鋼結構廠房設計常見細節問題及其解決對策

李磊

摘要：鋼結構廠房的特點是其施工時間相對較短，且具有抗震性能好、承載能力強的優點，因此鋼結構在廠房構建中被廣泛應用。但是鋼結構同樣也存在防火性差、容易受到外界環境影響而產生銹蝕等問題。所以在設計時需要充分考慮鋼結構的優缺點，充分發揮鋼結構的優勢和價值。現階段，鋼結構廠房主要有重型鋼結構廠房和輕型鋼結構廠房兩種，前者包括煉鋼和軋鋼等車間，需要在內部配置大噸位吊車，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構，具有施工快、自重輕且成本低廉的優點，在工業廠房構建中應用廣泛。

關鍵詞：鋼結構;廠房設計;常見細節問題;解決對策

1鋼結構的特性

1.1鋼結構的優點

首先，鋼結構材料強度高、質量輕。衡量質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，鋼結構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。結構自重輕不僅可以降低運輸費，還可以降低吊裝費。其次，鋼結構工業化生產程度高，施工工期比較短。鋼構件只需要在加工廠大規模大批量生產，可以機械化制造。鋼結構采用工廠加工、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，從而可提高經濟效益。再次，鋼結構的抗震性能比較好。在地震中，損壞最輕是鋼結構建筑。這是由于鋼結構自重比較輕和結構體系相對比較柔。當地震發生時，混凝土建筑容易開裂而粉碎性倒塌。鋼結構建筑則不同，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防地區特別是強震區。然后，鋼結構耐熱性較好。鋼材從常溫到250℃，性能基本不變化，耐熱性較好。最后，鋼結構符合綠色建筑的可持續發展的要求。鋼結構能合理利用資源和能源，對環境的污染較小，是綠色環保建筑。由于攪拌澆筑混凝土的手工濕作業，施工現場會產生大量的粉塵和噪聲。鋼結構不需要使用砂石、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。鋼結構的材料基本上是鋼材，可以全部回收，符合國家可持續發展的要求。在相同規模的建筑，鋼結構施工中產生有害氣體的排放量，卻只有混凝土結構的65%左右。其施工過程能耗較低，隔熱性能優越，在降低住宅碳排量方面具有明顯的優勢。

1.2鋼結構工業廠房的特點

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

2鋼結構廠房設計的常見細節問題及解決對策

2.1屋面設計

鋼結構廠房屋面尤其要注重防水設計，要結合屋面坡度、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，并根據當地溫度、降雨量情況進行適當調節和處理。

2.2溫度伸縮縫設計

鋼結構廠房對溫度比較敏感，為了避免溫差對鋼結構廠房的影響，要進行溫度伸縮縫的合理設計，可在柱頂或梁中部位置設置滑動支座或雙柱。滑動支座設置于柱頂或梁中反彎點處，可以較好地保證側向位移效果，然而其缺陷在于不適用于梁截面變化較大的廠房結構，需要更大的屋面支撐;而設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荷載設計

鋼結構廠房設計要注重荷載取值的計算，充分考慮工業廠房的實際使用情況及環境、氣候等影響因素，提升鋼結構廠房的可靠性。

2.4柱的設計

鋼結構廠房的鋼柱截面由型鋼截面和組合截面構成。在型鋼截面柱的設計中，要考慮型鋼種類及其型號的差異性;而在組合截面柱的設計中，則要考慮構件受力性質、大小等因素。

2.5支撐系統設計

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

2.6節點設計

節點連接方式的設計關乎鋼結構廠房的安全性，可以結合鋼結構傳力的特點，考慮施工場地、現場環境、吊裝順序等因素，選取剛接、半剛接、鉸接等不同的節點連接方式。同時，還要注意鋼結構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低溫冷脆的現象;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

由于鋼結構材料的自身特性，必須重視鋼結構廠房的防銹處理設計。要明確和把握鋼結構廠房的選址、布局、材料、車間工藝等，并要預先在鋼結構表面涂抹防銹漆。結合鋼結構構件的使用環境，合理確定防銹漆涂層的數量、厚度;一般來說，防銹漆的外部厚度應當在150～200um、內部厚度在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構廠房的質量。

2.8隔熱及防火設計

鋼結構材料受溫度變化的影響，會出現強度、塑性、徐變等，為此，要做好鋼結構材料的保溫隔熱和防火設計。可以采用澆筑混凝土、安裝耐火磚的方式，增強鋼結構的保溫隔熱性能。同時，可通過截流法、疏導法等措施，實現對鋼結構的防火保護。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構表面，不受限于鋼結構的幾何形體變化，具有易于操作的特點，能夠較好地提升鋼結構廠房的耐火等級。

3結語

綜上所述，不同于民用建筑，工業廠房因其自身的功能特點，需要我們對鋼結構廠房做出合理設計，便于鋼結構廠房內部進行合理的設備布置，滿足工廠的生產需要，同時也設計出經濟、科學、低碳環保的鋼結構廠房，促進鋼結構廠房的應用及發展。

參考文獻

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（作者單位：金誠信礦業管理股份有限公司）