門式鋼架的設計原則及方案選擇探究

(福建工程學院 福建 福州 350118)

一、門式鋼架鋼結構廠房的結構形式

(一)根據跨數分類

所謂跨，是指鋼結構廠房兩個立柱之間的部分，其長度稱作跨度。通常情況下跨度L=N-1，式子中，L表示跨度，N表示立柱數量。根據跨數可以將鋼結構廠房分為單跨式、雙跨式、多跨式；跨數越多、跨度越大其體型越大，穩定性和整體剛度相對就越差。一般情況下，鋼結構廠房跨度一般為9m-36m。

(二)根據坡度形式分類

根據坡度可以將框架上門式鋼架結構廠房分為單坡、雙坡、三坡、多坡等形式，結合之前的跨度，可以綜合進行分類，將門式鋼架結構廠房分為單跨單坡、單跨雙坡、雙跨單坡、雙跨雙坡等多種形式。每一種形式由于其結構特點不同，對于抗震、節能等方面的設計要求有所區別。

二、框架上門式鋼架鋼結構廠房的特點

(一)組合性特點

框架上門式鋼架鋼結構廠房實際上是鋼筋混凝土框架結構和鋼結構的組合形式，底層是鋼筋混凝土框架結構，上層是鋼架結構，一方面由于混凝土框架結構具有基礎穩固、抗壓能力大、耐腐蝕等特點，其在底部可以承受來自上部鋼架結構傳導的荷載，更好地進行防潮防銹蝕；另一方面上部的鋼架結構由于其材質輕、結構靈活等特點，減少了廠房的自重和方便在工藝改裝、產能擴充等需要時對廠房進行加闊和改造。組合性的特點集鋼筋混凝土框架結構和鋼結構的特點于一體，更好地發揮結構的優良性能。

(二)建設周期短，節約資源，更加環保

由于相比普通的鋼筋混凝土框架結構，框架上門式鋼架鋼結構廠房在做好下部基礎后基本上是工廠預制后，在現場進行模塊化拼裝，更加有利于控制施工進度。且鋼結構的生產制作在工廠進行，相比鋼筋混凝土結構，減少了混凝土的現場澆注、攪拌等程序，大大減少了建筑垃圾，更加環保。

(三)耐火性能較差

由于上部鋼架結構的耐火性較差，導致整個框架上門式鋼架鋼結構廠房的耐火性能相比鋼筋混凝土結構整體下降，鋼結構在高溫下易燃，這個特點是鋼結構最大的弱點，也給框架上門式鋼架鋼結構廠房的優化設計帶來挑戰。

(四)耐腐蝕性能較差

由于鋼結構在接觸到水、氧氣等物質時容易發生氧化腐蝕，腐蝕的直接后果是導致框架上門式鋼架鋼結構廠房出現銹斑，嚴重者直接產生空洞、斷裂甚至垮塌。腐蝕嚴重影響著其結構安全，因此在框架上門式鋼架鋼結構廠房設計工作中應該充分考慮上部鋼結構的耐腐蝕性能。

三、框架上門式鋼架鋼結構廠房的優化設計措施

(一)強化組合結構的接觸面設計

為加強其垂直面上的整體性，框架上門式鋼架鋼結構廠房設計應該加強其接觸面，即上部鋼結構和下部鋼筋混凝土框架之間的連接設計。如設計足夠數量和強度，且對策分布的螺栓。以加強其整體性，充分發揮組合結構的優良性能，并進一步加強抗震尤其是抗擊水平地震荷載的能力。

(二)屋面坡度和采光設計

框架上門式鋼架鋼結構廠房的屋面坡度對其排水、積雪等荷載的排泄能力有著重要影響。坡度太大往往會導致柱間距和廠房開間過小，影響了其有效使用面積。坡度太小會造成柱間距太大，寬度超過限值而出現橫梁抗彎抗剪能力受到影響，進一步影響結構安全；且太平緩的坡度，容易造成其排水不暢，需荷載堆積造成屋面嚴重受壓力和侵蝕。因此在設計時要根據實際嚴格核算其雪荷載、降雨量等因素，保證廠房的使用需求和安全性能不受影響。

同時，應重視廠房的采光設計，在維護結構上要設計合理的通風采光窗口，保證廠房的采光通風性能良好，便于使用且節能環保。

(三)耐火設計

正如前文所述，鋼結構耐火性能較差，因此在框架上門式鋼架鋼結構廠房設計中，防火設計應該作為其重中之重予以考慮。耐火設計要滿足如下幾個方面的要求：一是使用的橫梁、立柱、屋面板、維護結構等鋼材耐火極限等防火指標要滿足耐火相關規范要求；二是要進行必要的防火涂料處理，防火涂料在起火時會起到起泡、增厚等變化，以將鋼結構與明火隔離，達到防火的目的；三是要配套設計消防系統，消防器材的配備要滿足規范要求；四是要推廣使用耐火性能優良的新型型鋼、鋼板等材料在框架上門式鋼架鋼結構廠房中的應用。

(四)防腐設計

和耐火性較差一樣，易于腐蝕也是鋼結構的主要弱點。其設計優化措施主要包括：一是使用耐腐蝕性能良好的鋼材；二是做好防腐漆涂刷設計，由于目前情況下，鋼材的種類和型號有限，新材料技術又往往導致造價較高，因此重點就落腳在了防腐設計上，防腐要多流程多層級進行，即要有必要的除銹打磨，不得在鋼材上直接刷漆，且防腐要以多底多面的形式，底漆太薄容易導致防腐質量問題，在防腐要求特別高的場合，可以用底漆、面漆加分層打膩子的技術實行強防腐，確保其使用質量。

(五)混凝土框架設計

底層混凝土框架結構是框架上門式鋼架鋼結構廠房的基礎和根基，要強化其設計措施。要使用較高標號的水凝，加強其抗壓能力，底層框架結構柱子截面要滿足設計要求，接觸面的預埋鐵件強度要大于上部鋼結構的強度。混凝土要養護到位，不得出現質量通病，影響其結構安全的美觀。

四、結論

框架上門式鋼架鋼結構廠房在多種生產企業得到較為廣泛的應用，根據其跨數、坡度等因素可以將其分為很多種類?？蚣苌祥T式鋼架鋼結構廠房具備組合性、建設周期短，節約資源、耐火性能較差、耐腐蝕性能較差、抗震性能好等特點，設計者應該根據這些特點，對其上下兩層結構的接觸面、通風采光、防火、防腐、混凝土框架等采取優化設計措施，以實現其質量、安全和經濟目標。