鋼結構廠房設計中應注意的問題

劉紅軍

（鄭州市中原區隴海西路330號，河南 鄭州 450000）

在我國經濟迅速發展的同時，工業化進程逐漸加快。廠房是工業發展的基礎，因而廠房建設質量受社會各界重視[1]。鋼結構廠房具有施工難度低、施工周期較短等優點，但是受材料影響設計人員應考慮鋼結構防火性能及抗腐蝕性能不足等問題，以保證鋼結構廠房設計質量。

1 鋼結構廠房特點及優點

1.1 鋼結構廠房特點

隨著工業行業的不斷發展，廠房建設規模逐漸擴大。受鋼結構特點影響，鋼結構廠房在工業企業中得到廣泛應用。鋼結構廠房特點主要有以下幾點：

（1）鋼結構跨度較大。正是由于鋼結構具有跨度大這一特點，鋼結構可滿足廠房規劃設計的眾多要求。部分廠房設計中，要求廠房內部空間大于普通廠房。為滿足這一目標，需增加廠房跨度與高度。鋼材的強度高且自重輕，可以滿足鋼結構廠房的大跨度與高度要求。另外，相較于其他材料，鋼結構自重較輕、運輸難度低，可依據工程需求，改變鋼結構廠房形狀，因而鋼結構適用范圍比較廣。（2）鋼結構的制作、安裝工業化程度高，鋼結構構件的制作主要是在專業化工廠中進行，制作簡便，精確度高。制成的構件運到現場安裝，裝配化程度高，安裝速度快，施工期短。（3）鋼結構廠房承重能力較強。鋼結構廠房中使用了三角形結構，可提高廠房穩定性，因而廠房設計中選用鋼結構的日益增多。

1.2 鋼結構廠房優點

（1）現階段，我國選擇鋼結構的廠房有很多，其主要原因為：大部分廠房用于存放、安置機械設備。部分流水線工廠的生產設備是由多個大型零部件組裝而成，這些廠家對廠房空間要求較高。通常情況下，利用大型吊車完成廠房縱向空間、橫向位移操作。鋼結構可滿足廠房使用要求。（2）鋼結構廠房承重能力強。部分廠家生產過程中，需要重量在數噸的吊車支持。吊車、貨物重量較大，對于廠房結構材料要求比較高。鋼結構建筑中大多選用三角結構，因而鋼結構廠房承載能力較強[2]。（3）鋼結構廠房具有環保性較好這一優點。傳統的廠房建設中大多選用木材、混凝土材料，這些材料在重建或拆除后不能重復利用，還好造成大量建筑垃圾。在增加企業成本的同時，會引發環境污染問題。相反，鋼結構在重建、拆除后可重復利用，以免造成環境污染。（4）鋼結構抗震性能較好。鋼結構廠房規劃設計、施工中大多選用三角支撐，利用螺絲、焊接方式固定鋼結構連接位置，因而鋼結構穩定性較高，不易出現垮塌事故。

圖1 鋼結構廠房示意圖

2 鋼結構廠房設計中需注意的問題

2.1 屋面設計

屋面設計過程中，設計人員需重視屋面防水工作。因而，設計人員需考慮屋面坡度、天溝種類、單坡屋面長度等因素，依據施工技術要求、實際工程情況合理調整屋面坡度，保證屋面防水質量。不同地區溫度、降雨量不同，因而設計人員需充分了解項目所在地溫度情況、降雨量，合理確定單坡屋面長度并調整屋面坡度。

2.2 科學設置溫度伸縮縫

若溫差較大，鋼結構廠房將產生溫度應力，溫度應力超過標準時鋼結構可能出現變形問題。為免出現此問題，需在大型鋼結構廠房合理設置溫度伸縮縫[3]。我們可將溫度伸縮縫分為縱向伸縮縫、橫向伸縮縫兩類。在設置溫度伸縮縫之前，設計人員需確定溫度區段長度，之后利用單柱、雙柱方式合理設置溫度伸縮縫。在設置縱向伸縮縫時，設計人員可利用滾動支座開展設計工作；在設置橫向伸縮縫時，設計人員可利用橢圓孔滑動方式或槽鋼夾板滑動開展設計工作。

圖2 鋼結構廠房屋面示意圖

2.3 立面設計

為保證鋼結構廠房立體效果，設計人員不僅要滿足鋼結構廠房功能要求，還需保證鋼結構廠房美觀性。規劃設計中，設計人員需由多角度探析鋼結構廠房規模、廠房色彩、廠房線條等設計要素。以往廠房規劃設計、施工中，大多采用磚砌方式建設廠房外墻，之后在廠房外墻涂抹涂料。通常情況下，廠房外墻位置設置有采光窗，但是此種設計方式較為單一，影響廠房美觀性，廠房采光及通風效果不夠好。現階段，廠房規劃設計中大多選用彩色壓型鋼板，如此可在保證廠房性能的同時，提升廠房美觀性。另外，可在鋼結構廠房屋面配置采光板，以提高廠房采光效果。

2.4 設置支撐系統

為確保鋼結構廠房空間滿足企業生產要求，需提升鋼結構廠房剛度，保證鋼結構承載能力，以免鋼結構桿件在力的作用下出現變形情況[4]。規劃設計人員需詳細分析鋼結構廠房具體結構形式、車間設置吊車數量、振動設備等，保證支撐系統設置合理性。通常，鋼結構廠房支撐系統是由柱間支撐、屋蓋支撐系統組成。鋼結構廠房規劃設計中，需保證每個溫度區段都設置有柱間支撐系統，以保證廠房穩定性。同時，設計人員需確保柱間支撐系統、屋蓋支撐的協調性。下柱支撐位置將影響鋼結構穩定性、鋼結構溫度應力大小，因而設計人員在設置下柱支撐時，需盡量將下柱支撐設置在鋼結構每個溫度區中間位置，確保吊車梁等構件可依據溫度變化向著兩側伸縮。若溫度區段長度在150米以上，規劃設計中需在每個溫度區段設置兩個下段柱支撐。設計人員應盡量選擇溫度區段中間三分之一范圍內設置下段柱支撐。為免溫度應力過大影響鋼結構廠房穩定性，需將兩個下段柱支撐中心距離控制在72米以內。鋼結構廠房規劃設計中，需在下段柱支撐的柱間設置上段柱支撐。另外，為提升鋼結構廠房上部縱向剛度，保證廠房抗震性能，需在溫度區段兩端柱間設置上段柱支撐。

2.5 做好防銹處理工作

很多廠房選擇建在潮濕環境中，若未對鋼材進行防銹處理，鋼結構將出現腐蝕問題。若鋼結構被腐蝕，鋼結構界面厚度減小，鋼結構應力條件改變，導致廠房穩定性及使用壽命受影響。因而，為提升鋼結構廠房穩定性、延長鋼結構廠房使用壽命，需重視鋼材防腐蝕問題、做好防銹處理工作。我們可采取以下措施：第一，設計人員全面掌握鋼結構廠房信息，主要涉及廠房位置、廠房布局、施工材料、車間生產工藝等，第二，為提升鋼結構廠房安全性，需在鋼結構表面涂抹防銹漆，且需嚴格控制防銹漆涂抹厚度及層數。第三，針對暴露在露天環境下的鋼結構，需嚴格控制鋼材厚度，采取有針對性防護措施，以免在外界環境影響下鋼材被腐蝕。

2.6 隔熱及防護設計

在鋼材受熱溫度在100攝氏度以上時，在溫度逐漸增高的同時，鋼材強度隨之降低。在鋼材受熱溫度在250攝氏度時，鋼材強度增高，但是鋼材塑性降低。在鋼材受熱溫度在250攝氏度以上時，鋼材將出現徐變情況。在鋼材受熱溫度為500攝氏度時，鋼材強度最低。由此可見，在鋼材受熱溫度達到150攝氏度時，為確保鋼材導熱性能，需采取隔熱、防火措施，以保證鋼結構廠房穩定性。設計過程中，設計人員需注意以下幾點：第一，為提升鋼結構廠房保溫隔熱性能，可采取澆筑混凝土、使用耐火性能強磚塊的措施。第二，為達到充分釋放鋼結構中熱量的目的，可在鋼結構周圍設置硬質板材。第三，依據鋼結構廠房所處區域天氣情況，在鋼結構表面涂抹適量防火材料，以提升鋼結構保溫隔熱性能。

2.7 做好節點設計

鋼結構節點連接方式、連接質量將影響鋼結構廠房建設質量及安全性。因而，需依據鋼結構傳力特點，綜合分析施工現場、鋼結構吊裝順序等因素，合理選擇節點連接方式。通常，可選用剛接、半剛接、鉸接等節點連接方法。焊縫連接不需要附加連接板，不需進行開孔操作，因而焊縫連接施工難度低，且連接緊密。焊接施工中，鋼結構可能受焊接殘余應力等因素的影響。螺栓連接施工難度較低，但是施工中需保證螺栓孔對準。通常情況下，梁柱節點連接時大多選用高強度螺栓，檁條與梁柱連接位置大多選用普通螺栓。

2.8 抗震設計

眾所周知，鋼結構有抗震效果。若設計不夠合理，在遭遇地震時，鋼結構廠房易出現倒塌事故。鋼結構廠房設計中，設計人員需考慮其抗震性能，依據我國抗震標準做好抗震設計工作，以保證鋼結構廠房設計質量。為提升鋼結構廠房抗震設計效果，設計人員需注意以下問題：第一，保證鋼結構廠房整體質量、剛度，保證廠房受力均衡性，避免由于廠房剛度不均衡引發鋼結構變形問題。為充分發揮鋼結構載荷能力、降低鋼結構形變幾率，需盡量選擇鋼架或框架作為廠房橫向結構。第二，影響鋼結構廠房安全性的一個重要因素是桿件失穩，因而為規避此問題，設計人員需科學設置支撐系統。第三，若廠房圍護墻抗震防裂強度為7到8度之間，可選用鋼筋混凝土墻板、輕型墻板；若廠房圍護墻抗震防裂強度為9度，需選用輕型墻板。

3 結語

廠房是保證工業企業生產運營穩定性的基礎，因而企業十分重視廠房設計、建設質量。鋼結構廠房設計中，需做好屋面、溫度伸縮縫、立面、支撐系統設計工作，以保證鋼結構廠房設計質量。