鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計常見細節(jié)問題及其解決對策

李磊

摘要：鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點是其施工時間相對較短，且具有抗震性能好、承載能力強的優(yōu)點，因此鋼結(jié)構(gòu)在廠房構(gòu)建中被廣泛應用。但是鋼結(jié)構(gòu)同樣也存在防火性差、容易受到外界環(huán)境影響而產(chǎn)生銹蝕等問題。所以在設(shè)計時需要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和價值。現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)廠房主要有重型鋼結(jié)構(gòu)廠房和輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房兩種，前者包括煉鋼和軋鋼等車間，需要在內(nèi)部配置大噸位吊車，廠房往往要承受較大的作用力，所以對鋼的需求量較大;后者一般采用門式鋼架結(jié)構(gòu)，具有施工快、自重輕且成本低廉的優(yōu)點，在工業(yè)廠房構(gòu)建中應用廣泛。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);廠房設(shè)計;常見細節(jié)問題;解決對策

1鋼結(jié)構(gòu)的特性

1.1鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

首先，鋼結(jié)構(gòu)材料強度高、質(zhì)量輕。衡量質(zhì)量輕重可以通過鋼材的密度與強度的比值來確定。在荷載和約束條件都相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)的自重比鋼筋混凝土自重小很多。比較跨度和荷載都相同的鋼屋架與鋼筋混凝土屋架，前者比后者輕2/3～3/4左右，若采用更輕的薄壁型鋼，則更輕，比后者輕9/10。結(jié)構(gòu)自重輕不僅可以降低運輸費，還可以降低吊裝費。其次，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化生產(chǎn)程度高，施工工期比較短。鋼構(gòu)件只需要在加工廠大規(guī)模大批量生產(chǎn)，可以機械化制造。鋼結(jié)構(gòu)采用工廠加工、工地安裝的施工方法。這樣不僅縮短了工期，同時也可以降低工程造價，從而可提高經(jīng)濟效益。再次，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能比較好。在地震中，損壞最輕是鋼結(jié)構(gòu)建筑。這是由于鋼結(jié)構(gòu)自重比較輕和結(jié)構(gòu)體系相對比較柔。當?shù)卣鸢l(fā)生時，混凝土建筑容易開裂而粉碎性倒塌。鋼結(jié)構(gòu)建筑則不同，由于其的延展性能可減弱地震對建筑物的破壞力。鋼梁和鋼柱組成的柔性框架足以抵抗8度以上的地震作用，因此廣泛應用于在抗震設(shè)防地區(qū)特別是強震區(qū)。然后，鋼結(jié)構(gòu)耐熱性較好。鋼材從常溫到250℃，性能基本不變化，耐熱性較好。最后，鋼結(jié)構(gòu)符合綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展的要求。鋼結(jié)構(gòu)能合理利用資源和能源，對環(huán)境的污染較小，是綠色環(huán)保建筑。由于攪拌澆筑混凝土的手工濕作業(yè)，施工現(xiàn)場會產(chǎn)生大量的粉塵和噪聲。鋼結(jié)構(gòu)不需要使用砂石、水泥等散料，可以避免揚塵、廢棄物堆積和噪聲污染等問題，也能有效地降低建筑垃圾。鋼結(jié)構(gòu)的材料基本上是鋼材，可以全部回收，符合國家可持續(xù)發(fā)展的要求。在相同規(guī)模的建筑，鋼結(jié)構(gòu)施工中產(chǎn)生有害氣體的排放量，卻只有混凝土結(jié)構(gòu)的65%左右。其施工過程能耗較低，隔熱性能優(yōu)越，在降低住宅碳排量方面具有明顯的優(yōu)勢。

1.2鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的特點

①鋼結(jié)構(gòu)廠房自重輕，鋼結(jié)構(gòu)自重僅是磚混結(jié)構(gòu)的1/5。鋼結(jié)構(gòu)廠房跨度大，空間大。在合理的結(jié)構(gòu)規(guī)劃下，縱向柱狀鋼結(jié)構(gòu)間距可以達到20m。②鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震性好、抗沖擊性好。鋼結(jié)構(gòu)廠房整體剛性好、變形能力強。鋼結(jié)構(gòu)已被公認為是抗震設(shè)防地區(qū)特別是強震區(qū)的最合適的結(jié)構(gòu)。③鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性高，防腐蝕性高，密封性高。比如說，鋼結(jié)構(gòu)廠房可用于冷庫、化工廠等。④鋼結(jié)構(gòu)廠房拆遷方便，可100%回收利用，對環(huán)境的破壞相對較少，是綠色環(huán)保型建筑。⑤鋼結(jié)構(gòu)廠房制造的工業(yè)化程度較高，可以快速標準流水線安裝。所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均在工廠制作完成，現(xiàn)場只需簡單拼裝可以大大縮短施工周期，一座5000平方米的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，只需40天即可基本安裝完成。⑥鋼結(jié)構(gòu)占用面積小，使用面積大，鋼結(jié)構(gòu)柱截面面積較混凝土結(jié)構(gòu)柱的截面面積減少1/2左右，有效增加了建筑的使用面積。⑦鋼結(jié)構(gòu)廠房在使用過程當中易于改造，如加固，接高，隔斷等內(nèi)部分割，調(diào)整比較容易，靈活方便。

2鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的常見細節(jié)問題及解決對策

2.1屋面設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面尤其要注重防水設(shè)計，要結(jié)合屋面坡度、天溝類型、單坡屋面長度，合理確定屋面防水施工工藝和技術(shù)，并根據(jù)當?shù)販囟取⒔涤炅壳闆r進行適當調(diào)節(jié)和處理。

2.2溫度伸縮縫設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房對溫度比較敏感，為了避免溫差對鋼結(jié)構(gòu)廠房的影響，要進行溫度伸縮縫的合理設(shè)計，可在柱頂或梁中部位置設(shè)置滑動支座或雙柱。滑動支座設(shè)置于柱頂或梁中反彎點處，可以較好地保證側(cè)向位移效果，然而其缺陷在于不適用于梁截面變化較大的廠房結(jié)構(gòu)，需要更大的屋面支撐;而設(shè)置雙柱的方式則可以較好地消除溫度應力的不良影響。

2.3荷載設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計要注重荷載取值的計算，充分考慮工業(yè)廠房的實際使用情況及環(huán)境、氣候等影響因素，提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的可靠性。

2.4柱的設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房的鋼柱截面由型鋼截面和組合截面構(gòu)成。在型鋼截面柱的設(shè)計中，要考慮型鋼種類及其型號的差異性;而在組合截面柱的設(shè)計中，則要考慮構(gòu)件受力性質(zhì)、大小等因素。

2.5支撐系統(tǒng)設(shè)計

①支撐體系設(shè)置。可以沿縱向設(shè)計若干道屋面水平支撐，同時設(shè)計與其數(shù)量相同的柱間支撐，并在靠近中間的兩道支撐處設(shè)置下柱支撐，以較好地連接各個平面的框架，提供側(cè)向支撐點，合理傳遞風力、溫度應力、地震力等縱向荷載。②支撐形式設(shè)計。可以設(shè)計一定厚度的磚墻，并在鋼柱處設(shè)置錨固鋼筋，以提升結(jié)構(gòu)的整體剛度。柱間支撐要注意選取硬度較大的角鋼作為支撐。③隅撐的設(shè)計。單純依靠屋面、柱間支撐還難以確保鋼結(jié)構(gòu)廠房的整體穩(wěn)定性和縱向剛度，還要設(shè)計隅撐和檁條，以減少屋面梁的長度，使結(jié)構(gòu)支撐點的設(shè)置距離相對較小。

2.6節(jié)點設(shè)計

節(jié)點連接方式的設(shè)計關(guān)乎鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性，可以結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)傳力的特點，考慮施工場地、現(xiàn)場環(huán)境、吊裝順序等因素，選取剛接、半剛接、鉸接等不同的節(jié)點連接方式。同時，還要注意鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接和螺栓連接的不同特點：焊縫連接無須附加連接板，也無須開孔，操作便捷且具有良好的密封性，但在焊接操作中易受到焊接殘余應力和殘余變形的影響而出現(xiàn)低溫冷脆的現(xiàn)象;螺栓連接易于安裝和拆卸，但要對準螺栓孔方可拼裝，一般來說，要用高強螺栓連接梁柱節(jié)點位置，用普通螺栓連接檁條及梁柱連接處。

2.7防銹處理

由于鋼結(jié)構(gòu)材料的自身特性，必須重視鋼結(jié)構(gòu)廠房的防銹處理設(shè)計。要明確和把握鋼結(jié)構(gòu)廠房的選址、布局、材料、車間工藝等，并要預先在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防銹漆。結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用環(huán)境，合理確定防銹漆涂層的數(shù)量、厚度;一般來說，防銹漆的外部厚度應當在150～200um、內(nèi)部厚度在100um為宜。未來還應當加強對高性能涂料、不易銹蝕的耐候鋼的研究，以期更好地提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量。

2.8隔熱及防火設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)材料受溫度變化的影響，會出現(xiàn)強度、塑性、徐變等，為此，要做好鋼結(jié)構(gòu)材料的保溫隔熱和防火設(shè)計。可以采用澆筑混凝土、安裝耐火磚的方式，增強鋼結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能。同時，可通過截流法、疏導法等措施，實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的防火保護。以截流法中的噴涂法為例，它是將具有隔熱性能的防火涂料噴涂于鋼結(jié)構(gòu)表面，不受限于鋼結(jié)構(gòu)的幾何形體變化，具有易于操作的特點，能夠較好地提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的耐火等級。

3結(jié)語

綜上所述，不同于民用建筑，工業(yè)廠房因其自身的功能特點，需要我們對鋼結(jié)構(gòu)廠房做出合理設(shè)計，便于鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)部進行合理的設(shè)備布置，滿足工廠的生產(chǎn)需要，同時也設(shè)計出經(jīng)濟、科學、低碳環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)廠房，促進鋼結(jié)構(gòu)廠房的應用及發(fā)展。

參考文獻

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（作者單位：金誠信礦業(yè)管理股份有限公司）