，包裹鋼柱柱腳地下部分使用的混凝土強度級別要高于C20，且保護層要厚于50mm；當鋼結構處于酸堿、或者潮濕等侵蝕環境中時，型鋼厚度以及受力焊縫厚度都需要在8mm為佳。

2.4 隔熱、防火設計

當溫度達到100℃時，鋼結構的抗拉強度會與溫度成負相關關系，其塑性會不斷提高；當溫度達到250℃時，抗拉強度稍微加大，韌性降低，也就是所謂的藍脆現象；當溫度達到250℃以上時，鋼結構會發生徐變現象；當溫度達到500℃時，鋼結構的強度會達到低谷，以致于出現坍塌現象。所以，一旦溫度在250℃以上，就必須要對鋼結構進行隔熱以及防火處理。常用的方法有以下兩種：其一，在鋼結構外表面包裹防火轉、或者防火板材等；其二，刷涂防火涂料，涂層厚度需要按照《鋼結構防火涂料應用技術規程》中的規定，計算得出。

2.5 抗震設計

鋼結構本身具有一定的抗震性，然而，假如沒有合理的設計作為支撐，一旦地震強度較大，廠房極易遭到摧毀。因而，對廠房進行整體設計時，一定要把抗震系數考慮在內，必須按照相關抗震標準要求進行抗震處理，進而提高廠房的安全性能。

進行抗震設計時需要注意以下幾點：（1）鋼結構廠房的整體質量以及剛度要均衡，保障受力均勻，盡可能減少由于剛度失衡而產生的變形不均；橫向結構最好使用剛架或者框架，進而充分發揮鋼結構的載荷能力，在一定程度上減少結構形變。（2）桿件失穩是破壞鋼結構廠房的主因，因此，為了提高廠房的穩定性能，進行支撐系統的合理布局顯得至關重要。（3）地震會引發疲勞極限作用，因而在進行結構銜接設計時，必須要確保結構處于韌性工作狀態，使其能夠承擔抗震的任務。（4）當廠房圍護墻的抗震設防烈度在7～8度范圍內，可以使用鋼筋混凝土墻板或者是輕型墻板，譬如說型鋼板復合板、石棉瓦、瓦楞鐵等等；當抗震設防烈度為9度時，則最好要使用輕型墻板。

3 結語

綜上所述，隨著鋼結構在工業廠房的廣泛應用，建筑物的穩定性以及安全性成為了人們關注的熱點話題。所以，在對鋼結構廠房進行設計時，要充分考慮溫度伸縮縫、支撐系統、防銹蝕、隔熱與防火、抗震等因素，對設計方案進行優化處理，進而提高建筑的使用壽命，促進經濟發展。

參考文獻

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